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Tubes en acier inoxydable ferritique sont largement utilisés dans les systèmes d'échappement automobiles, les échangeurs de chaleur et les appareils électroménagers en raison de leur excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC), de leur faible coefficient de dilatation thermique et de leurs avantages en termes de coûts. Leurs processus de fabrication sont principalement classés en tubes sans soudure et soudés. Ces processus diffèrent considérablement, mais tous deux sont cruciaux pour les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du produit final.
Processus de fabrication de tuyaux en acier inoxydable ferritique sans soudure
La clé de la fabrication de tubes sans soudure réside dans l’obtention d’une grande uniformité dans la structure et les propriétés du matériau sur toute la paroi du tube grâce au perçage à chaud et au travail à froid de précision, évitant ainsi l’introduction de défauts de soudage.
1. Préparation et perçage
Sélection des matières premières : des billettes rondes en acier inoxydable ferritique de haute pureté sont utilisées. Étant donné que les nuances ferritiques (telles que 430, 439 et 444) ont généralement une ductilité inférieure à celle des aciers austénitiques, la qualité métallurgique des billettes est extrêmement élevée, avec un contrôle strict des inclusions et de la ségrégation.
Chauffage : La billette est chauffée jusqu'à la température de perçage. Un contrôle précis de la température garantit la ductilité tout en évitant le grossissement des grains ou l'oxydation de la surface.
Perçage : Un perceur rotatif est utilisé pour poinçonner une billette d'acier solide dans une coque creuse. Il s'agit de l'étape la plus critique de la fabrication des tubes sans soudure, car la qualité du perçage détermine directement la difficulté des processus ultérieurs et la qualité des surfaces internes et externes du tube.
2. Rouler et dessiner
Laminage à chaud/Extrusion : La coque entre ensuite dans une tuberie (telle qu'une usine Pilger) pour un laminage à chaud supplémentaire afin de réduire le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi tout en améliorant la qualité de la surface interne et externe et la précision dimensionnelle, ce qui donne un tube rugueux. Pour certaines nuances fortement alliées, l'extrusion peut être utilisée.
Préparation du travail à froid : Le tube brut est décapé pour éliminer le tartre d'oxyde et se préparer au travail à froid.
Travail à froid : Il s’agit d’une étape clé pour obtenir des tuyaux sans soudure de haute précision. Il comprend principalement le laminage à froid et l'étirage à froid. L'étirage à froid tire le tube à travers une filière, réduisant ainsi ses dimensions et améliorant sa finition de surface. Le travail à froid augmente considérablement la résistance du tube, mais il provoque également un écrouissage et réduit l'allongement.
3. Traitement thermique et finition
Recuit : Après écrouissage, le tube doit subir un recuit de mise en solution (ou recuit intermédiaire) pour éliminer l'écrouissage et les contraintes résiduelles, restaurer la ductilité de l'acier inoxydable ferritique et optimiser sa résistance à la corrosion. La température de recuit et le temps de maintien affectent considérablement la granulométrie des tubes ferritiques.
Redressage : Permet de supprimer les courbures introduites lors du traitement thermique.
Finition et inspection : cela comprend la découpe, le chanfreinage, le décapage, le polissage et, surtout, les tests non destructifs (CND), tels que les tests par courants de Foucault et les tests par ultrasons, pour garantir que le tube est exempt de défauts internes tels que des fissures ou des couches intermédiaires.
Processus de fabrication de tuyaux en acier inoxydable ferritique soudés
La fabrication de tubes soudés est basée sur des bandes (bobines), offrant les avantages d'une efficacité de production élevée et d'une précision dimensionnelle. Cependant, la structure métallographique de la zone de soudure doit être cohérente avec celle du matériau de base et la corrosion intergranulaire doit être évitée.
1. Préparation et formage
Préparation des matières premières : Une bobine laminée à froid en acier inoxydable ferritique fini (bobine laminée à froid) ou une bobine laminée à chaud est utilisée. La qualité des bords et la tolérance d’épaisseur de la bande sont critiques et affectent directement la stabilité du soudage ultérieur.
Refendage : La bobine est découpée longitudinalement en bandes d'une largeur spécifique, correspondant précisément à la circonférence du tube souhaité.
Formage continu : La bande passe à travers une série de rouleaux, la courbant progressivement en une forme de tube rond et ouvert, connue sous le nom d'ébauche de tube. Ce processus doit être uniforme et continu pour éviter les concentrations de contraintes.
2. Soudage
Soudage par induction haute fréquence (HFIW) ou soudage à l'arc plasma (PAW) : Il s'agit de la méthode de soudage la plus couramment utilisée pour les tuyaux en acier inoxydable ferritique.
HFIW utilise un courant électrique à haute fréquence pour générer de la chaleur, fusionnant les bords de l'ébauche du tuyau. Étant donné que les nuances d'acier inoxydable ferritique (en particulier les nuances stabilisées) ont généralement une excellente soudabilité, HFIW peut réaliser un soudage autogène rapide et de haute qualité (sans ajout de métal d'apport).
La clé du processus de soudage est un contrôle précis de l'apport de chaleur et de l'extrusion pour garantir le raffinement du grain dans la zone de soudure, empêcher la formation de phases fragiles telles que la martensite et minimiser l'oxydation de la soudure.
Coupe des cordons : Après le soudage, les cordons de soudure saillants à l’intérieur et à l’extérieur de la soudure doivent être immédiatement retirés pour répondre aux exigences dimensionnelles et de résistance aux fluides.
3. Dimensionnement et finition
Recuit brillant en ligne : Pour l'acier inoxydable ferritique, le recuit brillant continu en ligne est généralement effectué immédiatement après le soudage. Le traitement thermique sous atmosphère protectrice (telle que l'hydrogène ou un mélange azote-hydrogène) vise à restaurer la microstructure de la soudure et sa zone affectée thermiquement (ZAT), à éliminer les contraintes résiduelles et à maintenir l'état de surface du tuyau, éliminant ainsi le besoin de décapage supplémentaire.
Dimensionnement et redressage : Après le recuit, le tuyau passe dans un broyeur de dimensionnement pour une correction finale du dimensionnement et de la rondeur, suivi d'un redressage.
Test par courants de Foucault : le test par courants de Foucault de la zone de soudure est une étape clé du contrôle de qualité, garantissant que la soudure est exempte de défauts tels qu'une pénétration incomplète, une porosité et des fissures.
