Acier inoxydable 316L vs 321 : comparaison des tuyaux et raccords

Les deux316L et 321sont des aciers inoxydables austénitiques avec à peu près la même teneur en chrome (16-18 %) et en nickel (10-14 %). La différence se résume à un ajout d’alliage chacun :

316L contient 2,0 à 3,0 % de molybdène. Ce molybdène est ce qui confère au 316L sa résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse dans les environnements chlorés. C'est également ce qui rend le 316L plus cher que le 321 sur la plupart des marchés.

321 contient du titane, ajouté à un minimum de 5 x C% (teneur en carbone). Le titane retient le carbone sous forme de carbure de titane, empêchant ainsi la précipitation du carbure de chrome aux joints de grains lorsque le métal est chauffé entre 425 et 900 degrés Celsius. C'est ce qu'on appelle la stabilisation, et c'est la raison pour laquelle le 321 peut fonctionner à des températures où le 316L, même sous sa forme à faible -carbone, commence à avoir des difficultés.

Formulaires de produits

Barre et tige

Plaque et feuille

Bobine et bande

Tuyau et Tube

Montage : bride, té, coude, réducteur, etc.

Forgeage : anneau, arbre, cercle, bloc, etc.

Résistance à la corrosion : là où le 316L gagne sa prime

Si votre environnement de service implique des chlorures, le 316L est le meilleur choix. La teneur en molybdène augmente l'indice équivalent de résistance aux piqûres (PREN) à environ 22-25, contre environ 17-19 pour le 321. En termes pratiques, cela signifie que le 316L résiste aux piqûres dans l'eau de mer, l'eau saumâtre et les flux de traitement contenant du chlorure où le 321 commencerait à montrer des attaques localisées.

La température critique de piqûre (CPT) raconte l’histoire en chiffres. Dans une solution standard de NaCl à 3,5 % selon ASTM G150,316Laffiche généralement un CPT autour de 25-30 degrés Celsius. Pour 321, le CPT est plus proche de 15-20 degrés. Dans l'eau de mer réelle du Golfe, à 35 degrés Celsius et à forte salinité, aucun des deux grades n'est idéal pour un contact direct avec l'eau de mer (c'est là qu'interviennent les grades super duplex comme SAF 2507 ou 254 SMO), mais le 316L survivra aux zones d'éclaboussures et à l'exposition atmosphérique bien plus longtemps que le 321.

La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) est l’autre mode de défaillance qui mérite d’être mentionné. Les deux qualités sont sensibles au SCC de chlorure au-dessus de 60 degrés Celsius dans des environnements contenant du chlorure-. 316L ne surpasse pas de manière significative le 321 ici. Si votre température de service est supérieure à 60 degrés dans un environnement de chlorure et que vous ne pouvez pas éliminer les chlorures, vous devriez envisager des qualités duplex ou super austénitiques, sans choisir entre ces deux.

Où321tient bien dans les environnements acides oxydants à des températures élevées. Acide sulfurique à des concentrations modérées, service d'acide nitrique et certains flux de processus pétrochimiques où la température est le principal défi plutôt que l'attaque des chlorures. La stabilisation au titane empêche la corrosion intergranulaire dans les zones affectées par la chaleur après le soudage, ce qui est important en service acide où l'attaque des joints de grains est le principal mécanisme de défaillance.

Performances à haute-température : le cas du 321

C’est là que le 321 présente un véritable avantage mesurable. Le Code ASME des chaudières et des appareils à pression (Section VIII, Division 1) autorise le 321 pour des températures de service allant jusqu'à 816 degrés Celsius. Pour le 316L, la limite du code en service continu est d'environ 450 degrés Celsius, bien qu'un service intermittent jusqu'à 425 degrés soit courant.

La raison en est la précipitation des carbures. Même avec la faible teneur en carbone du 316L, une exposition prolongée au-dessus de 425 degrés permet aux carbures de chrome de se former aux joints de grains, appauvrissant les zones adjacentes de chrome et créant un chemin de corrosion intergranulaire lorsque le métal est ensuite exposé à des milieux corrosifs. Le titane du 321 évite cela en formant préférentiellement du carbure de titane, laissant le chrome en solution.

Applications réelles où le 321 est le bon appel :

• Systèmes d'échappement et collecteurs fonctionnant à 600-800 degrés
• Tubes échangeurs de chaleur dans les unités de craquage catalytique
• Composants de fournaise et assemblages de tubes radiants
• Joints de dilatation et soufflets dans les conduits à haute-température
• Composants d'échappement et de postcombustion aérospatiaux

Soudage et fabrication : le 316L est plus indulgent

Les deux qualités sont soudables par les méthodes austénitiques standards : GTAW (TIG), GMAW (MIG), SMAW (bâton) et SAW. Mais l'expérience de fabrication est différente.

316L est la qualité la plus facile à utiliser dans un atelier ou sur le terrain. La faible teneur en carbone signifie que vous pouvez le souder sans vous soucier de la sensibilisation dans la zone affectée thermiquement-, et vous n'avez pas besoin de recuit de solution après-soudage pour restaurer la résistance à la corrosion. La sélection du métal d'apport est simple : ER316L pour la plupart des applications, ou ER316LSi si vous souhaitez un meilleur mouillage et un profil de cordon plus lisse.

321 nécessite plus d’attention. Le titane qui stabilise la nuance affecte également le bain de fusion. Le titane a une grande affinité pour l'oxygène et, dans le bain de fusion fondu, il peut former des inclusions d'oxyde de titane qui se manifestent sous la forme de défauts semblables à des scories-si la couverture de gaz de protection n'est pas étanche. La charge ER347 (niobium-stabilisé) est couramment utilisée à la place de l'ER321 pour cette raison. Le niobium offre la même fonction de stabilisation sans les difficultés de soudage introduites par le titane.

Pour les soudures bout à bout de tuyaux-à-tuyaux selon la norme ASME B16.9, les deux qualités se soudent correctement avec les procédures appropriées. Le problème apparaît davantage dans les soudures complexes comportant plusieurs passes, des configurations de joints serrées ou des soudages sur site où le vent et la contamination sont des facteurs. Si votre fabrication implique beaucoup de soudage de position ou de travaux sur site, le 316L donnera moins de maux de tête à vos soudeurs.

La formabilité est similaire entre les deux qualités. Les deux peuvent être pliés, évasés et élargis à l'aide de techniques de formage austénitiques standard.. 321 peuvent être légèrement plus difficiles à former à froid-en raison des particules de carbonitrure de titane qui augmentent les taux d'écrouissage, mais la différence est mineure pour la plupart des applications de tuyaux et de raccords.

Pour les raccords à souder bout à bout (coudes, tés, réducteurs selon ASME B16.9 et B16.28), les deux qualités sont disponibles auprès de la plupart des distributeurs en stock. Cependant, les raccords 316L sont plus susceptibles d'être en stock, tandis que les raccords 321 peuvent devoir être commandés avec un délai de livraison plus long, en particulier pour les tailles plus grandes ou les programmes non-standard.

Conseils d'approvisionnement qui permettent d'économiser de l'argent et d'éviter les problèmes

Vérifiez le certificat de test de l'usine pour la teneur en titane sur 321 commandes.Certaines usines produisent du 321 avec du titane au strict minimum (5 x carbone). Si le carbone se situe dans la partie supérieure de la plage (0,06 à 0,08 %), la teneur en titane doit être d'au moins 0,30 à 0,40 %. Si le titane est marginal et le carbone élevé, la stabilisation risque de ne pas être efficace. Demandez le calcul : Ti / (4 x C) doit être supérieur à 1,0 pour une stabilisation complète.

Précisez les conditions de livraison.Le tuyau 316L est généralement fourni dans la solution-état recuit. 321 peut être fourni recuit ou stabilisé-recuit. L'état recuit stabilisé - (maintien à 900 - 950 degrés pendant 1 à 2 heures) maximise la formation de carbure de titane et améliore la résistance à la corrosion intergranulaire. Si votre application implique un soudage suivi d'un service corrosif, spécifiez un recuit stabilisé.

Ne présumez pas que 316L et 321 sont interchangeables pour les applications conformes au code-.Si la conception a été réalisée pour le 316L (avec ses contraintes admissibles spécifiques selon ASME Section II, Partie D), le remplacement du 321 nécessite une nouvelle-vérification des valeurs de contrainte admissibles à la température de conception. À 400 degrés, le 321 a une contrainte admissible légèrement inférieure à celle du 316L. À 600 degrés, 321 est plus élevé car le 316L n'est pas du tout classé par code-à cette température.

Pour les raccords à souder bout à bout-, vérifiez le marquage de qualité.Les raccords doivent être marqués de la qualité, du numéro de coulée et du symbole du fabricant selon ASME B16.9. Les raccords WP316L et WP321 semblent identiques. Si votre entrepôt stocke les deux, un codage couleur ou un stockage séparé est essentiel. Nous avons vu des projets dans lesquels 321 raccords étaient installés dans un système 316L et vice versa, découverts uniquement lorsque la mauvaise qualité tombait en panne prématurément.

Commandez du matériel supplémentaire pour 321 projets.Étant donné que le 321 est moins couramment stocké, commander une nouvelle quantité en cours de projet{{1} peut entraîner une attente de 6-semaines. Commandez 5 à 10 % supplémentaires, notamment pour les tailles ou horaires non standards. Le coût de possession du surplus 321 est inférieur au risque de rupture de stock prévu.

Conclusion

Choisir entre le 316L et le 321 est rarement difficile une fois que l'on a clairement défini les conditions de service. Le problème est que de nombreux acheteurs abordent la décision sans caractériser complètement l’environnement, optant par défaut pour le grade qu’ils ont toujours utilisé. Cela fonctionne jusqu'à ce que ce ne soit plus le cas.

Si vous spécifiez des tuyaux pour un nouveau projet, prenez le temps de documenter la température de fonctionnement, l'exposition aux chlorures, la concentration d'acide et la durée de vie nominale. Ces quatre paramètres vous indiqueront de quelle qualité vous avez besoin de manière plus fiable que n’importe quel tableau comparatif. Et si vous avez besoin d'aide pour trouver l'une ou l'autre qualité, avec des certifications d'usine complètes et une expédition mondiale, nous proposons à la fois le 316L et le 321 sous des formes sans soudure et soudées, ainsi que des raccords et des brides à souder bout à bout correspondants selon ASME B16.9, B16.11 et B16.5.

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