Alliage avancé pour environnements extrêmes

Les concepteurs techniques se sont traditionnellement tournés vers les alliages de nickel à prix élevé tels que l'alliage 625 comme choix par défaut pour les applications exigeantes exposées à des fluides corrosifs tels que l'eau de mer et les solutions chimiques. Rodrigo Signorelli explique comment une nuance à haute teneur en azote peut offrir une alternative rentable avec une résistance à la corrosion beaucoup plus élevée

La qualité et la certification ont toujours guidé le choix des matériaux pour les systèmes tels que les échangeurs de chaleur à plaques (PHE), les tubes, les tuyaux et les pompes dans l'industrie pétrolière et gazière en aval. Les spécifications techniques garantissent que les actifs assurent la continuité des processus sur une longue durée de vie, tout en protégeant la qualité, la sécurité et l'environnement. C'est pourquoi de nombreux opérateurs ont intégré des alliages de nickel tels que l'alliage 625 dans leurs spécifications techniques et leurs normes.

Cependant, les ingénieurs subissent actuellement des pressions pour contrôler les CAPEX et les alliages de nickel sont à la fois coûteux et sujets à la volatilité des prix. Cela a été mis en évidence en mars 2022, lorsque les prix du nickel ont fait la une des journaux lorsqu'ils ont doublé en l'espace d'une semaine en réponse aux échanges sur le marché. Alors qu'un prix élevé signifie que l'utilisation d'un alliage de nickel est coûteuse, cette variabilité crée des défis à gérer pour les ingénieurs de projet, car des changements de prix soudains pourraient soudainement avoir un impact sur la rentabilité.

Par conséquent, bien qu'ils sachent qu'ils peuvent compter sur sa qualité, de nombreux ingénieurs concepteurs sont désormais disposés à remplacer l'alliage 625 par une alternative. La clé est d'identifier un alliage approprié avec le bon niveau de résistance à la corrosion pour les systèmes d'eau de mer, ainsi que de fournir une correspondance pour les propriétés mécaniques.

Un matériau qui correspond à la facture est le grade EN 1.4652, également connu sous le nom d'Ultra 654 SMO d'Outokumpu. Il est considéré comme l'acier inoxydable le plus résistant à la corrosion au monde.

L'alliage de nickel 625 contient au moins 58 % de nickel, tandis que l'Ultra 654 en contient 22 %. Les deux ont des niveaux globalement similaires de chrome et de molybdène. Pendant ce temps, Ultra 654 SMO contient également de petites quantités d'azote, de manganèse et de cuivre; et l'alliage 625 contient du niobium et du titane, qui sont beaucoup plus chers que le nickel.

Pendant ce temps, il offre une avancée significative par rapport à l'acier inoxydable 316L, qui est généralement considéré comme le point de départ de l'acier inoxydable haute performance.

En termes de performances, l'alliage offre une très bonne résistance à la corrosion uniforme, une résistance exceptionnellement élevée à la corrosion par piqûres et fissures et une bonne résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. Cependant, en ce qui concerne les systèmes d'eau de mer, l'alliage d'acier inoxydable a un avantage sur l'alliage 625 car il a une résistance supérieure aux environnements de chlorure.

L'eau de mer est extrêmement corrosive en raison de la présence de 18 000 à 30 000 parties par million d'ions chlorure provenant du sel. Les chlorures créent un risque de corrosion chimique pour de nombreuses nuances d'acier. Cependant, les organismes vivants dans l'eau de mer peuvent également conduire à la création de biofilms qui produisent des réactions électrochimiques et peuvent également affecter les performances.

Avec sa faible teneur en nickel et en molybdène, le mélange d'alliages de l'Ultra 654 SMO le rend nettement moins coûteux que l'alliage 625 traditionnel de haute spécification, tout en offrant le bon niveau de performances. Il offre une économie de coûts typique de 30 à 40 %.

De plus, en réduisant la teneur en éléments d'alliage de grande valeur, l'acier inoxydable réduit également l'exposition à la volatilité du marché du nickel. En conséquence, un fabricant peut avoir une plus grande confiance dans l'exactitude de ses offres de projet et de ses offres de prix.

Les propriétés mécaniques d'un matériau sont une autre considération essentielle pour un ingénieur. Les tuyauteries, les échangeurs de chaleur et autres systèmes doivent contenir une pression élevée, une température variable et souvent des vibrations ou des chocs mécaniques. Ultra 654 SMO a de bonnes capacités dans cet espace. Il a une résistance élevée similaire à l'alliage 625 et une résistance nettement supérieure à celle des autres aciers inoxydables.

Dans le même temps, les fabricants ont besoin de matériaux suffisamment formables et soudables pour assurer une production simple, et qui peuvent être facilement obtenus dans les formes de produit requises.

L'alliage est un bon choix à cet égard car il conserve la bonne formabilité d'une nuance austénitique conventionnelle et un bon allongement qui le rend idéal pour la conception de plaques d'échangeur de chaleur solides et légères, par exemple.

Parallèlement, il présente également une bonne soudabilité et est disponible dans une large gamme de formats, y compris des bobines et des feuilles jusqu'à 1 000 mm de largeur et d'épaisseur de 0,5 à 3 mm ou de 4 à 6 mm.

Un autre avantage de coût est que l'alliage a une densité inférieure à l'alliage 625 (8,0 contre 8,5 kg/dm3). Bien que cette différence puisse sembler marginale, elle réduit le tonnage de 6%, ce qui représente des économies importantes lors de l'achat en grande quantité pour un projet tel qu'un long pipeline.

Sur cette base, la densité plus faible signifie que la structure finie sera plus légère, ce qui facilitera la logistique, le levage et l'installation. Cela sera particulièrement bénéfique pour les structures sous-marines et offshore, où les systèmes lourds sont plus difficiles à gérer.

Compte tenu de toutes les propriétés et avantages de l'Ultra 654 SMO - résistance élevée à la corrosion et résistance mécanique, stabilité des prix et possibilité d'une planification précise - il a clairement le potentiel d'être une alternative plus compétitive aux alliages de nickel.

Rodrigo Signorelli estOutokumpuResponsable technique de