Évaluation en service de tubes en alliage formant de l'alumine extraits des serpentins de craquage de l'éthylène

Dans les procédés pétrochimiques à haute température, tels que le craquage de l’éthylène, les matériaux des serpentins de four sont soumis à des contraintes thermiques et chimiques extrêmes, entraînant une oxydation, une cémentation et une dégradation mécanique. Le développement d’alliages avancés présentant une stabilité supérieure de l’oxyde de surface et une résilience microstructurale est essentiel pour garantir la fiabilité et prolonger la durée de vie des composants. Paralloy Group est spécialisée dans la coulée centrifuge de tubes en acier réfractaire à haute teneur en nickel et en chrome, conçus pour des environnements corrosifs et à très haute température. Parmi ceux-ci, l’alliage exclusif générateur d’alumine, le XAl4, a été conçu pour améliorer la résistance à l’oxydation grâce à la formation d’une couche protectrice d’alumine (Al₂O₃) stable et adhérente.

Notre étude porte sur les performances des tubes en XAl₄ extraits d’un four de craquage d’éthylène après une longue période d’exploitation à des températures supérieures à 1 000 °C. Une évaluation complète, faisant appel à plusieurs techniques, a été menée afin d’analyser l’intégrité mécanique, l’évolution microstructurale et la dégradation de surface sur différentes sections de la bobine. Les résultats confirment que la couche d’alumine recouvrant le XAl₄ est restée continue et adhérente tout au long de l’exploitation, offrant une excellente résistance à l’oxydation et à la cémentation. Une exfoliation minimale a été observée, même dans les zones les plus exposées thermiquement, ce qui confirme la stabilité protectrice de la couche d’Al₂O₃. Les observations microstructurales ont révélé une matrice austénitique stable présentant un grossissement limité des carbures, ce qui indique une solide stabilité métallurgique en cas d’exposition prolongée. Les essais mécaniques ont montré que le XAl4 conservait une part significative de sa résistance initiale à la traction et au fluage, les variations étant corrélées aux conditions de fonctionnement locales.

Dans l'ensemble, ces résultats démontrent la résistance à haute température du XAl₄ et mettent en évidence l'efficacité des alliages formant de l'alumine pour les applications de fours de nouvelle génération. Ces travaux apportent des informations essentielles pour l'analyse du cycle de vie, les stratégies de maintenance et l'optimisation des alliages, tout en soulignant l'importance d'une évaluation spécifique à chaque emplacement lors de la caractérisation après mise hors service.

Nagesh Narasimha Prasad 1, Kevin Dourgaparsad 1, Abel Rapetti 1, Begoña Gomez Ferrer 1, Naveen Manikanteswaran 2, Dominique Flahaut 2

1 Manoir France SAS, 12 rue des Ardennes, 27590 Pîtres

2 Paralloy Ltd, Paralloy House, Nuffield Road, Billingham, TS23 4DA