Sandvik SAF 2304® : Acier inoxydable duplex lean premium pour résistance à la corrosion haute performance

Propriétés générales

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Densité	23,0 °C	7,8 g/cm³
Teneur en matières recyclées		82,1 %	Contenu recyclé moyen

Propriétés mécaniques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Module d'élasticité	20,0 °C	200 GPa
	100,0 °C	194 GPa
	200,0 °C	186 GPa
	300,0 °C	180 GPa
Allongement	23,0 °C	25 %	min.
Allongement A2	23,0 °C	25 %	min.
Dureté Rockwell C	23,0 °C	30	max.
Résistance à la traction	23,0 °C	630 - 820 MPa	Pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa (ASTM A789)
Limite d'élasticité Rp0,2	20,0 °C	400 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	50,0 °C	370 - 420 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	100,0 °C	330 - 380 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	150,0 °C	310 - 360 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	200,0 °C	290 - 340 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	250,0 °C	280 - 330 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)
	300,0 °C	270 - 310 MPa	min. selon épaisseur paroi (pour tubes Ø ext. max 25,4 mm : Rp0,2 min 450 MPa, Rm min 690 MPa ASTM A789)

Propriétés thermiques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	100,0 °C	1,35E-5 1/K	pour 30 °C à la température mentionnée
	200,0 °C	1,4E-5 1/K	pour 30 °C à la température mentionnée
	300,0 °C	1,45E-5 1/K	pour 30 °C à la température mentionnée
	400,0 °C	1,45E-5 1/K	pour 30 °C à la température mentionnée
Capacité thermique massique	20,0 °C	490 J/(kg·K)
	100,0 °C	505 J/(kg·K)
	200,0 °C	530 J/(kg·K)
	300,0 °C	550 J/(kg·K)
	400,0 °C	590 J/(kg·K)
Conductivité thermique	20,0 °C	16 W/(m·K)
	100,0 °C	17 W/(m·K)
	200,0 °C	18 W/(m·K)
	300,0 °C	19 W/(m·K)
	400,0 °C	21 W/(m·K)

Composition chimique (en % masse)

Élément	Valeur	Commentaire
Carbone	0,03	max.
Chrome	22,5
Cuivre	0,3
Fer	Base
Manganèse	2	max.
Molybdène	0,3
Nickel	4,5
Azote	0,1
Phosphore	0,04	max.
Silicium	1	max.
Soufre	0,015	max.

Propriétés technologiques et applications

Domaines d'application

Le Sandvik SAF 2304® possède de bonnes propriétés mécaniques et physiques, une excellente résistance à la fissuration sous contrainte et aux autres formes de corrosion, ainsi qu'une bonne soudabilité. Ces propriétés en font une alternative techniquement et économiquement supérieure aux aciers inoxydables tels que les aciers austénitiques ASTM 304, 304L, 316, 316L, 321 et 347, les aciers ferritiques au chrome ASTM 430 et 444 et les aciers martensitiques au chrome de type ASTM 410 et 420. Le Sandvik SAF 2304® présente également des avantages par rapport aux aciers faiblement alliés.

Les bonnes propriétés mécaniques et de corrosion font du Sandvik SAF 2304® un choix économique dans de nombreuses applications en réduisant le coût du cycle de vie des équipements.

La résistance et la dureté élevées du 3RE60 font de ce matériau une alternative attrayante aux aciers austénitiques dans les structures soumises à de lourdes charges ou à l'usure.

Le tableau ci-dessous donne des exemples où le Sandvik SAF 2304® offre des avantages par rapport à d'autres matériaux :

Industrie	Applications	Matériaux utilisés aujourd'hui	Avantages du Sandvik SAF 2304®
Industrie de process	Échangeurs de chaleur et tuyauteries où des chlorures sont présents	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Résistance supérieure à la fissuration sous contrainte (SCC)
	Tubulures d'instrumentation, traçage vapeur	ASTM 304/304L AISI 316/316L	Résistance supérieure à la fissuration sous contrainte (SCC)
Pétrochimie	Réacteurs tubulaires pour hautes températures où l'acier au carbone est utilisé pour l'enveloppe	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Coefficient de dilatation thermique comparable à celui de l'acier au carbone
Pâte et papier	Préchauffeuse de digesteur Évaporateurs	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Résistance supérieure à la fissuration sous contrainte (SCC) Résistance supérieure à la fissuration sous contrainte (SCC)
Nucléaire	Réchauffeurs	Aciers au carbone ASTM 430 ASTM 304/304L	Facilité de fabrication, bonne résistance à la corrosion
Énergie	Réchauffeurs d'eau d'alimentation	ASTM 430 ASTM 304/304L	Haute résistance à la fissuration sous contrainte, haute résistance et facilité de fabrication
Génie mécanique	Poutres et arbres de transmission de couple	Aciers au carbone ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Haute résistance combinée à une excellente résistance à la corrosion, facilité de fabrication et faible coût
Systèmes hydrauliques	Tubulures hydrauliques	Aciers au carbone	Excellente résistance à la corrosion Coût d'installation réduit grâce à un nettoyage facile
Pétrole et gaz	Refroidisseurs onshore/offshore. Systèmes de tuyauterie et lignes d'écoulement onshore/offshore	Aciers au carbone ASTM 304/304L ASTM 316/316L ASTM 420	Combinaison optimale de résistance, soudabilité, résistance à la corrosion et coût
	Systèmes de tension sur plateformes offshore. Tubulures d'instrumentation	ASTM 304/304L ASTM 316/316L Aciers au carbone	Haute résistance combinée à une haute résistance à la corrosion

Certifications

Approbations :

• Approuvé par l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, div. 1 construction.
• ASME B31.3 Process Piping
• VdTÜV-Werkstoffblatt 496
• Approuvé par DNV pour usage général sur navires
• PED 2014/68/EU

Si le Sandvik SAF 2304® est exposé à des températures supérieures à 280 °C (540 °F) pendant de longues périodes, la microstructure change, ce qui entraîne une réduction de la résistance à l'impact. Cela n'affecte pas nécessairement le comportement du matériau à la température de service. Par exemple, les tubes d'échangeurs de chaleur peuvent être utilisés à des températures plus élevées sans problème. Veuillez contacter Sandvik pour plus d'informations. Pour les applications de vessels sous pression, 280 °C (540 °F) est requis comme maximum selon VdTÜV-Wb 496.

Formage à froid

La force de départ nécessaire pour le cintrage est légèrement plus élevée pour le Sandvik SAF 2304® que pour les ASTM 304/316. Le Sandvik SAF 2304® peut être cinté à froid jusqu'à 25 % de déformation sans nécessiter de traitement thermique ultérieur. Dans des conditions de service où le risque de fissuration sous contrainte commence à augmenter, par exemple lorsque la température du matériau est proche de 125 °C (255 °F) dans un environnement neutre porteur d'oxygène avec environ 100 ppm Cl⁻, un traitement thermique est recommandé même après un cintrage modéré. Pour les applications de vessels sous pression en Allemagne et dans les pays nordiques, un traitement thermique peut être requis après déformation à froid conformément à VdTÜV-Wb 496 et NGS 1607. Le traitement thermique est effectué sous forme de recuit de mise en solution (voir Traitement thermique) ou de recuit par résistance.

Propriétés de corrosion

Corrosion générale : En raison de sa teneur élevée en chrome et de sa composition bien équilibrée, le Sandvik SAF 2304® possède une excellente résistance à la corrosion dans les environnements acides. Le tableau ci-dessous donne le taux de corrosion dans différents acides et les figures 4-6 montrent les diagrammes d'isocorrosion pour le Sandvik SAF 2304® dans l'acide sulfurique, formique et nitrique, respectivement.

(Les tableaux de taux de corrosion détaillés sont omis pour la brièveté ; se référer à la fiche technique complète pour les données numériques.)

Corrosion par piqûres : La résistance aux piqûres d'un acier est déterminée principalement par sa teneur en chrome et en molybdène, mais la teneur en azote a également un effet. La pratique de fabrication et de transformation, par exemple le soudage, est également d'une importance vitale pour les performances réelles en service.

Un paramètre pour comparer la résistance aux piqûres de différents aciers est le nombre PRE (Pitting Resistance Equivalent).

Le PRE est défini comme, en % masse :

PRE = % Cr + 3,3 × % Mo + 16 × % N

Le nombre PRE pour le Sandvik SAF 2304® est considérablement plus élevé que celui de l'ASTM 304L et comparable à celui de l'ASTM 316L. Des essais potentiostatiques dans des solutions à différentes teneurs en chlorures (pH = 6) sont rapportés dans la Figure 7. La température critique de piqûre pour le Sandvik SAF 2304® est supérieure à celle de l'ASTM 304L et comparable à celle de l'ASTM 316L.

Fissuration sous contrainte : En raison de sa structure biphasée et de sa composition bien équilibrée, le Sandvik SAF 2304® possède une très bonne résistance à la fissuration sous contrainte (SCC). Cela est évident à partir des résultats d'essais dans des solutions concentrées de chlorures et dans des environnements chlorurés dilués contenant de l'oxygène.

La figure 8 montre les résultats d'essais effectués dans une solution de CaCl₂ à 40 % à 100 °C (210 °F). Dans cet environnement, la contrainte requise pour provoquer une rupture due à la SCC (contrainte seuil) est beaucoup plus élevée pour le Sandvik SAF 2304® que pour les ASTM 304/304L et ASTM 316/316L, démontrant la résistance supérieure du Sandvik SAF 2304®.

Le soudage du Sandvik SAF 2304® ne réduit pas appreciablement la résistance à la SCC, à condition que les recommandations de soudage soient suivies (voir Soudage). La contrainte seuil du matériau soudé TIG avec Sandvik 22.8.3.L ou MMA avec Sandvik 22.9.3.LR est au niveau du métal de base.

Les résultats d'essais SCC du Sandvik SAF 2304 dans des solutions chlorurées à haute température et pression sont présentés dans la Figure 9. Les résultats indiquent que le Sandvik SAF 2304® peut être utilisé dans des solutions chlorurées diluées porteuses d'oxygène jusqu'à environ 125 °C (260 °F) sans risque de SCC. C'est beaucoup plus élevé que pour les ASTM 304/304L et ASTM 316/316L, qui ne devraient pas être utilisés au-dessus de 60 °C (140 °F) dans de tels environnements. À des températures supérieures à 125 °C (260 °F), le Sandvik SAF 2304® ne doit pas être utilisé dans des solutions porteuses d'oxygène avec plus d'environ 10 ppm Cl⁻. Pour de telles conditions, nous recommandons le Sandvik SAF 2205™, Sandvik SAF 2507® ou Sanicro® 28. À de faibles teneurs en oxygène, courantes dans les industries de process et d'énergie, des teneurs en chlorures et des températures considérablement plus élevées peuvent être tolérées par le Sandvik SAF 2304® sans risque de SCC.

Corrosion intergranulaire : Le Sandvik SAF 2304® fait partie de la famille des aciers inoxydables duplex modernes dont la composition chimique fait que la réformation de l'austénite dans la zone affectée thermiquement adjacente au soudage se produit rapidement. Cela résulte en une microstructure qui donne des propriétés de corrosion et de ténacité similaires à celles du métal de base. Les joints soudés en Sandvik SAF 2304® passent facilement l'essai de corrosion intergranulaire selon SS-EN ISO 3651-2 Méthode A.

Corrosion par crevasses : De la même manière que la résistance aux piqûres peut être liée aux teneurs en chrome, molybdène et azote de l'acier, la résistance à la corrosion par crevasses l'est aussi. Le Sandvik SAF 2304® possède une meilleure résistance à la corrosion par crevasses que les aciers de type ASTM 304/304L et est comparable aux ASTM 316/316L.

Corrosion-érosion : Les aciers de type ASTM 304/304L et ASTM 316/316L peuvent être attaqués par corrosion-érosion s'ils sont exposés à des milieux fluides contenant des particules solides hautement abrasives, par exemple du sable, ou à des milieux avec des débits très élevés. Dans de telles conditions, le Sandvik SAF 2304® affiche une très bonne résistance grâce à sa combinaison de résistance mécanique élevée et de bonne résistance à la corrosion.

Corrosion-fatigue : Le Sandvik SAF 2304® possède une résistance plus élevée et une meilleure résistance à la corrosion que les aciers inoxydables austénitiques ordinaires. Par conséquent, il a une résistance à la fatigue sous conditions corrosives considérablement meilleure que ces aciers.

Évasement (Expanding)

En comparaison avec les aciers inoxydables austénitiques, le Sandvik SAF 2304® a une limite d'élasticité plus élevée. Cela doit être pris en compte lors de l'évasement de tubes dans des tubes à plaques. Les méthodes d'évasement normales peuvent être utilisées, mais l'évasement nécessite une force initiale plus élevée et doit être effectué en une seule opération.

Contactez-nous pour des recommandations détaillées sur l'évasement des aciers inoxydables duplex.

Traitement thermique

Les tubes sont normalement livrés en condition traitée thermiquement. Si un traitement thermique supplémentaire est nécessaire suite à un traitement ultérieur, ce qui suit est recommandé :

• Recuit de mise en solution : 930 - 1050 °C (1710 - 1920 °F), refroidissement rapide à l'air ou à l'eau.

Formage à chaud

Le cintrage à chaud est effectué à 1100-950 °C (2010-1740 °F) et doit être suivi d'un recuit de mise en solution.

Usinage

Étant un matériau biphasé (austénitique-ferritique), le Sandvik SAF 2304® présentera un profil d'usure d'outil différent de celui des aciers monophasés de type ASTM 304L. La vitesse de coupe doit donc être légèrement inférieure à celle recommandée pour l'ASTM 304L et, comme première recommandation, des vitesses de coupe 25 % inférieures devraient être utilisées par rapport à la vitesse pour l'usinage du Sanmac 304/304L. Il est toutefois recommandé d'utiliser une nuance d'insert plus tenace pour les opérations de semi-finition, Sanmac® 304/304L.

Autres informations

Formes de fourniture :

Les tubes sans soudure en Sandvik SAF 2304® sont fournis dans des dimensions jusqu'à 260 mm de diamètre extérieur. La condition de livraison est recuit en solution et soit blanc décapé, soit recuit brillant.

Pour les applications de tubulures hydrauliques, le Sandvik SAF 2304® est également commercialisé sous le nom PW 400.

Autres formes de fourniture :

• Tubes et tuyaux soudés
• Raccords
• Bande, recuite ou laminée à froid à différents degrés de dureté
• Barres
• Tôles, feuilles et bandes larges
• Produits forgés
• Produits moulés

Soudage

La soudabilité du Sandvik SAF 2304® est bonne. Le soudage doit être effectué sans préchauffage et un traitement thermique ultérieur n'est normalement pas nécessaire. Les méthodes de soudage par fusion appropriées sont le soudage à l'arc manuel (MMA/SMAW) et le soudage à l'arc sous gaz de protection, la méthode TIG/GTAW étant le premier choix.

Pour le Sandvik SAF 2304®, un apport de chaleur de 0,5-2,5 kJ/mm et une température interpasses < 150 °C (300 °F) sont recommandés.

Métaux d'apport recommandés :

• Soudage TIG/GTAW ou MIG/GMAW
  • ISO 14343 S 23 7 N L (ex. Exaton 23.7.L)
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209 (ex. Exaton 22.8.3.L)
• Soudage MMA/SMAW
  • ISO 3581 E 23 7 N L R
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17 (ex. Exaton 22.9.3.LR)