Sandvik 254 SMO – Acier inoxydable austénitique premium pour eau de mer et environnements chlorurés

Présentation

Le Sandvik 254 SMO est un acier inoxydable austénitique hautement allié développé pour une utilisation dans l'eau de mer et d'autres milieux agressifs porteurs de chlorures. L'acier se caractérise par les propriétés suivantes :

• Excellente résistance à la corrosion par piqûres et en crevasses, PRE ≥ 42,5 (PRE = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N en % masse)
• Haute résistance à la corrosion générale
• Haute résistance à la corrosion sous contrainte
• Résistance supérieure aux aciers inoxydables austénitiques conventionnels
• Bonne soudabilité

Propriétés générales

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Densité	23,0 °C	8 g/cm³
Contenu recyclé		82,1 %	Contenu recyclé moyen

Propriétés mécaniques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Énergie d'impact Charpy	-196,0 °C	60 J	EN 13445-2 (UFPV-2) et EN 10216-5
Module d'élasticité	20,0 °C	195 GPa
Module d'élasticité	100,0 °C	190 GPa
Module d'élasticité	200,0 °C	182 GPa
Module d'élasticité	300,0 °C	174 GPa
Module d'élasticité	400,0 °C	166 GPa
Module d'élasticité	500,0 °C	158 GPa
Allongement	23,0 °C	35 %	min.
Allongement A2	23,0 °C	35 %	min.
Dureté Rockwell B	23,0 °C	96	max.
Résistance à la traction	23,0 °C	675 - 850 MPa
Limite d'élasticité Rp0,1	20,0 °C	340 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	100,0 °C	270 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	200,0 °C	225 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	300,0 °C	200 - 205 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	350,0 °C	195 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	400,0 °C	185 - 190 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	450,0 °C	175 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,1	500,0 °C	170 - 180 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	20,0 °C	310 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	100,0 °C	230 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	200,0 °C	190 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	300,0 °C	170 - 175 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	350,0 °C	165 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	400,0 °C	155 - 160 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	450,0 °C	145 MPa	min.
Limite d'élasticité Rp0,2	500,0 °C	140 - 148 MPa	min.

Propriétés thermiques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	100,0 °C	1,6E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	200,0 °C	1,6E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	300,0 °C	1,65E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	400,0 °C	1,65E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	500,0 °C	1,7E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	600,0 °C	1,7E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Coefficient de dilatation thermique	700,0 °C	1,75E-5 1/K	de 30°C à la température indiquée
Capacité thermique massique	20,0 °C	485 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	100,0 °C	510 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	200,0 °C	535 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	300,0 °C	565 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	400,0 °C	585 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	500,0 °C	600 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	600,0 °C	615 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	700,0 °C	625 J/(kg·K)
Conductivité thermique	20,0 °C	10 W/(m·K)
Conductivité thermique	100,0 °C	12 W/(m·K)
Conductivité thermique	200,0 °C	14 W/(m·K)
Conductivité thermique	300,0 °C	16 W/(m·K)
Conductivité thermique	400,0 °C	18 W/(m·K)
Conductivité thermique	500,0 °C	20 W/(m·K)
Conductivité thermique	600,0 °C	21 W/(m·K)
Conductivité thermique	700,0 °C	23 W/(m·K)

Composition chimique

Élément	Valeur	Commentaire
Carbone	0,02 %	max.
Chrome	20 %
Cuivre	0,7 %
Fer	Base
Manganèse	1 %	max.
Molybdène	6,1 %
Nickel	18 %
Azote	0,2 %
Phosphore	0,03 %	max.
Silicium	0,8 %	max.
Soufre	0,01 %	max.

Propriétés technologiques

Domaines d'application

Le Sandvik 254 SMO est utilisé dans les applications suivantes :

• Équipements pour la manipulation d'eau de mer, tels que refroidissement par eau de mer, tuyaux d'eau de refroidissement, systèmes d'eau de ballast, systèmes d'incendie, etc.
• Tubages hydrauliques et d'instrumentation
• Équipements dans les usines de blanchiment de pâte à papier
• Composants dans les systèmes de nettoyage de gaz
• Réservoirs et canalisations pour produits chimiques à forte teneur en halogènes

Information marque : 254 SMO est une marque déposée appartenant à Outokumpu OY.

Certifications

Approbations :

• UNS S31254 (Sandvik 254 SMO) sous forme de tube sans soudure a été approuvé par l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) pour une utilisation selon le code ASME Chaudières et Vaisseaux sous pression, Section VIII, div. 1. Cependant, il n'y a pas d'approbation pour UNS S31254 sous forme de tube sans soudure, mais selon le paragraphe UG-15 de l'ASME, il est permis d'utiliser les valeurs de calcul pour tube sans soudure selon ASME Section VIII, div. 1 également pour les tubes sans soudure.
• NACE MR 0175 (matériau résistant à la corrosion sous contrainte par sulfures pour équipements pétroliers).

À haute température : Des phases intermétalliques se précipitent dans la plage de température 600-1000 °C (1110-1830 °F). Par conséquent, l'acier ne doit pas être exposé à ces températures pendant de longues périodes.

Formage à froid

L'excellente aptitude au formage du Sandvik 254 SMO permet le cintrage à froid à des rayons de cintrage très serrés. Un recuit n'est normalement pas nécessaire après cintrage à froid.

Propriétés de corrosion

Dans les solutions contenant des halogènes tels que les ions chlorure et bromure, les aciers inoxydables conventionnels peuvent être facilement attaqués par corrosion locale sous forme de corrosion par piqûres, corrosion en crevasses ou corrosion sous contrainte (SCC). Dans les environnements acides, la présence d'halogènes accélère également la corrosion générale.

Corrosion générale : Dans l'acide sulfurique pur, le Sandvik 254 SMO est beaucoup plus résistant que l'ASTM TP316, et dans l'acide sulfurique naturellement aéré contenant des ions chlorure, le Sandvik 254 SMO présente une résistance supérieure à celle du '904L'.

Corrosion intergranulaire : Le Sandvik 254 SMO a une teneur en carbone très faible. Cela signifie qu'il y a très peu de risque de précipitation de carbures lors du chauffage, par exemple lors du soudage. L'acier passe le test de Strauss (ASTM A262, pratique E) même après sensibilisation pendant une heure à 600-1000 °C (1110-1830 °F). Cependant, en raison de la haute teneur en alliages de l'acier, des phases intermétalliques peuvent précipiter aux joints de grain dans la plage de température 600-1000 °C (1110-1830 °F). Ces précipitations n'entraînent aucun risque de corrosion intergranulaire dans les environnements pour lesquels l'acier est destiné à être utilisé. Ainsi, le soudage peut être effectué sans risque de corrosion intergranulaire.

Corrosion par piqûres et en crevasses : La résistance à la corrosion par piqûres et en crevasses des aciers inoxydables est principalement déterminée par la teneur en chrome, molybdène et azote. La fabrication et la transformation, par exemple le soudage, sont également d'une importance vitale pour la performance réelle en service. Un paramètre pour comparer la résistance aux piqûres dans les environnements chlorurés est le nombre PRE (Pitting Resistance Equivalent). PRE = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N (en % masse). Valeur PRE pour Sandvik 254 SMO = ≥ 42,5.

Les résultats de la détermination en laboratoire de la température critique de piqûre (CPT) dans 3 % NaCl sont présentés dans la figure 3, où l'on peut voir que le Sandvik 254 SMO possède une très bonne résistance dans l'eau contenant des chlorures. Le Sandvik 254 SMO est donc un matériau approprié pour une utilisation dans l'eau de mer.

Corrosion sous contrainte (SCC) : Les aciers austénitiques ordinaires de type ASTM TP304 et TP316 sont sensibles à la corrosion sous contrainte (SCC) dans les solutions contenant des chlorures à des températures dépassant environ 60 °C (140 °F). Pour les aciers austénitiques, la résistance au SCC augmente avec des teneurs plus élevées en nickel et molybdène. Les tableaux ci-dessous montrent les résultats de deux tests accélérés, démontrant clairement que le Sandvik 254 SMO a une très bonne résistance au SCC.

Tests de corrosion sous contrainte dans une solution bouillante de 25 % NaCl, pH=1,5. Éprouvettes en U.

Grade	Temps avant rupture	Remarque
ASTM TP316	<150 h	Piqûres
'904L'	Aucune rupture (1000 h)	Corrosion en crevasse
Sandvik 254 SMO	Aucune rupture (1000 h)	Aucune attaque

Tests de corrosion sous contrainte. Méthode d'évaporation par gouttes. Contrainte : 0,9 × Rp0,2

Grade	Temps avant rupture (heures)
ASTM TP316	105
'904L'	225
Sandvik 254 SMO	425
* Une solution 0,1 M NaCl est laissée goutter lentement sur un éprouvette de traction chauffée électriquement à 300 °C (570 °F).

Corrosion en crevasse : Le point faible des aciers inoxydables conventionnels est leur résistance limitée à la corrosion en crevasse. Dans l'eau de mer, par exemple, il y a un risque considérablement plus grand de corrosion en crevasse sous les joints, dépôts ou salissures. Des tests dans l'eau de mer naturelle à 60 °C (140 °F) ont montré que le Sandvik 254 SMO peut être exposé pendant de longues périodes sans subir de corrosion en crevasse. La figure 4 montre les résultats de tests accélérés de corrosion en crevasse.

Traitement thermique

Les tubes sont livrés dans un état traité thermiquement. Si un traitement thermique supplémentaire est nécessaire en raison d'un traitement ultérieur, ce qui suit est recommandé :

Recuit de mise en solution : 1150-1200 °C (2100-2190 °F), trempe à l'eau. Tubes à paroi mince min. 1130 °C (2060 °F), trempe à l'air/eau.

Usinage

Le Sandvik 254 SMO est un acier inoxydable austénitique hautement allié et nécessite donc des plaquettes plus résistantes en coupe des métaux que pour les grades austénitiques moins alliés. Lors de l'usinage du Sandvik 254 SMO, des vitesses de coupe considérablement plus basses sont recommandées par rapport aux grades Sanmac 304/304L et Sanmac 316/316L, qui ont une usinabilité améliorée.

Éviter l'abrasion contre le cuivre/alliages de cuivre ou autres métaux similaires qui, s'ils sont présents sous forme métallique, peuvent provoquer des fissures lors du soudage ultérieur, du traitement à chaud ou du traitement thermique.

Formes de livraison

Les tubes et tuyaux sans soudure sont fournis dans des dimensions jusqu'à 230 mm (9,06 pouces) de diamètre extérieur. La condition de livraison est soit recuit en solution et décapé blanc, soit recuit en solution dans un processus de recuit brillant.

Autres formes de livraison :

• Tubes et tuyaux soudés
• Raccords et brides
• Barres d'acier
• Produits forgés
• Produits moulés

Soudage

La soudabilité du Sandvik 254 SMO est bonne. Les méthodes de soudage par fusion appropriées sont le soudage à l'arc avec électrode enrobée (MMA/SMAW) et le soudage à l'arc sous gaz de protection, la méthode TIG/GTAW étant le premier choix.

En commun avec tous les aciers inoxydables entièrement austénitiques, le Sandvik 254 SMO a une faible conductivité thermique et une dilatation thermique élevée. Les plans de soudage doivent donc être soigneusement sélectionnés à l'avance, afin de minimiser les distorsions du joint soudé. Si les contraintes résiduelles sont une préoccupation, un recuit de mise en solution peut être effectué après le soudage.

Pour le Sandvik 254 SMO, un apport de chaleur de <1,5 kJ/mm et une température interpasses de <100 °C (210 °F) sont recommandés. Une technique de soudage cordon par cordon doit être utilisée.

Des alliages de nickel à haute teneur en molybdène et chrome doivent être utilisés comme métaux d'apport pour avoir une bonne résistance à la corrosion dans l'état soudé.

Métaux d'apport recommandés :

• Soudage TIG/GTAW ou MIG/GMAW :
  • ISO 18274 S Ni 6625 / AWS A5.14 ERNiCrMo-3 (ex. Exaton Ni60)
  • ISO 18274 S Ni 6059 / AWS A5.14 ERNiCrMo-13 (ex. Exaton Ni59)
• Soudage MMA/SMAW :
  • ISO 14172 E Ni 6625 / AWS A5.11 ENiCrMo-3 (ex. Exaton Ni60)
  • ISO 14172 E Ni 6059 / AWS A5.11 ENiCrMo-13 (ex. Exaton Ni59)