Qu'est-ce que le laiton étain ASTM B111 C44300
C44300 est la désignation UNS pour le laiton étain, l'alliage que l'industrie du transfert thermique appelle le laiton amirauté. Il s'agit d'un alliage de cuivre-zinc dans lequel le cuivre est contenu entre 70,0 % et 73,0 %, environ un pour cent d'étain est ajouté et une petite addition contrôlée d'arsenic supprime la dézincification. La qualité est répertoriée dans la norme ASTM B111/B111M, la spécification pour les tubes de condenseur et les ferrules sans soudure en cuivre et en alliage de cuivre, dans la même famille de métaux d'amirauté que le C44400 inhibé par l'antimoine-et le C44500 inhibé par le phosphore-. La désignation chinoise correspondante sous GB/T 5231 est HSn70-1.
Par rapport au laiton ordinaire 70/30, l'ajout d'étain augmente la résistance et améliore la résistance aux attaques par impaction et à la perte sélective de zinc qui détruit les tubes en laiton ordinaires dans l'eau de mer. Parce que l'alliage reste du laiton alpha monophasé tout au long de sa plage de traitement normale, il est étiré à froid et se plie bien, c'est pourquoi il est fourni sous forme de tube droit ou courbé en U plutôt que sous forme de pièces moulées.
Composition chimique et propriétés physiques
Le tableau ci-dessous résume les plages contrôlées pour le C44300, exprimées en pourcentage en masse, et le rôle que joue chaque élément en service.
| Élément | Exigence | Fonction dans l'alliage |
|---|---|---|
| Cuivre | 70.0-73.0 % | Matrice qui transporte la conduction thermique et électrique |
| Étain | 0.9-1.2 % | Augmente la résistance, retarde la dézincification et les attaques par impaction |
| Arsenic | 0.02-0.06 % | Inhibiteur qui bloque la perte sélective de zinc côté eau |
| Fer | 0,06 % maximum | Élément résiduel, maintenu faible pour protéger la conductivité |
| Plomb | 0,07 % maximum | Élément résiduel |
| Zinc | Reste | Élément d'alliage principal |
Les valeurs physiques typiques d'un tube recuit sont une densité d'environ 8,53 g/cm³, une conductivité électrique de l'ordre de 28 % IACS, une conductivité thermique proche de 110 W/(m·K) à température ambiante et un module élastique d'environ 117 GPa. Ces chiffres placent le C44300 proche des autres laitons d'amirauté et d'aluminium et bien derrière le cuivre pur en termes de conductivité, qui est le compromis accepté-pour la durabilité dans l'eau de refroidissement.
Propriétés mécaniques et sélection de l'état
ASTM B111 fixe les limites minimales de traction et d'élasticité pour chaque numéro UNS et état, et exige des tests d'expansion et d'aplatissement ainsi qu'un examen par courants de Foucault lorsque ceux-ci sont appelés dans la commande. Le tube est normalement commandé recuit dans l'état O61 afin de pouvoir être roulé dans des coudes en U - ; des états légers et étirés durs sont utilisés lorsque les tubes droits doivent supporter une pression interne plus élevée ou résister aux vibrations. Les valeurs ci-dessous sont typiques des tubes commerciaux et les minima de spécification sont inférieurs.
| Condition | Résistance à la traction | Limite d'élasticité | Élongation |
|---|---|---|---|
| O61 recuit | 330-380 MPa | 105-150 MPa | 40 % minimum |
| Lumière tirée H55 | 400-470 MPa | 250-350 MPa | 15-25 % |
| H80 étiré dur | 500-600 MPa | 400-480 MPa | 8-15 % |
Le tube recuit doit conserver suffisamment d'allongement pour accepter la flexion en U-et le laminage de la feuille de tube-sans se fissurer, tandis que le tube étiré dur échange la ductilité contre la résistance. La taille des grains à l'état recuit est également contrôlée, car les grains grossiers réduisent la durée de vie en fatigue dans un condenseur vibrant et rendent la surface rugueuse lors du pliage.
Comportement à la corrosion dans l’eau de mer et l’eau douce
L’ajout d’arsenic est ce qui sépare le C44300 du laiton ordinaire. Dans l'eau de refroidissement, l'alliage forme un film protecteur et l'inhibiteur empêche l'attaque préférentielle de la phase riche en zinc-. La résistance à la dézincification est normalement démontrée par le test standard pour les alliages de cuivre contenant du zinc, ISO 6509, plutôt que par l'exposition à température ambiante -du tube fini.
Le laiton de l'Amirauté fonctionne mieux dans l'eau de mer propre et aérée et dans l'eau douce, et tolère des niveaux modérés de chlorure dans les circuits de refroidissement. Ses limites pratiques sont bien connues. Les vitesses d'écoulement de l'eau de mer sont généralement maintenues entre 1 et 2 m/s pour éviter les attaques par impaction, l'alliage n'est pas recommandé pour un service bien au-dessus de 200 degrés et il est sensible à l'ammoniac et aux composés d'ammonium, qui peuvent provoquer des fissures par corrosion sous contrainte. Les eaux contenant des sulfures, une forte teneur en ammoniac libre ou du sable en suspension nécessitent plutôt des qualités cupro-nickel.
Applications de service typiques
Condenseurs de surface et échangeurs de chaleur auxiliaires dans la production d'électricité
Refroidisseurs d'eau de mer et d'eau saumâtre, évaporateurs et faisceaux de tubes de distillateur
Condenseurs de bord, refroidisseurs d'huile et tubes d'usine de dessalement
Condenseurs de réfrigération et CVC fonctionnant sur eau chlorée ou saumâtre
Ferrules et raccords en tôle-pour les équipements répertoriés ci-dessus
Points de fabrication, d'installation et d'inspection
Les tubes sont étirés à froid et recuits jusqu'à la taille finale, puis redressés et coupés à longueur. Le cintrage en U-est effectué à l'état recuit avec un mandrin, et les jambes pliées ne sont relâchées que là où la conception l'exige. Les tubes sont expansés en plaques tubulaires par laminage ; Les joints soudés de tube-à-tube-feuille sont utilisés pour des tâches spéciales, et le soudage ou le brasage au gaz inerte est préféré aux processus oxy-carburant, car le zinc contenu dans l'alliage se volatilise lorsque l'apport de chaleur n'est pas contrôlé.
Trois règles pratiques évitent la plupart des échecs sur le terrain. Premièrement, ne marquez jamais les tubes en laiton et étain avec des marqueurs ordinaires contenant du graphite ou de l'ammoniac -, car les résidus favorisent la fissuration par corrosion sous contrainte. Deuxièmement, nettoyer les dépôts côté eau-avec des acides inhibés ou par des moyens mécaniques, car les acides minéraux forts attaquent l'alliage. Troisièmement, gardez les tubes secs et aérés pendant le stockage afin d'éviter l'accumulation de condensat et d'ammoniac provenant des matériaux d'emballage.
L'inspection à l'arrivée couvre normalement les contrôles dimensionnels, la vérification de la dureté et de l'état, la granulométrie, l'étanchéité hydrostatique ou pneumatique et l'examen par courants de Foucault pour l'amincissement des parois. Les enregistrements du numéro de chauffe, de la trempe et des résultats des tests doivent être conservés avec le tube afin qu'un faisceau défaillant puisse être retracé jusqu'à sa coulée.
Foire aux questions
Q : Le C44300 est-il identique au laiton de l'Amirauté ?
Oui. C44300 est le numéro UNS du métal d'amirauté inhibé par l'arsenic que le commerce du transfert de chaleur appelle le laiton d'amirauté. Le C44400 inhibé par l'antimoine-et le C44500 inhibé par le phosphore-appartiennent à la même famille avec des ajouts d'inhibiteurs différents.
Q : Pourquoi de l’arsenic est-il ajouté à un alliage de cuivre ?
Il n'est pas présent pour la force. L'arsenic forme un film de surface stable qui empêche la phase riche en zinc-de se dissoudre hors de l'alliage, mécanisme qui détruit les laitons non inhibés dans l'eau de refroidissement contenant des chlorures.
Q : Quelle vitesse d’écoulement est sûre dans un condenseur à eau de mer ?
Le service d’eau de mer propre est normalement limité à environ 1 à 2 m/s. Une vitesse plus élevée augmente l'attaque par impaction aux entrées des tubes, et l'eau sableuse ou aérée abaisse encore la limite pratique.
Q : Le C44300 peut-il être utilisé dans de l'eau de refroidissement contenant de l'ammoniac - ?
Non. L’alliage est sensible à l’ammoniac et aux composés d’ammonium, qui peuvent provoquer des fissures par corrosion sous contrainte. Les qualités cupro-nickel sont le substitut habituel là où l'ammoniac est attendu.
Q : Quelle trempe faut-il commander pour les tubes coudés en U ?
L'O61 recuit est le choix normal car il a l'allongement nécessaire pour le cintrage au mandrin et le laminage des feuilles de tubes-. Les états étirés durs sont réservés aux tubes droits qui doivent résister à la pression ou aux vibrations.
Q : Comment la résistance à la dézincification est-elle vérifiée ?
Par l'essai ISO 6509 pour les alliages de cuivre contenant du zinc, qui mesure la profondeur d'attaque sélective sur une éprouvette préparée. Le résultat du test est une propriété importante et doit être enregistré sur le certificat de l'usine.
