Acier inoxydable duplex dans les transporteurs de produits chimiques : sélection des matériaux des citernes à cargaison et conformité à l'OMI

Quelles qualités d’acier inoxydable sont utilisées aujourd’hui dans les citernes de transport de produits chimiques ?

Deux familles de nuances dominent : l'austénitique 316L (et sa variante alliée à l'azote-316LN) et l'acier inoxydable duplex UNS S31803/S32205, vendu dans le commerce sous le nom de « 2205 ».Les deux sont des qualités forgées, soudables et résistantes à la corrosion-utilisées comme revêtement de contact avec la cargaison-de réservoirs indépendants ou intégrés, et le choix entre eux est la décision centrale de sélection du matériau-sur tout nouveau chimiquier.

Le 316L est le cheval de bataille traditionnel pour les citernes à cargaison des pétroliers chimiques depuis des décennies : il est largement disponible, bien compris par les chantiers navals et résistant à une large gamme de produits chimiques organiques, d’huiles comestibles et d’acides doux. L'acier inoxydable duplex, avec une microstructure de -austénite-ferrite à deux phases, est entré plus tard dans la flotte des transporteurs de produits chimiques, mais s'est depuis imposé comme matériau standard pour les citernes à cargaison des nouveaux navires-citernes, en particulier UNS S31803 et son homologue à chimie renforcée.UNS S32205. Les deux désignations duplex offrent une solidité et une résistance aux chlorures matériellement plus élevées que le 316L, combinaison qui a conduit à leur adoption.

Un plus petit nombre de navires spécifient des qualités d'alliage austénitique super duplex (UNS S32750/S32760) ou supérieures - (254 SMO, alliage 20) pour des trafics de marchandises agressifs spécifiques-, mais ceux-ci restent l'exception plutôt que la norme de flotte couverte dans cet article.

Pourquoi l'acier inoxydable duplex est-il devenu la mise à niveau préférée par rapport au 316L pour les nouveaux réservoirs de fret ?

L'acier inoxydable duplex réduit généralement le poids du système de citerne à cargaison d'environ 10 % par rapport à une conception équivalente de 316 L, tout en augmentant simultanément la résistance aux piqûres et à la corrosion sous contrainte-fissuration -, une combinaison qui augmente directement le poids mort utilisable d'un pétrolier.L'économie provient de la limite d'élasticité à peu près double du duplex, qui permet aux concepteurs de réduire l'épaisseur des plaques tout en respectant les règles structurelles des sociétés de classification.

Source : PREN calculé selon les limites de composition ASTM A240 ; limites d'élasticité minimales selon ASTM A240 ; chiffre d'économie de poids-selon les études de cas publiées sur l'ingénierie marine en acier inoxydable duplex (littérature du manuel duplex Outokumpu/IMOA).

Dans une étude de cas documentée sur la refonte d'une citerne à cargaison de chimiquier, une section de citerne cylindrique construite en AISI 316L pesait environ 33 900 kg ; le réservoir équivalent intégréUNS S31803 recto-versopesait environ 22 300 kg -, soit une économie d'environ 11,6 tonnes métriques sur un seul réservoir. À l'échelle d'un ensemble complet de citernes à cargaison, les chiffres publiés estiment la réduction de poids totale à environ 30 à 250 tonnes métriques par navire, en fonction de la taille du navire. Pour un camion-citerne doté d'une douzaine de réservoirs séparés ou plus, cette économie de poids se transforme directement en cargaison supplémentaire - transportant un poids mort ou en une réduction des coûts d'acier et de fabrication, sans sacrifier les performances en matière de corrosion.

Comment le Code IBC de l'OMI régit-il la sélection des matériaux des citernes à marchandises ?

Le Code IBC ne prescrit pas une seule qualité d'acier inoxydable obligatoire ; au lieu de cela, il définit la norme de confinement du type de navire-et de type de réservoir-pour chaque cargaison au chapitre 17 et impose au chantier naval et à l'expéditeur de la cargaison la charge de faire correspondre un matériau spécifique à cette cargaison.Cela fait de la conformité de l’OMI un exercice de documentation et d’ingénierie autant qu’un exercice de matériaux.

Le nom officiel du Code est le Code international pour la construction et l'équipement des navires transportant des produits chimiques dangereux en vrac. Il est rendu obligatoire pour les chimiquiers construits à compter du 1er juillet 1986 par le chapitre VII de SOLAS (Transport de marchandises dangereuses) et l'annexe II de MARPOL (Règlement pour le contrôle de la pollution par des substances liquides nocives transportées en vrac). Le Code classe les navires en trois types de navires en fonction de la gravité des cargaisons qu'ils sont conçus pour transporter.

Source : OMI, Code international pour la construction et l'équipement des navires transportant des produits chimiques dangereux en vrac (Code IBC), définitions des types de navires 1 à 3.

Le chapitre 17 du Code, « Résumé des exigences minimales », répertorie des milliers de produits chimiques individuels en fonction de leur type de navire, de leur type de réservoir et d'autres paramètres de conception requis, et signale un certain nombre d'entre eux avec des notes de construction spéciales. Le chapitre 6 traite des matériaux de construction et de la conception du confinement des marchandises-de manière plus générale.

À la suite de la révision complète du Code en 2007, l'ancienne pratique consistant à répertorier des codes de matériaux génériques spécifiques pour chaque cargaison a été réduite ; La responsabilité de confirmer qu'un matériau donné dans une citerne est chimiquement compatible avec une cargaison spécifique incombe désormais conjointement au chantier naval, qui doit fournir des données de compatibilité avant la livraison, et à l'expéditeur de la cargaison, qui doit fournir des informations sur la compatibilité de la cargaison avant chaque expédition. En pratique, cela signifie qu'un entrepreneur EPC ou un armateur sélectionne 316L, duplex 2205 ou une autre qualité admissible en fonction du modèle commercial prévu du navire et de la liste de cargaison, puis documente cette sélection par rapport aux exigences de compatibilité du chapitre 17 et de la liste de cargaison approuvée du navire - plutôt que de lire une seule qualité dans le Code lui-même.

Quelles limites de compatibilité de fret s'appliquent à l'acier inoxydable duplex dans le service chimique ?

L'acier inoxydable duplex n'est pas une amélioration universelle par rapport au 316L -, il fonctionne moins bien que les qualités austénitiques dans certains acides réducteurs et perd sa ténacité au-dessus d'environ 300 degrés, donc la vérification de la compatibilité cargaison-par-cargaison reste obligatoire même sur un navire-citerne entièrement-duplex.La résistance du matériau et sa résistance aux chlorures n'éliminent pas le besoin de la même documentation de compatibilité que celle exigée par le Code IBC.

L'acide chlorhydrique concentré et d'autres acides fortement réducteurs contenant du chlorure- peuvent attaquer la phase ferrite en duplex plus rapidement qu'ils n'attaquent.austénitique 316L, donc des qualités d'alliage austénitiques ou supérieures-peuvent être préférées pour ces cargaisons malgré le PREN plus élevé du duplex.

Des températures de nettoyage prolongées des marchandises ou des réservoirs-supérieures à environ 300 degrés risquent une phase sigma-et d'autres précipitations intermétalliques en duplex, dégradant la ténacité et la résistance à la corrosion. - 316L tolère une fenêtre de service à haute température-plus large.

En dessous d'environ −50 degrés, la phase ferrite du duplex s'approche de sa transition ductile-à-fragile, tandis que le 316L austénitique conserve sa ténacité aux températures cryogéniques, favorisant le 316L pour les cargaisons à très basse-température.

Les acides hautement oxydants à forte concentration (par exemple, l'acide nitrique concentré) nécessitent une évaluation au cas par cas pour les deux qualités, car aucun d'eux n'est universellement résistant à toutes les concentrations et températures.

Ces limites correspondent exactement au type de données-spécifiques aux marchandises que le Code IBC exige que le chantier naval et l'expéditeur échangent. Un réservoir entièrement construit en duplex 2205 a toujours besoin de la même approbation de compatibilité-, cargaison-par-cargo, qu'un réservoir de 316 L - duplex élargit l'enveloppe de cargaison compatible pour les cargaisons à forte demande en chlorure-riches en chlorure-et à haute résistance-, mais cela ne remplace pas le contrôle de compatibilité.

Comment l’approbation de la société de classification affecte-t-elle la conception des citernes à cargaison duplex ?

Une société de classification - telle que DNV, ABS, Lloyd's Register, Bureau Veritas ou ClassNK - doit approuver la conception structurelle, les procédures de soudage et la certification des matériaux de la citerne à cargaison avant que le certificat d'aptitude au transport de produits chimiques dangereux en vrac de l'OMI puisse être délivré, que la citerne soit de 316 L ou duplex.Pour le duplex en particulier, les sociétés de classe appliquent un examen plus minutieux à l'équilibre en ferrite et à la qualification en soudage, car la résistance à la corrosion du duplex dépend du maintien de sa microstructure à deux phases tout au long de la fabrication.

Les sociétés de classification sont les organismes délégués qui vérifient qu'un chimiquier répond à la fois aux obligations SOLAS/MARPOL de l'État du pavillon et aux exigences structurelles et matérielles du Code IBC, opérant dans le cadre harmonisé maintenu par l'Association internationale des sociétés de classification (IACS). Pour l'approbation des matériaux des citernes à cargaison, les contrôleurs de classe examinent généralement le certificat d'essai en usine (EN 10204 Type 3.1) pour connaître la composition chimique et les propriétés mécaniques, la spécification de la procédure de soudage (WPS) et le dossier de qualification de la procédure (PQR) pour chaque type de joint, ainsi que les dossiers d'essais non destructifs pour les soudures terminées. Pour les réservoirs duplex, la plupart des sociétés exigent en outre une vérification de la teneur en ferrite - par examen métallographique ou mesure au ferritescope - sur les soudures de production, car un rapport déséquilibré de ferrite-austénite est la cause première la plus courante des-défaillances de corrosion duplex en service sur les navires.

Quels contrôles de soudage et de fabrication sont requis pour les citernes à cargaison duplex ?

Le soudage des citernes à cargaison duplex nécessite un apport de chaleur-et un contrôle de la température entre les passes-plus stricts que le 316L, car le métal soudé et la zone affectée par la chaleur-doivent conserver un équilibre de ferrite-austénite d'environ 35 à 65 % pour préserver la résistance à la corrosion.Les chantiers navals expérimentés uniquement dans la fabrication austénitique ont généralement besoin d'une qualification distincte en matière de procédures de soudage-avec témoin de classe avant de découper des plaques duplex.

Source : Les paramètres de soudage reflètent les pratiques établies de fabrication de l'acier inoxydable duplex, conformément aux directives du manuel duplex de l'IMOA/Outokumpu et aux exigences de qualification des procédures de soudage de la société de classification standard (par exemple, DNV, ABS, règles du Lloyd's Register pour les transporteurs de produits chimiques).

Quelle est la comparaison du coût total de possession entre les réservoirs de fret 316L et les réservoirs duplex ?

Les citernes à cargaison duplex coûtent plus cher par tonne de matière première, mais coûtent généralement moins cher par navire une fois que l'épaisseur réduite des plaques, le poids structurel inférieur et la durée de vie prolongée sont pris en compte.Les arguments économiques se renforcent encore sur les navires qui naviguent sur des routes chaudes et riches en chlorures, où le 316L est plus sujet aux piqûres et à la fissuration par corrosion sous contrainte.

Prix ​​du matériau : le duplex 2205 présente généralement un prix au kilogramme supérieur à celui du 316L, principalement en raison de sa teneur plus élevée en chrome et en molybdène et de sa teneur en nickel inférieure à celle des qualités austénitiques.

Poids de fabrication : la limite d'élasticité plus élevée du duplex permet des plaques 30 à 40 % plus fines pour la même charge structurelle, ce qui peut largement compenser la prime par-kilogramme par-réservoir.

Gain de poids mort : un système de réservoir plus léger libère une capacité de poids mort qui peut être vendue comme capacité de transport de marchandises supplémentaire-pendant la durée de vie opérationnelle du navire.

Temps d'arrêt liés à la corrosion : le PREN plus élevé du duplex réduit le risque de réparations de réservoirs entraînés par des piqûres et les temps d'arrêt de location sur les routes commerciales d'eau exposée au chlorure ou à l'eau chaude.

Coût de fabrication : le soudage duplex nécessite un contrôle plus rigoureux de l'apport de chaleur-et une vérification supplémentaire de la ferrite, ce qui peut augmenter le coût de fabrication par joint par rapport au 316L.

Aucun de ces facteurs n'agit de manière isolée : - un propriétaire de navire effectuant un commerce maritime à courte distance- fixe de cargaisons inoffensives peut constater que la complexité de fabrication inférieure du 316L l'emporte sur les économies de poids du duplex, tandis qu'un propriétaire construisant pour un commerce mondial de colis chimiques avec des cargaisons variables exposées au chlorure- est plus susceptible de récupérer la prime du duplex grâce aux économies de poids mort et d'entretien au cours de la durée de vie nominale du navire de plus de 20 ans.

Quelle qualité devriez-vous spécifier pour la construction d’un nouveau chimiquier ?

Spécifiez le duplex 2205 pour les camions-citernes de nouvelle construction qui transportent à l'échelle mondiale des cargaisons exposées au chlorure-ou corrosives où le poids mort et la résistance à la corrosion à long terme-importent le plus ; Le 316L reste un choix judicieux et moins complexe-pour les navires dans des métiers bénins et bien-définis.La décision finale doit toujours être vérifiée par rapport à la liste de cargaison spécifique du navire en vertu du Code IBC plutôt que prise uniquement en fonction du coût ou de la résistance.

Navires-citernes mondiaux de produits chimiques transportant une liste de marchandises large et variable, y compris des produits chimiques contenant du chlorure- → duplex 2205, soumis à un examen de compatibilité cargo-par-cargo.

Navires avec une liste de cargaison fixe et bien caractérisée-de matières organiques, d'huiles végétales ou d'acides doux → 316 L est généralement adéquat et simplifie la fabrication et la réparation.

Les métiers impliquant des températures de chargement ou de nettoyage soutenues supérieures à environ 300 degrés → privilégient le 316L ou un autre grade capable de -température- élevée plutôt que le duplex.

Les métiers mettant l'accent sur l'optimisation du poids mort sur les itinéraires longs-riches en chlorure- → les économies de poids du duplex 2205 et l'avantage PREN justifient généralement la prime.

Toute spécification de nouvelle construction, quelle que soit la qualité choisie → confirmer la qualification de la procédure de soudage de la société de classification et la documentation de compatibilité du chapitre 17 du Code IBC avant de finaliser le calendrier des matériaux.

Foire aux questions

Q : L'acier inoxydable duplex est-il approuvé pour les citernes à cargaison de chimiquiers en vertu du Code IBC ?

A: Oui. Le Code IBC ne nomme pas de qualités spécifiques ; il définit les normes de confinement et de type de navire-et nécessite une documentation sur la compatibilité du fret. L'acier inoxydable duplex, une fois vérifié compatible avec la liste de cargaison prévue et approuvé par la société de classification du navire, est un matériau de citerne à cargaison accepté et est déjà standard sur de nombreux navires-citernes de nouvelle construction.

Q : L’acier inoxydable duplex peut-il remplacer les citernes à cargaison de 316 L sur un bateau-citerne existant ?

A: Uniquement par le biais d'un projet formel de conversion ou de réparation examiné par la société de classification du navire, car il implique une nouvelle qualification de procédure de soudage, une documentation mise à jour sur la compatibilité de la cargaison et une vérification par rapport au certificat d'aptitude approuvé du navire. Il est beaucoup plus courant de spécifier un duplex au stade de la nouvelle construction que de le rénover.

Q : Quelles cargaisons ne doivent pas être transportées dans des réservoirs duplex en acier inoxydable ?

A: L'acide chlorhydrique concentré et d'autres acides fortement réducteurs contenant du chlorure-, ainsi que les cargaisons nécessitant une manipulation soutenue ou des températures de nettoyage supérieures à environ 300 degrés, sont des cas où l'austénitique 316L ou une autre qualité peut surpasser le duplex. La compatibilité doit toujours être vérifiée cargaison par cargaison.

Q : Quelles sociétés de classification approuvent la fabrication de citernes à cargaison duplex ?

A: Toutes les grandes sociétés opérant dans le cadre de l'IACS -, notamment DNV, ABS, Lloyd's Register, Bureau Veritas et ClassNK -, approuvent les conceptions de citernes à cargaison duplex en acier inoxydable, à condition que le chantier naval démontre une procédure de soudage qualifiée et vérifie l'équilibre en ferrite sur les soudures de production.

Q : Le Code IBC spécifie-t-il une qualité exacte d'acier inoxydable pour un produit chimique donné ?

A: Pas directement pour la plupart des produits. Le Code définit le type de navire et le type de citerne requis au chapitre 17 et exige que le chantier naval et l'expéditeur échangent des données sur la compatibilité des matériaux de la cargaison {{2} ; la nuance d'acier inoxydable spécifique est ensuite sélectionnée par le concepteur par rapport à cet enregistrement de compatibilité et vérifiée lors de l'approbation de classe.

Q : Combien de poids un camion-citerne pour produits chimiques peut-il économiser en utilisant des réservoirs duplex au lieu de 316 L ?

A: Les études de cas publiées font état d'une réduction d'environ 10 % du poids du système de citernes à cargaison, ce qui correspond à environ 30 à 250 tonnes métriques sur un navire plein, en fonction de la taille du navire et de la configuration des citernes.