A333 درجه 6 فولاد کم کربن در خط لوله – خواص ریزساختاری و خواص سختی

لوله ASTM A269 ضد زنگ 316L بازرسی گزارش
دسامبر 15, 2018
مشخصات API 5L درجه-B ERW خط لوله فنی , 20″DN (508.0 mm)× WT 7.9 mm
دسامبر 29, 2018

A333 درجه 6 فولاد کم کربن در خط لوله – خواص ریزساختاری و خواص سختی

M. N. Ervina Efzan *, S. Kesahvanveraragu, J. امرسون

1.0 معرفی

1.1 سازه های دریایی خط لوله مواد

خطوط لوله در پلت فرم های دریایی هستند تا از انواع مختلفی از مواد ساخته شده. انتخاب مواد بر ملاحظات خاص مانند هزینه متکی, نیاز عملکردی, شرایط عملیاتی از فشار و دما, corrosion rate and so forth [1-2]. از آنجا که انواع خطوط لوله در پلت فرم های دریایی وجود دارد, انتخاب مواد و ملاحظات بسیار مورد نیاز. در صنایع دریایی, فلز مواد بسیار استفاده می شود که می تواند به فلزات آهنی و غیر آهنی همه فن حریف است [1-3]. فلزات حاوی آهن (آهن) به عنوان ترکیب برتر خود را به عنوان فلزات آهنی شناخته شده, whereas metals containing other elements are termed as non-ferrous metals [4-5]. آهن و فولاد آلیاژی بازیگران متعلق به دسته فلزی آهنی, در حالی که غیر آهنی فلزات شامل آلومینیوم (آل), مس (مس), باور (قلع) و سیلیکون (و) [3-5]. با توجه به ممدوح [6], ferrous metals are the mostly used metals to build offshore platform pipelines due to the cost effectiveness and capability of withstanding the
شرایط عملکرد.

1.2 دشت فولاد کربن

فولاد کربن مواد متشکل از کربن به عنوان عنصر اصلی آلیاژی است. Carbon steel is made up of iron (آهن), کربن (C), فسفر (پ), منگنز (منگنز), گوگرد (S) و سیلیکون (و) [7]. در حال حاضر در بازار در سراسر جهان, carbon steel is being manufactured and used in large quantities for heavy industries, سیستم حمل و نقل به ویژه دریایی و استخراج نفت [8]. دلیل این است که فولاد کربن دارای استحکام بالا, جوش پذیری خوب, مقاومت در برابر دمای بالا, good surface protection to the external environment and cheaper than other alloy steels such as low alloy steel and stainless steel [3-4].

فولاد کربن را می توان به کم طبقه بندی, medium and high carbon steels based on its carbon content (موسسه فناوری هند, 2010). Low carbon steel is also termed as mild steel and usually contains less than 0.3% کربن. در همین حال, medium and high carbon steels have a carbon content of 0.3 – 0.45% و 0.45 – 0.75% به ترتیب [4][9]. Pipeline industry especially offshore pipelines may not use medium and high carbon steel due to their poor resistance of brittleness and reduction of weldability [10]. از این رو, low carbon steel is preferable in offshore pipelines among designers, سازندگان و تنظیم کننده. It covers the pipeline network of high temperature vessels, مبدل های حرارتی, compressors and transmission pipelines [9][10]. Detailed information on the utilization of low carbon steels in offshore processing platform pipelines is tabulated in Table 1. از جدول 1, low carbon steel Type API 5L Grade X52 has the highest tensile strength of 455 MPa, whereas Type API 5L Grade B possesses the lowest tensile strength of 413 MPa.

 

جدول 1: انواع فولادهای کم کربن در پلت فرم پردازش دریایی با توجه به قوانین و استانداردهای, استحکام کششی, ترکیب مواد و برنامه های کاربردی:

 

 

هیچ.

Codes and Standard

(ASTM / API)

کششی

قدرت

(MPa)

ترکیب

of Materials

Applications in

Offshore Platform

 

ارجاع

 

1

 

A106 Grade B

(لوله بدون درز)

 

415

C <= 0.30

منگنز <= 1.06

پ <= 0.035

S <= 0.035

 

1. Seawater system

2. Water injection

سیستم

3. Produced water

سیستم

4. Portable water

سیستم

5. Dry fuel and gas

سیستم

6. Fire water system

7. Glycol and

methanol injection

سیستم

8. Inert gas/plant air

piping

 

[2] [11]

[12]

 

2

 

API 5L Grade B

(لوله جوش داده شده)

 

413

C <= 0.28

منگنز <= 1.20

پ <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

3

 

A671 Grade CC60

(لوله جوش داده شده)

 

415

C <= 0.21

منگنز <= 0.98

پ <= 0.035

S <= 0.035

 

[2] [11]

[14]

 

4

 

API 5L Grade X52

(لوله بدون درز)

 

455

C <= 0.28

منگنز <= 1.40

پ <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

5

 

A333 درجه 6

(لوله بدون درز)

 

415

C <= 0.30

منگنز <= 1.06

پ <= 0.025

S <= 0.025

1. Flare system

2. Seawater system

3. Fire water system

4. Drain and sewage

سیستم

 

[2] [11]

[15]

 

1.3 A333 درجه 6 Low Carbon Steel Pipe

Based on the comprehensive data in Table 1, material type A333 Grade 6 was chosen to analyse the microstructure characterization

and mechanical properties of the material. به طور کلی, A333 درجه 6 pipe is called as a low temperature pipe since it may withstand

impact toughness at temperature as low as -45°C [15].

شکل 1 shows the samples of A333 Grade 6 low carbon steel pipes.

 

2.0 روش

2.1 خواص ریزساختاری

با توجه به شارمیلا [17], تصویر بزرگ به منظور بررسی مورفولوژی ضروری است, ریزساختار, و شکل ویژگی های مختلف از جمله غلات, phases and embedded particles. در حال حاضر, there are various microscopy methods widely used in research field such as optical microscopy (درباره), میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) and transmission electron microscopy (دارد). با توجه به Grubb [18], there are various advantages of using an optical microscope such as captures images with high resolution, fast data acquisition and provides more quantitative results. از این رو, light microscopy method was used to characterize the microstructure of A333 Grade 6 ماده.

میکروسکوپ نوری نیاز سطح نمونه را به تخت می باشد, صاف و خراش رایگان.
However, لازم نیست در هر شکل خاص باشد مانند مستطیل شکل, circular or other geometries. همینطور, a proper sample preparation was done before conducting the microstructure characterization through optical microscopy. A333 درجه 6 low carbon steel pipe sample was cut into 1 سانتی متر طول, and the scrap metal sheet attached to the sample was removed through grinding process. پس از برش نمونه, the surface was grinded to remove the rough surface and scratches on the sample. علاوه بر این, two different polishing solutions such as polycrystalline diamond (3 میکرومتر و 1 ميکرومولار) and non-crystalline colloidal silica were poured evenly on the test pans to ensure an effective polishing process. A reflective surface was attained after completion of polishing process.

Etching is the final step of sample preparation prior to observation of microstructure via optical microscope. Etching is used to mean the physical and chemical peeling of atomic layers of a material [17]. با توجه به نیاز [19], nital is the best etching solution for low carbon steels [20]. علاوه بر این,, etching time is an important factor to be considered in order to ensure the sample surface etched up to the exact level. به طور کلی, low carbon steels need to be etched using nital in time frame from seconds to minutes [21]. A333 درجه 6 low carbon steel sample was etched for 3 دقیقه برای اطمینان از نمایش دقیق ریزساختار. شکل 2 نمایش روند اچ A333 درجه 6 سطح نمونه فولاد کم کربن.

شکل 2: (1) فرآیند اچ; (2) پس از اچ و فرایند تمیز کردن

پس از آماده سازی نمونه دقیقا تکمیل شده است, microstructure of the material surface was observed through optical microscope under three different optical magnifications, یعنی 10X, 20X و 50X.

2.2 سختی ویکرز

The prepared specimen was mounted on the anvil of Vickers tester device under microscopic view. 10 kgf load was then applied and followed by pressing of diamond pyramid into the flat surface of the specimen for a duration of 15 بازدید کنندگان. پس از اتمام زمان خانه, the dent was observed through microscopic view. The size of the dent needs to be calculated by measuring the two diagonals [22].

3.0 نتایج و بحث

3.1 خواص ریزساختاری

شکل 3: ریزساختار درجه A333 6 فولاد کم کربن تحت بزرگنمایی 10X از. لایه های پرلیت و فریت با برچسب به افتراق ساختار فاز.

از نتایج میکروسکوپ نوری, microstructures of the sample surface under magnification of 10X, 20X و 50X در شکل نشان داده شده است 3, 4 و 5 به ترتیب.

با توجه به اسکات [23], فولاد کم کربن دو اجزای تشکیل دهنده اصلی, which are pearlite and ferrite. پرلیت به عنوان مناطق تیره در ساختار تعریف شده, and it consists of fine blend of ferrite and iron carbide particles. در همین حال, با توجه به کو [24], pearlite grains are found lying along the ferrite grain boundaries. از سوی دیگر, the brighter regions are known as ferrite, و در مرز دانه بین ذرات فریت به وضوح قابل مشاهده. به طور کلی, کم کربن با 0.16% محتوای کربن متشکل از کسر حجمی, 0.79% فریت proeutectoid و 0.21% پرلیت به ترتیب [24]. Both pearlite and ferrite layers are labelled in Figures 3, 4 و 5. علاوه بر این, microstructures under magnification of 10X and 20X display clear grain boundaries in between the ferrite grains. شکل 6 shows a shape of ferrite in low carbon steel to justify the statement regarding grain boundaries in ferrite grain.

شکل 6: allotriomorphic مرز دانه در فولاد کم کربن [23]

اهمیت تجزیه و تحلیل ساختار مواد, به خصوص فولاد و یا آلیاژهای, is to determine the properties of the material by observing the particle size and amount in the material itself. بر اساس رابطه هال پچ, the reduction of grain size improvises the strength of steel [25]. به طور مشابه, از نتایج به دست آمده از طریق میکروسکوپ نوری, low carbon steel Type A333 Grade 6 است تا از اندازه کوچکتر از مرز دانه های فریت ساخته شده.

3.2 سختی ویکرز

با توجه به داده های تولید شده از بخش 2.2, Vickers hardness test results depend on the applied load, خانه مدت و تو گذاری قطر. از این رو, برای این آزمون, 10 kgf was applied for 15 به تورفتگی در A333 درجه 6 نمونه فولاد کم کربن. The test was repeated on 5 مناطق مختلف نمونه, که شامل 4 edges and a midpoint of the sample. Once the Vickers indenter made a pit on the specimen in a form of the diamond shape pyramid, خطوط پر کننده به لبه هر دو قطر تنظیم شد, and the values were recorded in the device. سپس, نتایج از نظر HV نمایش داده شد, which shows the hardness level provided by Vickers hardness tester. The obtained results include diagonal diameters and hardness values for 5 نکته ها, and the average HV for the sample is demonstrated in Table 2.

جدول 2: مقدار سختی نمونه درجه A333 6 فولاد کم کربن

فولاد کم کربن: A333 درجه 6

(20 mm x 10 mm x 2 mm)

Rectangular Specimen

نقطه

قطر 1 (ميکرومولار)

قطر 2 (ميکرومولار)

سختی ویکرز (HV)

1

330.075

332.100

169.131

2

336.960

340.605

161.535

3

336.555

333.315

165.268

4

329.670

326.835

172.065

5

328.455

333.720

169.131

Average Vickers Hardness Value

166.826

 

The results obtained were verified by the microstructure of the indentation through optical microscopy. شکل 7 depicts the microstructure sample of the diamond shaped indentation on Point 1, 3 و 5 نمونه به ترتیب.

این نشان می دهد این است که تفاوت اندکی میان نتایج سختی ارزش وجود دارد (HV). Although the test was done on 5 نقاط مختلف, the hardness values obtained should be identical due to the same tested material. با توجه به تاناکا و کامیا [22], surface roughness influences the measurement of hardness value. Although the specimen surface was grinded evenly, بود بدتر شدن دقت به دست آمده وجود دارد. با این اوصاف, با توجه به ساموئلز [26], سطح سختی فولاد کم کربن (0.1% محتوای کربن) 140HV است. در همین حال, the results obtained for A333 Grade 6 low carbon steel show that the hardness value is about 166.826HV.

4.0 نتیجه

به طور کلی, می توان نتیجه گرفت که A333 درجه 6 low carbon steel possesses microstructure with smaller grain size and less pearlite content. This information has validated the high strength and ductility of the material. ضمنا, hardness mean value of this material is 166.836HV, و آن را از طیف وسیعی از ارزش سختی مطابق را برای لوله های نفت و گاز, که حداکثر از 250HV است. از آنجا که A333 درجه 6 low carbon steel has appropriate crystal structure and hardness level, آن را مناسب به عنوان یک پلت فرم مواد خط لوله دریایی مورد استفاده قرار گیرد.
علاوه بر این,, the outcome of this paper could contribute to further research on offshore pipeline material.

 

منابع

[1]M.Tanzosh,Chapter A3: Piping Materials, in Piping Handbook, New York, مک هیل, (2000).

[2]M.Tanzosh,Chapter A3: Piping Materials, in Piping Handbook, New York, مک هیل, (2000).

[3]Norsok Standard, M-001 Material Selection, Norwegian Petroleum Industry, Norway,(2004).

[4]Papavinasam,Chapter 3 – Materials, Corrosion Control in the Oil and Gas Industry, (2014) 133-177.

[5]F.Ashby,Materials Selection in Mechanical Design, Burlington: Elsevier Publisher, (2005).

[6]لیون,5 – Ferrous and non-ferrous metals, Materials for Architects and Builders, 3 (2006) 149-196. Subrata, Handbook of Offshore Engineering, Plainfield: Elsevier Ltd. (2005).

[7]H.S. Wenyong Wu, ریزساختار, mechanical properties and corrosion behavior of laser welded dissimilar joints

between ferritic stainless steel and carbon steel, مواد & Design, 65 (2014) 855-861.

[8]Stipanicev,F. Turcu, L. Esnault, O. Rosas, R. Basseguy, M. Sztyler, I.B. Beech, Corrosion of carbon steel by bacteria

from North Sea offshore seawater injection systems: Laboratory investigation, Bioelectrochemistry 97 (2013) 76-88.

[9]اسمیت,Piping Materials Selection and Applications, Burlington: Gulf Professional Publishing, (2005).

[10] A.J. Bryhan, W. Troyer, Weldability of a Low Carbon Mo-Nb X-70 Pipeline Steel, Welding Research, 1 (1980) 37-47.

[11] Norsok Standard, Material Data Sheets for Piping, Ed 6, Norwegian Petroleum Industry, Norway (2013).

[12] American Piping Products, Product Catalog, در دسترس: HTTP://www.amerpipe.com/products. (2014).

[13] Guangdong Lizz Steel Pipe Co., با مسئولیت محدود, APE Spec 5L Gr.B Carbon Steel Piping, در دسترس: HTTP://www.apisteel.com/api-spec-5l-gr-b-carbon-steel-piping-1611/. (2014)

[14] Aesteiron Steels Private Limited, ASTM A671 EFW Pipes, HTTP://www.asplpipe.com/stainlesssteel-347-products.html. (2014).

[15] American Society for Testing and Materials (ASTM), ASTM A333: Standard Specification for Seamless and Welded Steel Pipe for Low Temperature Service, American Society for Testing and Materials (ASTM), Washington, (2013).

[16] Sunny Steel Enterprise Ltd., ASTM A333 Grade 6 لوله بدون درز, Sunny Steel Enterprise Ltd., 2011. در دسترس: HTTP://www.sunnysteel.com/astm-a333-grade-6_seamless-pipe.php#.VDBllXkcT6U. (2014).

[17] S. M. Mukhopadhyay, Sample preparation for microscopic and spectroscopic characterization of solid surfaces and films,

Sample preparation techniques in analytical chemistry 162 (2003) 377-411.

[18] D. Grubb, 2.17 – Optical Microscopy, Polymer Science: A Comprehensive Reference, 2 (2012) 465-478.

[19] F. Niaz, M. R. Khan, من. Haque, “Microstructural characterization of low carbon steel used in aircraft industry, JPMS Conference Issue, پاکستان, (2010).

[20] P.G. Ulyanov, D.Yu. Usachov, A.V. Fedorov, A.S. Bondarenko, B.V. Senkovskiy, O.F. Vyvenko, S.V. Pushko, K.S. Balizh, A.A. Maltcev, K.I.

Borygina, A.M. Dobrotvorskii, V.K. Adamchuk, Microscopy of carbon steels: Combined AFM and EBSD study, Applied Surface Science 267 (2013) 216-218.

[21] E. Girault, پ. Jacques, دکتری. Harlet, K. Mols, J. Van Humbeeck, E. Aernoudt, F. Delannay, Metallographic Methods for

Revealing the Multiphase Microstructure of TRIP-Assisted Steels, Materials Characterization 40 (1998) 111-118.

[22] M.A.H. Kamiya, Analysis of the grinding of toner sheets using Vickers hardness as an index of grindability, Powder Technology 164 (2006) 82-88.

[23] D.A. Scott, Metallography and Microstructure of Ancient and Historic Metals, سنگاپور: The J. Paul Getty Trust (1991).

[24] K.M. Koo, M.Y. Yau, Dickon H.L. Ng, C.C.H. Lo, Characterization of pearlite grains in plain carbon steel by Barkhausen emission,

Materials Science and Engineering: یک, 351 (2003) 310-315.

[25] Pauli Lehto, Heikki Remes, Tapio Saukkonen, Hannu Hänninen, Jani Romanoff, Influence of grain size distribution on the Hall–Petch relationship of welded structural steel, Materials Science and Engineering 592 (2013) 28-39.

[26] L. E. Samuels, Light Microscopy of Carbon Steels, United States: ASM International, 1999.

 

دیدگاه ها بسته شده است