Produit:Tube rayé multivoies sans soudure en acier au carbone moyen SA210 Grade A-1 (ASTM A210/ASME SA210) – nervuré intérieurement avec filetage spiralé sur la surface interne. Fabriqué par étirage à froid sur un mandrin rayé spécialement conçu. Destiné aux parois d'eau des chaudières haute pression (unités supercritiques et ultra-supercritiques de plus de 300 000 kW). Le rayage interne induit des forces centrifuges qui séparent l'eau de la vapeur, forçant le liquide vers la paroi du tube pour maintenir l'ébullition nucléée et empêcher la formation d'un film de vapeur.
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Note sur la terminologie :Les termes « tube rayé » et « tube à nervures internes » désignent le même produit. Ces deux termes décrivent des tubes sans soudure présentant des nervures hélicoïdales formées sur la surface intérieure par étirage à froid sur un mandrin rainuré. multi-chefsCette désignation indique la présence de plusieurs nervures hélicoïdales parallèles (généralement 4 ou 6 nervures) courant le long du tube.
1. Matériau de base : Acier au carbone moyen sans soudure SA210 Grade A-1
La norme ASTM A210/ASME SA210 définit les spécifications standard des tubes sans soudure en acier mi-dur pour chaudières et surchauffeurs. Elle couvre les tubes en acier d'épaisseur minimale pour les conduits de fumées de chaudières, y compris les extrémités de sécurité, les tubes de voûte, les tubes d'entretoise et les tubes de surchauffeur. La nuance SA210 A-1 est la plus couramment utilisée pour les applications générales de tubes de chaudières, offrant un excellent compromis entre résistance, ductilité et coût.
Pour les applications à haute pression et haute température, l'acier SA210 Grade C (teneur en carbone plus élevée, résistance accrue) est également disponible. Cependant, le Grade A-1 demeure la norme industrielle pour les applications de parois étanches nécessitant une bonne formabilité pour le pliage à froid et des performances fiables à des températures de métal allant jusqu'à 425 °C (800 °F).
1.1 Composition chimique (ASTM A210 Grade A-1)
| Élément | Exigence (max/min) | Typique (acier pour femmes) |
| Carbone (C) | ≤0,27% | 0,22-0,25% |
| Manganèse (Mn) | ≤0,93% | 0,45-0,60% |
| Silicium (Si) | ≥0,10% | 0,18-0,33% |
| Phosphore (P) | ≤0,035% | ≤0,015% |
| Soufre (S) | ≤0,035% | ≤0,010% |
Source du tableau : norme ASTM A210 / ASME SA210
1.2 Propriétés mécaniques
| Propriété | Exigence de niveau A-1 | Typique (acier pour femmes) |
| Limite d'élasticité (min) | 255 MPa (37 000 psi) | 280-320 MPa |
| Résistance à la traction (min) | 415 MPa (60 000 psi) | 450-520 MPa |
| Allongement (min) | 30 % (longitudinal) | 32-36% |
| Dureté (max) | 79 HRB / 143 HB | 70-75 HRB |
*La nuance C (0,24-0,31 % C, YS ≥ 275 MPa, TS ≥ 485 MPa) offre une résistance supérieure de 5 à 10 % mais une ductilité inférieure ; recommandée pour les tubes de surchauffeur et les applications à haute température.*
1.3 Propriétés physiques
| Propriété | Valeur |
| Densité | 7,85 g/cm³ |
| température de service maximale | 425 °C (800 °F) |
| Module d'élasticité | 200 GPa |
| Conductivité thermique (100°C) | ~48 W/m·K |
| Coefficient d'expansion | 12,2 μm/m·K (20-200 °C) |
1.4 Normes applicables
| Standard | Description |
| ASTM A210 / A210M | Spécification standard pour les tubes sans soudure en acier au carbone moyen destinés aux chaudières et aux surchauffeurs |
| ASME SA210 | Version ASME (exigences identiques) |
| GB/T 20409-2018 | Norme nationale chinoise pour les tubes rayés (tubes sans soudure pour chaudières haute pression) |
| EN 10216-2 (comparable) | Norme européenne pour les tubes en acier sans soudure destinés à être utilisés sous pression |
2. Tube rayé à plusieurs conducteurs : paramètres géométriques
Les tubes rayés à plusieurs pistes (MLR) sont classés en deux configurations standard, chacune conçue pour des conditions de fonctionnement spécifiques :
| Paramètre | Type A (Standard) | Type B / Optimisé |
| angle d'hélice | 30° | 30°+ (jusqu'à 40°+) |
| Amélioration du transfert de chaleur | 30 % de plus sur un tube lisse | 50 % et plus par rapport au tube lisse (cumulatif) |
| Nombre de dérivations (débuts de côtes) | 4 ou 6 | 4 ou 6 |
| Géométrie des côtes | Profil rectangulaire | Optimisé (arrondi ou cranté) |
Les tubes rayés multibrins standard sont classés en deux types (A et B) avec un angle d'hélice de 30°. Les tubes rayés multibrins optimisés peuvent présenter un angle d'hélice supérieur à 40°, offrant ainsi un gain de 20 % en efficacité thermique par rapport aux tubes rayés standard.
Données de recherche :Un tube à ailettes à 4 nervures, de diamètre extérieur 25 mm, de hauteur 0,68 mm, de largeur 9,25 mm et d'angle d'hélice 60°, a été validé expérimentalement. Des études numériques confirment que des tubes à ailettes rectangulaires optimisés (hauteur 0,775 mm, angles d'hélice 30° et 58°) favorisent l'écoulement hélicoïdal secondaire près de la paroi, améliorant ainsi significativement l'efficacité du transfert thermique.
Augmentation de la surface :La surface interne par unité de longueur des tubes à nervures internes est environ 1,5 à 2,4 fois supérieure à celle des tubes lisses de même diamètre extérieur. Le procédé d'étirage à froid confère à la paroi interne une structure à nervures spiralées aux dimensions géométriques précises, augmentant considérablement la surface d'échange thermique effective du tube par rapport aux tubes lisses.
2.1 Spécifications communes (issues de la production réelle)
| Diamètre extérieur × Poids (mm) | Utilisation typique |
| Φ28,6 × 6,2 | Panneaux muraux d'eau, moyenne pression |
| Φ31,8 × 5,5 | Panneaux muraux d'eau |
| Φ38,1 × 7,5 | Tube à paroi d'eau standard |
| Φ63,5 × 7,5 | paroi d'eau de grande chaudière |
| Φ66,7 × 8 | chaudières super/ultra-supercritiques |
*Spécifications communes pour les tubes rayés multi-pistes SA210 de grade A-1 et de grade C*
2.2 Tolérances de fabrication (étiré à froid)
| Paramètre | Tolérance |
| diamètre extérieur (DE) | ±0,10 mm pour un diamètre extérieur < 25,4 mm ; ±0,15 mm pour un diamètre extérieur compris entre 25,4 et 38,1 mm |
| Épaisseur de paroi | -0 % / +20 % pour l'étirage à froid |
| Longueur | +20/-0 mm |
| Rectitude | ≤1,5 mm par mètre |
Source : Tolérances des tubes étirés à froid ASTM A210
3. Procédé de fabrication – Étirage à froid avec bouchon rayé
Womic Steel produit des tubes de chaudière sans soudure à rayures multiples SA210 Grade A-1 grâce à un procédé d'étirage à froid optimisé avec un mandrin à rayures rotatif. Le procédé débute avec des tubes sans soudure laminés à chaud, qui servent de matière première pour les opérations d'étirage à froid suivantes. Après des passes d'étirage à froid initiales avec un mandrin lisse pour obtenir les dimensions approximatives, l'opération d'étirage finale utilise un mandrin à rayures multiples.
Un mandrin spécialement conçu (rainuré extérieurement en spirale) est inséré dans le tube en acier et fixé à un mandrin rotatif. Le tube est étiré à travers une filière de réduction ; lors de son étirage, le mandrin tourne, formant de multiples nervures hélicoïdales continues sur sa surface interne. Le corps du mandrin présente des rainures externes équidistantes autour de son axe central, avec des surfaces planes externes alternant entre les rainures. Lorsque le tube est étiré sur ce mandrin rainuré, les surfaces planes impriment un motif spiralé régulier – généralement 4 ou 6 nervures parallèles équidistantes – sur la paroi interne du tube, tandis que les rainures permettent l’écoulement du métal déplacé.
La simulation numérique avancée (méthode des éléments finis, FEM) est utilisée pour optimiser la géométrie de la filière avant la production, minimisant ainsi les grippages et les défauts de paroi des tubes. Ce procédé présente plusieurs avantages clés : formation stable des nervures, productivité élevée, durée de vie prolongée de l’outillage, géométrie des nervures constante et finition de surface intérieure lisse. Les tubes sont étirés à froid pour obtenir un diamètre extérieur et une épaisseur précis, puis traités thermiquement (normalisés) et contrôlés par des essais non destructifs à 100 %.
4. Mécanisme d'amélioration du transfert de chaleur – Pourquoi les tubes rayés fonctionnent-ils ?
Dans les tubes lisses des chaudières, les bulles de vapeur coalescent à la surface interne, formant un film de vapeur continu. Ce film de vapeur étant un mauvais conducteur de chaleur, l'efficacité du transfert thermique chute brutalement, ce qui peut entraîner une surchauffe et une défaillance du tube (désamorçage de l'ébullition nucléée).
Les tubes rayés résolvent ce problème en induisant des forces centrifuges dans l'écoulement, repoussant l'eau liquide vers la paroi du tube tandis que la vapeur se déplace vers le centre. Ce mécanisme présente quatre avantages essentiels :
Suppression du DNB— la couche d'eau sur la paroi assure une ébullition nucléée continue même à des flux de chaleur élevés.
Séchage retardé— Dans des conditions sous-critiques, le rayage prolonge le délai de séchage, protégeant ainsi l'intégrité du tube.
Flux de chaleur critique plus élevé— L'ébullition nucléée se maintient à des charges thermiques beaucoup plus élevées.
Amélioration du transfert de chaleur— même à faible flux massique, le tube rayé améliore considérablement le transfert de chaleur tout en réduisant le débit massique nécessaire à un refroidissement adéquat.
Des simulations numériques par CFD montrent que l'optimisation des paramètres géométriques — notamment le nombre de spires des rayures, la hauteur des nervures et le pas des rayures — permet d'accroître davantage le transfert de chaleur que pour les tubes rayés classiques. Le flux tourbillonnaire généré par les nervures hélicoïdales crée un film liquide mince sur la paroi, augmentant considérablement le coefficient de transfert de chaleur par rapport aux tubes lisses.
5. Contrôle et tests de qualité
Chaque lot de tubes rayés SA210 A-1 est soumis à des tests rigoureux conformément aux spécifications standard :
| Test | Méthode | Portée |
| Analyse chimique | Spectromètre OES | Par fournée (chaque lot) |
| essai de traction | ASTM A370 | Par chauffe (par lot) |
| Test de dureté | HRB / HB | Par lot |
| essai hydrostatique | Pression ≥ 1,5 × pression nominale | Chaque tube |
| Courants de Foucault / UT (CND) | Automatique en ligne ou hors ligne | Inspection à 100% |
| Évasement et aplatissement | ASTM A450 | Par lot (pour vérification de la ductilité) |
| Identification positive des matériaux (PMI) | XRF (optionnel) | Chaque tube ou selon les besoins |
| Inspection dimensionnelle | Laser / pied à coulisse / comparateur optique | 100 % (diamètre extérieur, poids, géométrie des nervures, angle d'hélice) |
Mesure de la géométrie des côtes :Le nombre, la hauteur et la largeur des nervures, le pas et l'angle d'hélice sont vérifiés à l'aide de comparateurs optiques ou de profilomètres de précision. Ces paramètres doivent être constants sur toute la longueur du tube afin de garantir un transfert de chaleur uniforme.
Certificats :Conforme à la norme EN 10204, type 3.1 (standard) et type 3.2 (avec contrôle par un organisme tiers). Inspection par un organisme tiers (SGS, BV, DNV, TÜV) disponible.
6. Applications – Domaines d'excellence des tubes rayés SA210 A-1
Les tubes sans soudure à rayures multiples sont principalement utilisés dans les parois d'eau des chaudières de centrales électriques subcritiques et ultra-supercritiques de grande capacité (généralement des unités d'une puissance de 300 000 kW et plus). La Chine consomme à elle seule environ 25 000 à 30 000 tonnes de tubes à rayures par an à cette fin. Les nuances de matériaux courantes comprennent le SA210 Grade A-1, le SA210 Grade C et le SA213 T2.
Les applications spécifiques comprennent :
l Panneaux muraux d'eaudans les chaudières supercritiques
l panneaux muraux à eau super/ultra-supercritiqueplus de 300 000 kW
l surfaces de chauffage par évaporation
l régions inférieures du fouravec le flux de chaleur le plus élevé
l industries chimiques et électriquesnécessitant un échange de chaleur à haute pression
Source : Spécifications techniques des tubes en acier sans soudure à plusieurs cannelures
7. Comparaison des qualités – Quand utiliser SA210 A-1, SA210 C ou d’autres matériaux
| Qualité / Matériau | teneur en carbone | Limite d'élasticité | Caractéristiques clés | Utilisation recommandée |
| SA210 A-1 | ≤0,27% | min 255 MPa | Excellente aptitude au pliage à froid ; résistance modérée ; solution la plus économique | Parois d'eau des chaudières générales, régions à faible flux de chaleur |
| SA210 C | ≤0,35% | min 275 MPa | Résistance accrue ; limite d’élasticité supérieure de 5 à 10 % à celle de l’acier A-1 ; possibilité de parois plus fines | Tubes de surchauffeur ; zones à température plus élevée ; parois d'eau à pression plus élevée |
| SA213 T2 | 0,10-0,20% | min 205 MPa | Cr-Mo (0,5 % Cr, 0,5 % Mo) ; résistance au fluage à haute température améliorée | Tubes de chaudière à haute température ; raffineries |
| SA213 T12 | 0,05-0,15% | min 220 MPa | Alliage 1 % Cr-0,5 % Mo ; excellente résistance au fluage à haute température | Parois de chaudières supercritiques ; collecteurs haute température |
| SA209 T1a | 0,10-0,20% | min 205 MPa | Cr-Mo (0,5 % Cr, 0,5 % Mo) ; similaire à T2 | Tubes à paroi mince ; applications haute pression |
Le choix de la nuance appropriée est crucial : l’utilisation d’une nuance faiblement alliée (T2/T12) augmente inutilement les coûts des matériaux, tandis que l’utilisation d’un acier au carbone (A-1) dans des zones à température excessivement élevée risque de provoquer la rupture du tube en raison de dommages dus au fluage.*
8. Foire aux questions (FAQ)
Q1 : Quel est l'avantage en termes de transfert de chaleur par rapport aux tubes lisses ?
A : Les tubes à rayures multivoies standard (angle d'hélice de 30 degrés) améliorent le rendement thermique de 30 % par rapport aux tubes lisses. Les tubes à rayures optimisés (angle d'hélice supérieur à 40 degrés) peuvent apporter une amélioration supplémentaire de 20 %, pour un gain de rendement cumulé de 50 % ou plus.
Q2 : Quels matériaux peuvent être utilisés pour les tubes rayés ?
A: Les matériaux courants comprennent l'ASME SA210 Grade A-1, le SA210 Grade C et le SA213 T2. Bien que le SA213 T2 (alliage Cr-Mo) puisse également être rayé, il est nettement plus coûteux et généralement réservé aux zones à haute température. Womic Steel peut également produire des tubes rayés en SA213 T12, SA213 T22 et autres nuances sur mesure, selon les spécifications du client.
Q3 : Comment vérifiez-vous la géométrie des nervures internes ?
A : Le nombre de nervures, leur hauteur, leur largeur, le pas et l'angle d'hélice sont vérifiés à l'aide de comparateurs optiques ou de profilomètres de précision. Des rapports complets sont disponibles pour chaque lot.
Q4 : Les tubes rayés sont-ils disponibles en dimensions personnalisées ?
R : Oui. Nous pouvons fabriquer des tubes rayés selon les spécifications du client, notamment le diamètre extérieur, l'épaisseur de paroi, le nombre de nervures (4 ou 6), l'angle d'hélice et la géométrie des nervures. Veuillez nous faire part de vos exigences afin que nous puissions vous proposer une solution personnalisée.
Q5 : Quelles finitions de surface sont disponibles ?
A : La finition standard est recuite et décapée (AP) pour des surfaces extérieures et intérieures propres. Finitions recuites brillantes (BA) ou polies disponibles sur demande.
Q6 : Quelles certifications proposez-vous ?
A : Certificat d'essai en usine conforme à la norme EN 10204, type 3.1 (standard) et type 3.2 avec témoin tiers (SGS, BV, DNV, TÜV), disponible. Traçabilité complète du numéro de coulée jusqu'à chaque tube fini.
Q7 : Proposez-vous une inspection par un tiers ?
R : Oui. Nous facilitons les inspections par SGS, BV, DNV, TÜV, ABS et LR. Inspections PMI, contrôles dimensionnels et essais mécaniques avec témoin disponibles sur demande.
Q8 : Quel est le délai de livraison typique pour les tubes rayés SA210 A-1 ?
A : Pour les spécifications standard (Φ28,6×6,2, Φ38,1×7,5, etc.), le délai de livraison est d'environ 30 à 45 jours à compter de la confirmation de la commande. Les spécifications personnalisées nécessitent un délai de 45 à 60 jours.
Q9 : Quel est l'angle d'hélice maximal réalisable pour les tubes rayés SA210 A-1 ?
A : Les angles d'hélice standard varient de 30° à 60°, selon l'application et les contraintes géométriques. Des conceptions optimisées avec des angles d'hélice allant jusqu'à 60° ont été validées expérimentalement et conviennent aux parois d'eau des chaudières hautes performances critiques.
Q10 : Pouvez-vous fournir des tubes rayés en configuration en U ?
R : Oui, nous proposons le cintrage à froid de tubes rayés avec mandrins, suivi d'un traitement thermique complet et d'un contrôle non destructif à 100 % de la zone de cintrage. Veuillez demander un devis séparé pour les coudes en U.
Q11 : Pouvez-vous fournir des tubes rayés avec la certification NACE MR0175 ?
A: L'acier au carbone SA210 Grade A-1 n'est généralement pas spécifié pour les environnements corrosifs (H₂S). Pour les applications exigeant à la fois une résistance au rayage et aux environnements corrosifs, nous recommandons les aciers alliés (par exemple, SA213 T2) avec qualification NACE optionnelle. Veuillez consulter notre équipe d'ingénierie pour connaître les exigences spécifiques.
Q12 : Quelle est l'épaisseur minimale de paroi pour la production de tubes rayés ?
R : L'épaisseur minimale de paroi dépend du diamètre extérieur et de la géométrie spécifique des nervures. Pour une production standard, une épaisseur de paroi ≥ 4,0 mm est recommandée pour un rayage fiable. Veuillez nous contacter pour nous faire part de vos exigences dimensionnelles spécifiques.
Q13 : Le processus d'étirage à froid affecte-t-il les propriétés mécaniques du tube ?
A : Le procédé d'étirage à froid durcit le matériau, augmentant ainsi sa résistance. Cependant, le recuit de mise en solution final (normalisation) restaure la ductilité et garantit que les propriétés mécaniques répondent aux exigences de la norme ASTM A210 Grade A-1. La normalisation est effectuée après la dernière passe d'étirage à froid.
Q14 : Pouvez-vous produire des tubes rayés avec des nervures à 6 fils (6 départs) ?
R : Oui. Les tubes multibrins sont disponibles en configurations à 4 ou 6 brins. Le nombre de brins est déterminé en fonction des performances de transfert thermique requises et du diamètre du tube. Veuillez préciser vos besoins lors de votre demande.
Q15 : Les tubes rayés SA210 Grade A-1 peuvent-ils être fournis sous forme de coudes en U ?
R : Oui, nous proposons le cintrage à froid de tubes rayés avec mandrins internes pour préserver la géométrie des nervures. Après cintrage, un traitement thermique de relaxation des contraintes et un contrôle non destructif à 100 % du rayon de courbure sont effectués. La possibilité de réaliser des coudes en U dépend des dimensions finales ; veuillez nous contacter pour en connaître la faisabilité.
Q16 : Les tubes rayés SA210 Grade A-1 sont-ils disponibles en finition recuite brillante (BA) ?
R : Oui, nous pouvons fournir des tubes rayés avec une finition recuite brillante (BA). Ce procédé nécessite une atmosphère protectrice lors du traitement thermique final (par exemple, sous hydrogène ou ammoniac dissocié) afin d'éviter l'oxydation. La finition BA est idéale pour les applications exigeant une haute pureté et un environnement propre, bien qu'elle soit plus coûteuse que la finition recuite et décapée (AP) standard.
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Womic Steel – Votre fabricant spécialisé et partenaire fiable pour les tubes de chaudière sans soudure à plusieurs nervures SA210 Grade A-1, tubes étirés à froid à nervures internes pour applications de parois d'eau supercritiques et ultra-supercritiques à haut rendement.
Date de publication : 28 mai 2026