Comparaison de deux qualités de chrome-molybdène
L'AISI 4130 et le GB/T 3077 30CrMo sont tous deux des aciers de construction à faible alliage de chrome-molybdène-fournis à l'état trempé et revenu. Leurs teneurs en chrome et en molybdène sont essentiellement les mêmes, ils partagent donc la même famille de propriétés : une bonne trempabilité, une résistance élevée à des sections de section modérées et une résistance utile au service à température élevée-. La question pratique pour les acheteurs n’est pas de savoir si ces produits se ressemblent sur le papier, mais si l’un peut être remplacé par l’autre dans une tuyauterie ou un composant usiné spécifique.
Le 4130 est une nuance d'acier allié américaine spécifiée dans la norme ASTM A519 pour les tubes mécaniques sans soudure et dans la norme ASTM A29 pour les barres.. 30CrMo est une nuance d'acier de construction en alliage chinois couverte par la norme GB/T 3077. Les composants pétroliers et gaziers fabriqués selon la norme 4130 sont fréquemment commandés avec un choix de deux classes de résistance : une limite d'élasticité minimale de 60 ksi, soit environ 414 MPa, ou 75 ksi, environ 517. MPa. Lorsque le tuyau est utilisé dans le domaine pétrolier et gazier, les tests d'impact sont normalement ajoutés aux spécifications d'achat.
Comparaison de la composition chimique
| Élément | 4130 (ASTM A519/AISI) | 30CrMo (GB/T 3077) |
|---|---|---|
| Carbone, C | 0.28 - 0.33 % | 0.26 - 0.33 % |
| Manganèse, Mn | 0.40 - 0.60 % | 0.40 - 0.70 % |
| Silicium, Si | 0.15 - 0.35 % | 0.17 - 0.37 % |
| Chrome, Cr | 0.80 - 1.10 % | 0.80 - 1.10 % |
| Molybdène, Mo | 0.15 - 0.25 % | 0.15 - 0.25 % |
| Phosphore, P | 0,040 % maximum | 0,030 % maximum |
| Soufre, S | 0,040 % maximum | 0,030 % maximum |
Les gammes de chrome et de molybdène sont identiques, c'est pourquoi les deux qualités se comportent de manière si similaire après traitement thermique. Les différences résident dans l'élément tramp-et les limites résiduelles : GB/T 3077 fixe des plafonds plus stricts pour le phosphore et le soufre, de sorte que le 30CrMo est normalement l'acier le plus propre avec un risque plus faible de fragilisation par revenu et une meilleure ténacité à basse température-. La gamme de manganèse légèrement plus large dans le 30CrMo donne un peu plus de trempabilité, tandis que la gamme de silicium plus large dans le 4130 n'a qu'un effet mineur sur le comportement mécanique.
Propriétés mécaniques et traitement thermique
Les deux qualités sont fournies à l'état trempé et revenu et sont rarement utilisées à l'état tel-laminé. GB/T 3077 attribue au 30CrMo une résistance à la traction minimale de 930 MPa, une limite d'élasticité minimale de 785 MPa, un allongement minimum après rupture de 12 %, une réduction minimale de surface de 45 % et un plafond de dureté recuit d'environ 229 HBW. La qualité américaine est normalement classée selon une classe de résistance plutôt que selon un seul tableau, de sorte que les valeurs mécaniques sont confirmées sur le certificat d'essai en usine pour l'état commandé.
La pratique typique consiste à austénitiser dans une plage qui dissout complètement les carbures sans grossir le grain, à tremper dans l'huile pour éviter les fissures dans cette classe de trempabilité et à revenu jusqu'au niveau de résistance cible. Étant donné que les deux aciers réagissent fortement à la température de revenu, c'est lors de l'étape de revenu que se crée la différence de propriétés entre un produit de 60 ksi et un produit de 75 ksi.
Le 30CrMo et le 4130 peuvent-ils être remplacés ?
Étant donné que la teneur en alliage est équivalente, la substitution est techniquement réalisable dans de nombreux composants usinés et tubulaires, mais elle ne doit jamais être considérée comme automatique. Trois conditions doivent être remplies :
Acceptation des spécifications :si la conception ou le bon de commande mentionne une qualité ou une norme, cette qualité doit être fournie ou un écart formel doit être approuvé.
Équivalence de propriété :le substitut doit répondre aux mêmes exigences de traction, d'élasticité et de dureté après le même cycle de traitement thermique.
Exigences spécifiques au service :la ténacité aux chocs, les limites de dureté pour un service acide et les-niveaux de tests non destructifs doivent tous être revérifiés-, car un acier plus propre ne signifie pas automatiquement une ténacité équivalente après revenu.
Candidatures et conseils de sélection
Les deux qualités sont utilisées pour les tubes sans soudure en acier allié, les tubes brillants de précision, les colliers de forage et autres composants pétroliers et gaziers, les fixations à haute résistance-et les pièces usinées qui nécessitent une résistance avec une ténacité modérée. La sélection est généralement déterminée par le dessin et l'utilisateur final : les projets construits selon les normes américaines ont tendance à spécifier 4130, tandis que les projets nationaux et d'exportation faisant référence aux normes chinoises spécifient 30CrMo. Lorsqu'un essai d'impact à basse température est requis, les limites plus strictes de soufre et de phosphore de 30CrMo constituent un avantage, à condition que le traitement thermique soit contrôlé pour éviter la fragilisation par revenu. Lorsque le composant est usiné à partir d’une barre ou d’un tube puis soudé, l’équivalent carbone des deux qualités nécessite un préchauffage et un refroidissement contrôlé.
FAQ
Q : Le 4130 et le 30CrMo sont-ils le même acier ?
Ils ne sont pas identiques, mais ils appartiennent à la même famille de chrome-molybdène et ont des gammes de chrome et de molybdène correspondantes. Les principales différences résident dans les limites du phosphore et du soufre ainsi que dans les plages de manganèse et de silicium.
Q : Quelles classes de limite d'élasticité sont disponibles pour les tubes 4130 ?
Deux classes sont généralement commandées : une limite d'élasticité minimale de 60 ksi, environ 414 MPa, et 75 ksi, environ 517 MPa. Les valeurs exactes sont confirmées sur le certificat du broyeur pour la condition de traitement thermique commandée.
Q : Pourquoi le 30CrMo est-il généralement plus propre que le 4130 ?
GB/T 3077 limite le phosphore et le soufre à 0,030 % maximum, contre 0,040 % maximum dans la qualité américaine, de sorte que la teneur résiduelle est plus faible et le risque de fragilisation est réduit.
Q : Quel milieu de trempe convient à ces qualités ?
La trempe à l'huile est le choix habituel, car les deux qualités ont une trempabilité suffisante pour durcir dans des épaisseurs de paroi modérées et l'huile réduit le risque de fissuration par trempe par rapport à l'eau.
Q : Les deux qualités peuvent-elles être soudées ?
Oui, mais les deux sont des aciers alliés à carbone moyen-avec un équivalent carbone relativement élevé. Le soudage nécessite un préchauffage, une température entre passes contrôlée, des consommables à faible-hydrogène et un traitement thermique après-soudage lorsque l'épaisseur de la paroi ou les conditions de service l'exigent.
Q : Les commandes pétrolières et gazières nécessitent-elles des tests d’impact ?
Très souvent oui. Les essais d'impact ne font pas partie des tableaux de matériaux de base pour ces qualités dans tous les cas, c'est pourquoi la température d'essai, le niveau d'énergie et la fréquence d'échantillonnage doivent être indiqués dans les spécifications d'achat.
Q : Le 30CrMo est-il acceptable comme remplacement direct sans qualification ?
Non. Même avec une chimie équivalente, la substitution doit être qualifiée par des tests chimiques, mécaniques et, le cas échéant, des tests non-non destructifs, et elle doit être acceptée par la spécification de l'utilisateur final.
