Acier inoxydable super duplex Zeron 100 / F55 : normes, composition et propriétés
UNS S32760, 1.4501
Le F55 est la pièce forgée ASTM A182 du super duplex UNS S32760, connu sous le nom commercial Zeron 100 : inox austéno-ferritique à 24–26 % de Cr, 3–4 % de Mo, 0,20–0,30 % de N et additions de cuivre et de tungstène (0,5–1,0 % chacun), avec un PREN ≥ 40 exigé par les cahiers des charges d'achat (NORSOK M-630, fabricant) et une limite d'élasticité de 550 MPa. En EN, c'est le 1.4501 ; en moulage, la nuance 6A (CD3MWCuN). Le F53 (S32750, 2507) est un autre super duplex, sans Cu ni W, et possède sa propre page.
Une composition, plusieurs normes
La désignation change selon la forme du produit. Lors de la spécification, citez la norme, la nuance et la classe.
| Forme | ASTM/ASME | Nuance/classe | EN | ABNT/autres |
|---|---|---|---|---|
| Pièce forgée et bride (B16.5) | A182 / SA-182 | F55 (S32760) | EN 10250-4 / EN 10222-5: 1.4501* | NORSOK M-630 MDS D54* |
| Barre | A479 / SA-479; A276 | S32760 | EN 10088-3 / EN 10272: 1.4501 | NORSOK MDS D57* |
| Tôle, bobine, feuillard | A240 / SA-240 | S32760 | EN 10088-2 / EN 10028-7: 1.4501 | NORSOK MDS D55* |
| Tube sans soudure (de conduite) | A790 / SA-790 | S32760 | EN 10216-5: 1.4501 | NORSOK MDS D51* |
| Tube d'échangeur de chaleur | A789 / SA-789 | S32760 | EN 10216-5 | NORSOK MDS D58* |
| Tube soudé | A790 (soudé) ; A928 (soudé par fusion, classes 1–5) | S32760 | EN 10217-7: 1.4501* | NORSOK MDS D52* |
| Raccords (à souder bout à bout) | A815 / SA-815 | WPS32760 (classes WP-S, WP-W, WP-WX, CR)* | EN 10253-4* | NORSOK MDS D53* |
| Moulage | A890 / A995 (sous pression) | 6A = CD3MWCuN (J93380) | — | NORSOK MDS D56* |
| Consommable de soudage | AWS A5.9 / A5.4 / A5.22 | ER2594, E2594, E2594T ; type Zeron 100X | EN ISO 14343: 25 9 4 N L | Le Zeron 100X (avec W) correspond au S32760 |
| Rondelle/boulon, service acide | A182 / A479 / A276 + NACE | S32760 | — | NACE MR0175/ISO 15156-3; NACE MR0103; API 6A* |
La NBR 5601 ne comporte aucune nuance super duplex (non confirmé*) ; spécifier par UNS + norme produit ASTM/EN. Les numéros MDS NORSOK proviennent d'une liste de révision ancienne et peuvent avoir changé dans les éditions actuelles de la M-630*.
Tolérances et codes SH
- Barres forgées (rondes et carrées) : surépaisseur d'usinage de 2 mm (Ø 6–16 mm) à 24 mm (Ø 400–500 mm) sur le diamètre. Ex. : Ø 100–125 mm fini : +7 mm, tolérance +6 / −0 (longueur jusqu'à 3.500 mm).
- Disques forgés : surépaisseur de 4 à 9 mm sur le diamètre et de 3 à 11 mm sur la hauteur, tolérance en plus uniquement.
- Découpe et usinage : scie à ruban −0 / +5 à +15 mm en longueur ; jet d'eau +10 % de l'épaisseur sur le diamètre (min. 2 mm) ; pièces usinées −0 / +2 à +5 mm sur le diamètre. Voir les tableaux complets (INF 002 et INF 003, identiques pour tous les alliages).
| Forme | NCM (Brésil, 8 chiffres) | SH (international, 6 chiffres) | HTS (États-Unis, 10 chiffres)* | NC (Union européenne, 8 chiffres)* |
|---|---|---|---|---|
| Barre forgée | 7222.30.00 | 7222.30 | 7222.30.0024 | 7222 30 51 |
| Barre laminée à chaud | 7222.11.00 | 7222.11 | 7222.11.0059 | 7222 11 11 |
| Tôle (> 10 mm, largeur ≥ 600 mm) | 7219.21.00 | 7219.21 | 7219.21.0020 | 7219 21 10 |
| Tube sans soudure | 7304.41.90 | 7304.41 | 7304.41.6045 | 7304 41 00 |
| Tube soudé | 7306.40.00 | 7306.40 | 7306.40.5085 | 7306 40 80 |
| Bride et raccord | 7307.21.00 | 7307.21 | 7307.21.5000 | 7307 21 00 |
Classe tarifaire : acier inoxydable (selon la composition chimique, conformément aux Notes du Chapitre 72 et à la Note 5 de la Section XV).
* : codes américains et européens à titre indicatif. NCM selon la législation en vigueur (Règles générales pour l'interprétation, Notes des Chapitres 72, 74 et 75 et Note 5 de la Section XV). Confirmez le code définitif auprès de votre transitaire en douane selon la taille et la finition de l'article. SH = 6 premiers chiffres de la NCM.
Composition chimique par norme (%)
Les plages de chaque norme côte à côte, pour voir où elles diffèrent.
| Norme / nuance | C max | Mn max | P max | S max | Si max | Cr | Ni | Mo | N | Autres |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A240/A182 F55 (S32760) | 0,030 | 1,00 | 0,030 | 0,010 | 1,00 | 24,0–26,0 | 6,0–8,0 | 3,0–4,0 | 0,20–0,30 | Cu 0,50–1,00 ; W 0,50–1,00* ; PREN ≥ 40 |
| A890/A995 6A (CD3MWCuN) | 0,03 | 1,00 | 0,030 | 0,025 | 1,00 | 24,0–26,0 | 6,5–8,5 | 3,0–4,0 | 0,20–0,30 | Cu 0,5–1,0 ; W 0,5–1,0 |
Calculer le PREN de Super duplex Zeron 100 / F55 / S32760 dans le calculateur de PREN →
Propriétés mécaniques par norme
Valeurs minimales à température ambiante, dans l'état de livraison indiqué.
| Norme et état | Rp0,2 min | Rm | Allong. | Striction | Dureté |
|---|---|---|---|---|---|
| PIÈCES FORGÉES | |||||
| A182 F55, hypertrempé | 550 MPa (80 ksi) | 750–895 MPa (109–130 ksi) | 25 % | 45 % | non spécifiée* |
| LAMINÉS | |||||
| A240 S32760, tôle | 550 MPa | 750–895 MPa | 25 % | — | 270 HBW max* (les sources divergent) |
| A479 / A276 barre S32760 | 550 MPa | 750–895 MPa* | 25 %* | * | 310 HBW max (Langley) |
| TUBES, RACCORDS ET PIÈCES MOULÉES | |||||
| A790 / A789 S32760 | 550 MPa | 750–895 MPa | 25 % | — | 310 HBW / 32 HRC max* |
| A815 WPS32760 | selon la matière de départ* | 750 MPa min* | 25 %* | — | * |
| A890 / A995 6A (CD3MWCuN) | 450 MPa (65 ksi) | 690 MPa min (100 ksi) | 25 % | — | — |
Calculer le poids de la barre, de la tôle ou du tube en Super duplex Zeron 100 / F55 / S32760 →
F55 (S32760) et F53 (S32750) : Zeron 100 et 2507
Les deux alliages partagent la même base 25Cr-7Ni et la même limite d'élasticité de 550 MPa. Le S32750 (2507) contient plus de Mo (jusqu'à 5 %) et de N (0,24–0,32 %) et n'a pas de W ; sa résistance minimale à la traction est plus élevée (800 MPa) et son allongement plus faible (15 %). Le S32760 (Zeron 100) ajoute Cu et W (0,5–1,0 % chacun), a un Mo max de 4 % et porte le PREN ≥ 40 comme exigence dans la composition elle-même ; Rm se situe à 750–895 MPa avec 25 % d'allongement. En pratique, ils sont interchangeables dans de nombreuses MDS (la NORSOK cite les deux sur la même fiche), mais ce ne sont pas la même nuance : vérifier quel UNS le cahier des charges exige et utiliser un consommable compatible (ER2594 ou type Zeron 100X).
Traitements thermiques exigés par les normes
| Norme | État de livraison | Température |
|---|---|---|
| A182 F55 / A240 S32760 | Hypertrempé et refroidi dans un liquide | 1100–1140 °C (2010–2085 °F) |
| A790 S32760 | Hypertrempé et refroidi rapidement | 1070–1140 °C (1960–2085 °F) (Total Materia)* |
| A890 / A995 6A | Hypertrempé et trempé à l'eau | 1100 °C min* |
Planifier un forgeage libre en Super duplex Zeron 100 / F55 / S32760 : réduction, élancement et quantité de matière à fournir →Simuler le plan de découpe du lingot ou de la barre →
Variantes de la famille
| Variante | Normes | Différence | Rp0,2 / Rm |
|---|---|---|---|
| S32750 (2507, SAF 2507, 1.4410) | A182 F53, A240, A479, A790, A789, A815, A928 | Mo 3–5 %, N 0,24–0,32 %, sans W/Cu | 550 / 800 MPa |
| S32760 (Zeron 100, 1.4501) | A182 F55, A240, A276, A479, A790, A789, A815, A928 | Cu 0,5–1 % et W 0,5–1 % ; PREN ≥ 40 exigé | 550 / 750–895 MPa |
| S32550 (Ferralium 255, 1.4507) | A182 F61, A240, A479, A276, A790 | Cu 1,5–2,5 %, Ni et N plus bas ; le PREN minimal peut être < 40 | 550 / 750–760 MPa |
| S32520 (UR 52N+, Ferralium 255-SD50, 1.4507) | A182 F59, A240, A789, A790, A928 | Cu 0,5–3 %*, N jusqu'à 0,35 % ; PREN > 40 | 550 / 770 MPa |
| CE3MN (5A, J93404) | A890 / A995 5A | Moulage équivalent au 2507 ; Mo 4–5 % | 515 / 690 MPa |
| CD3MWCuN (6A, J93380) | A890 / A995 6A | Moulage équivalent au Zeron 100 (Cu + W) | 450 / 690 MPa |
Corrosion, PREN et température
- PREN: Cr + 3,3 (Mo + 0,5 W) + 16 N. Pour le S32760, la NORSOK M-630, la NACE MR0175 et la spécification du fabricant (Zeron 100) exigent un PREN ≥ 40 ; avec les teneurs minimales de l'ASTM, le calcul donne ≈ 38, d'où la vérification du PREN sur la coulée.
- Corrosion par piqûres et caverneuse: l'essai usuel est l'ASTM G48 méthode A à 50 °C pendant 24 h, sans piqûres (22Cr : 40 °C). CPT typique bien supérieure à celle du duplex 22Cr et du 316L.
- Phases intermétalliques (sigma, chi): précipitent rapidement entre ~600 et 1000 °C ; la plage critique de formation va de ~320 à 955 °C (A923). Un refroidissement lent après hypertrempe, ou un soudage à fort apport thermique, fait chuter la ténacité et la résistance aux piqûres.
- Fragilisation à 475 °C: la ferrite durcit lors d'une exposition prolongée entre ~300 et 525 °C, ce qui limite l'usage continu à environ 250 °C (l'ASME accepte généralement jusqu'à ~315 °C)*.
- Basse température: ténacité démontrée par Charpy à −46 °C (NORSOK : 45 J en moyenne / 35 J en individuel) ou à −40 °C (A923 méthode B).
- NACE MR0175/ISO 15156-3: le super duplex hypertrempé est accepté avec des limites de pH2S, de chlorures et de température qui dépendent de la plage de PREN (40–45) ; la NACE MR0103 limite le super duplex à 32 HRC ; les achats NORSOK exigent généralement 28 HRC / 270 HB*.
Comparer les alliages selon le milieu corrosif, la concentration et la température →
Essais exigés pour le super duplex (ASTM A923, G48, NORSOK)
- ASTM A923: détecte les phases intermétalliques : méthode A (attaque NaOH, acceptation seulement), méthode B (Charpy) et méthode C (chlorure ferrique).
- A923 méthode C: S32750, S32550 et S32520 testés à 40 °C, perte maximale de 10 mdd. Le S32760 ne figurait pas dans l'édition 2008 ; confirmer dans l'édition en vigueur*.
- A923 méthode B: S32750 à −40 °C avec une énergie convenue entre acheteur et fournisseur ; moulage J93404 (5A) à −46 °C, 54 J min.
- ASTM G48 A à 50 °C / 24 h: absence de piqûres et perte de masse ≤ 4 g/m² est le critère usuel NORSOK M-630/M-650*.
- Ferrite (ASTM E562): 35–55 % dans le métal de base ; dans la soudure, 30–70 % (NORSOK M-601)*.
- NORSOK M-650: qualification du fabricant (forge, fonderie, aciérie) pour le 25Cr ; exige une pièce de qualification avec les essais ci-dessus.
Soudage
| Élément | Pratique usuelle |
|---|---|
| Consommable | ER2594 (AWS A5.9), E2594 (A5.4) ou consommable de type Zeron 100X (avec W) ; EN ISO 14343 25 9 4 N L |
| Gaz | Ar + 2 % N2 (protection) et Ar ou Ar + N2 pour le balayage, afin d'éviter la perte d'azote à la racine |
| Préchauffage | Non utilisé |
| Interpasse | Max 100–150 °C (100 °C courant pour le 25Cr)* |
| Apport thermique | Faible et maîtrisé, ~0,5–1,5 kJ/mm, pour équilibrer la ferrite sans précipiter de sigma* |
| TTAS | Pas de détensionnement ; si nécessaire, uniquement une hypertrempe complète avec trempe à l'eau |
| Contrôle | Ferrite et dureté à la qualification (350 HV10 max usuel), G48 et Charpy selon NORSOK M-601/M-650* |
Métal d'apport pour le soudage
La composition du fil n'est généralement pas identique à celle du matériau : chaque page explique pourquoi.
Équivalences internationales
| Système | Désignation |
|---|---|
| UNS | S32760 ; moulage équivalent J93380 (6A) |
| Pièce forgée ASTM | F55 (S32760) |
| EN / W.Nr. | 1.4501 X2CrNiMoCuWN25-7-4 |
| Noms commerciaux | Zeron 100 (Rolled Alloys) |
| JIS | Pas d'équivalent JIS direct* |
| GB | Pas d'équivalent GB direct* |
| ABNT / SAE / AISI | Pas de désignation AISI/SAE ; la NBR 5601 n'a pas de nuance correspondante* |
L'équivalence se fait par composition approximative ; les propriétés minimales, les essais et le traitement thermique changent d'une norme à l'autre.
Applications typiques
| Forme ou secteur | Applications |
|---|---|
| Pétrole et gaz offshore | Lignes d'eau de mer, injection, manifolds, ombilicaux et réseaux incendie (NORSOK) |
| Sous-marin | Connecteurs, brides F55, moyeux et robinets en contact avec l'eau de mer |
| Dessalement (SWRO) | Tubes et récipients haute pression pour saumure |
| Chimie et pâte à papier | Échangeurs, pompes et équipements en présence de chlorures et d'acides |
| Pompes et robinets | Corps moulés en 6A, arbres et internes en barre A479 |
| Boulonnerie | Goujons et écrous en super duplex pour service chlorures et H2S |
Questions fréquentes
Le F53 et le F55 sont-ils la même chose ?
Non. Le F53 est le S32750 (2507) et le F55 est le S32760 (Zeron 100, avec Cu et W). Ils ont la même limite d'élasticité de 550 MPa et la même base 25Cr, mais la composition, Rm et le traitement thermique diffèrent.
Quel est le PREN minimal du F55 ?
PREN ≥ 40, exigé par les cahiers des charges d'achat (NORSOK M-630, NACE MR0175 et fabricant) et vérifié sur l'analyse de coulée : Cr + 3,3 (Mo + 0,5 W) + 16 N. Avec les seules teneurs minimales de l'ASTM, le calcul donnerait ≈ 38.
Quelle est la différence entre duplex et super duplex ?
Le duplex 22Cr (S31803/S32205, F51/F60) a un PREN ~34 et une limite d'élasticité de 450 MPa. Le super duplex 25Cr a un PREN ≥ 40 et une limite d'élasticité de 550 MPa, pour l'eau de mer et les chlorures plus agressifs.
Quelle nuance moulée correspond au Zeron 100 ?
La nuance ASTM A890/A995 6A (CD3MWCuN, J93380), avec Cu et W comme le S32760.
