A333 année 6 Acier à faible teneur en carbone dans Pipelines – Caractérisation et propriétés des microstructures dureté

ASTM A269 316L inoxydable Tube Rapport d'inspection
décembre 15, 2018
API 5L Grade-B ERW Pipe Line Spécifications techniques , 20″DN (508.0 mm)× WT 7.9 mm
décembre 29, 2018

A333 année 6 Acier à faible teneur en carbone dans Pipelines – Caractérisation et propriétés des microstructures dureté

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

1.0 INTRODUCTION

1.1 Offshore Pipeline Matériau

Les pipelines en plate-forme offshore sont composées de différents types de matériaux. Sélection du matériel repose sur certaines considérations telles que le coût, exigence fonctionnelle, conditions opératoires de pression et de température, corrosion taux, etc. [1-2]. Comme il existe des variétés de pipelines en plate-forme offshore, le choix des matériaux et ces considérations sont très nécessaires. Dans l'industrie offshore, le métal est le matériau très utilisé qui peut être assorti en métaux ferreux et non ferreux [1-3]. Les métaux contenant du fer (Fe) comme leur composition sont connus en tant que premier métaux ferreux, tandis que les métaux contenant d'autres éléments sont appelés comme les métaux non ferreux [4-5]. Fonte et aciers appartiennent à la catégorie des métaux ferreux, tandis que les métaux non ferreux sont inclus de l'aluminium (Al), cuivre (Cu), croire (Sn) et de silicium (Si) [3-5]. Selon Mamdouh [6], les métaux ferreux sont les métaux les plus utilisés pour construire des pipelines de plate-forme offshore en raison de l'efficacité des coûts et de la capacité de résister à la
état de fonctionnement.

1.2 Plaine en acier au carbone

L'acier au carbone est un matériau consistant en carbone comme principal élément d'alliage. L'acier au carbone est composé de fer (Fe), carbone (C), phosphore (P), manganèse (Mn), soufre (S) et de silicium (Si) [7]. À l'heure actuelle sur le marché mondial, acier au carbone est fabriqué et utilisé en grandes quantités pour les industries lourdes, en particulier système de transport en mer et l'extraction du pétrole [8]. En effet, l'acier au carbone à haute résistance à, bonne soudabilité, high temperature resistance, une bonne protection de la surface à l'environnement extérieur et moins coûteux que d'autres aciers alliés tels que l'acier faiblement allié et acier inoxydable [3-4].

L'acier au carbone peuvent être classés en bas, Les aciers à moyen et à haute teneur en carbone sur la base de sa teneur en carbone (Instituts indiens de technologie, 2010). Acier à faible teneur en carbone est également nommé comme l'acier doux et contient généralement moins de 0.3% carbone. pendant ce temps, Les aciers à moyen et à haute teneur en carbone ont une teneur en carbone de 0.3 – 0.45% et 0.45 – 0.75% respectivement [4][9]. l'industrie des pipelines pipelines en particulier en mer ne peuvent pas utiliser l'acier au carbone moyen et élevé en raison de leur faible résistance de la fragilité et la réduction de soudabilité [10]. C’est pourquoi, acier à faible teneur en carbone est préférable dans les pipelines offshore parmi les concepteurs, les fabricants et les organismes de réglementation. Il couvre le réseau de canalisation des navires de haute température, heat exchangers, les compresseurs et les canalisations de transport [9][10]. Des informations détaillées sur l'utilisation des aciers à bas carbone dans les pipelines de plate-forme de traitement au large est tabulée dans le tableau 1. A partir du tableau 1, acier à faible teneur de carbone de type API 5L grade X52 a la résistance à la traction la plus élevée de 455 MPa, tandis que l'API de type 5L Grade B possède la résistance à la traction la plus faible de 413 MPa.

 

Table 1: Types d'aciers à bas carbone dans la plate-forme de traitement au large des côtes selon les codes et les normes, tensile strength, Composition de matériau et des applications:

 

 

Non.

Codes et standard

(ASTM / API)

Résistance à la traction

Force

(MPa)

Composition

of Materials

applications en

Plate-forme Offshore

 

Référence

 

1

 

A106 Grade B

(Tubes sans soudure)

 

415

C <= 0.30

Mn <= 1.06

P <= 0.035

S <= 0.035

 

1. Système de Seawater

2. Injection d'eau

system

3. L'eau produite

system

4. eau portable

system

5. carburant et gaz sec

system

6. Système d'eau d'incendie

7. glycol et

injection de methanol

system

8. gaz inerte / air de l'usine

tuyauterie

 

[2] [11]

[12]

 

2

 

API 5L Grade B

(Tuyau soudé)

 

413

C <= 0.28

Mn <= 1.20

P <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

3

 

A671 année CC60

(Tuyau soudé)

 

415

C <= 0.21

Mn <= 0.98

P <= 0.035

S <= 0.035

 

[2] [11]

[14]

 

4

 

API 5L Niveau X52

(Tubes sans soudure)

 

455

C <= 0.28

Mn <= 1.40

P <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

5

 

A333 année 6

(Tubes sans soudure)

 

415

C <= 0.30

Mn <= 1.06

P <= 0.025

S <= 0.025

1. système Flare

2. Système de Seawater

3. Système d'eau d'incendie

4. Drain et eaux usées

system

 

[2] [11]

[15]

 

1.3 A333 année 6 Steel Pipe faible teneur en carbone

Sur la base des données complètes dans le tableau 1, type de matériau A333 grade 6 a été choisi pour analyser la caractérisation de la microstructure

et les propriétés mécaniques du matériau. In general, A333 année 6 tuyau est appelé comme une conduite à basse température, car il peut résister

résistance aux chocs à température aussi basse que -45 ° C [15].

Figure 1 montre les échantillons de A333 année 6 bas des tuyaux en acier au carbone.

 

2.0 MÉTHODOLOGIE

2.1 Caractérisation des microstructures

Selon Sharmila [17], l'image agrandie est essentielle pour étudier la morphologie, microstructure, et la forme de diverses caractéristiques, y compris les grains, les phases et les particules enrobées. Actuellement, il existe différentes méthodes de microscopie largement utilisés dans le domaine de la recherche telles que la microscopie optique (A PROPOS), La microscopie électronique à balayage (SEM) et microscopie électronique à transmission (HAS). Selon Grubb [18], il y a différents avantages de l'utilisation d'un microscope optique tel capture des images à haute résolution, l'acquisition rapide de données et fournit des résultats plus quantitatifs. C’est pourquoi, méthode de microscopie optique a été utilisé pour caractériser la microstructure des A333 grade 6 Matériel.

La microscopie optique a besoin de surface de l'échantillon à plat, lisser et gratter gratuitement.
toutefois, il n'a pas besoin de ne pas être dans une forme spécifique telle que rectangulaire, circulaires ou d'autres géométries. En tant que tel, une bonne préparation de l'échantillon a été effectuée avant de procéder à la caractérisation de la microstructure par microscopie optique. A333 année 6 faible échantillon de tuyau d'acier au carbone a été découpé en 1 cm de longueur, et la feuille de métal de rebut attachée à l'échantillon a été retiré par le processus de broyage. Après la coupe de l'échantillon, la surface a été poncée pour enlever la surface rugueuse et des rayures sur l'échantillon. en outre, deux solutions de polissage différents tels que le diamant polycristallin (3 um et 1 µm) et la silice colloïdale non cristallin ont été versés de façon uniforme sur les plateaux d'essai pour assurer un processus de polissage efficace. Une surface réfléchissante a été obtenue après l'achèvement du processus de polissage.

La gravure est l'étape finale de préparation de l'échantillon avant l'observation de la microstructure par l'intermédiaire d'un microscope optique. La gravure est utilisé pour signifier le pelage physique et chimique de couches atomiques en un matériau [17]. Selon Niaz [19], nital est la meilleure solution de gravure pour aciers à bas carbone [20]. En outre, temps d'attaque est un facteur important à considérer pour assurer la surface de l'échantillon gravé jusqu'au niveau exact. Généralement, aciers à faible teneur en carbone doivent être gravé en utilisant Nital en laps de temps de quelques secondes à quelques minutes [21]. A333 année 6 échantillon faible en acier au carbone a été attaqué pour 3 min pour garantir un affichage précis de la microstructure. Figure 2 affiche le processus de gravure de A333 grade 6 faible surface de l'échantillon d'acier au carbone.

Figure 2: (1) Procédé de gravure; (2) Une fois le processus Eau-forte et nettoyage

Après la préparation des échantillons a été réalisée avec précision, la microstructure de la surface du matériau a été observée à travers un microscope optique en trois grossissements optiques différents, à savoir 10X, 20X et 50X.

2.2 Vickers Test de dureté

L'échantillon préparé a été monté sur l'enclume d'un dispositif d'essai Vickers sous vue microscopique. 10 kgf charge a ensuite été appliquée et suivie par pressage de la pyramide de diamant dans la surface plane de l'échantillon pendant une durée de 15 s. Après la fin du temps de séjour, la dent a été observée à travers microscopique. il faut calculer la taille de la dent en mesurant les deux diagonales [22].

3.0 RÉSULTATS ET DISCUSSION

3.1 Caractérisation des microstructures

Figure 3: Microstructures de grade A333 6 Acier à faible teneur en carbone sous un grossissement de 10X. des couches de perlite et de ferrite sont étiquetés pour différencier la structure de phase.

A partir des résultats de la microscopie optique, microstructures de la surface d'échantillon de moins de grossissement de 10X, 20X et 50X sont illustrés sur les figures 3, 4 et 5 respectivement.

Selon Scott [23], acier à faible teneur en carbone a deux principaux constituants, qui sont de la perlite et de ferrite. Perlite est défini comme des zones sombres dans la microstructure, et elle se compose de fin mélange de particules de carbure de ferrite et de fer. pendant ce temps, selon Koo [24], grains de perlite se trouvent couchés le long des joints de grains de ferrite. D'autre part, les régions plus claires sont appelées ferrite, et des joints de grains entre les particules de ferrite sont clairement visibles. In general, faible teneur en carbone avec 0.16% la teneur en carbone est constitué de la fraction volumique, 0.79% ferrite proeutectoïde et 0.21% de perlite respectivement [24]. Les deux couches de ferrite perlite et sont marquées sur les figures 3, 4 et 5. en outre, microstructures sous Affichage grossissement de 10X et 20X clair joints de grains entre les grains de ferrite. Figure 6 montre une forme de ferrite en acier à faible teneur en carbone pour justifier la déclaration concernant les joints de grains dans les grains de ferrite.

Figure 6: joints de grains allotriomorphique en acier à bas carbone [23]

L'importance de l'analyse de la microstructure d'un matériau, en particulier les aciers ou alliages, est de déterminer les propriétés du matériau en observant la taille des particules et la quantité du matériau lui-même. Sur la base de la relation Hall-Petch, la réduction de la taille des grains improvise la résistance de l'acier [25]. De même, à partir des résultats obtenus par microscopie optique, acier à faible teneur en carbone de type A333 année 6 est constitué de plus petite taille de joints de grains de ferrite.

3.2 Vickers Test de dureté

Selon les données générées par la section 2.2, Vickers résultats d'essai de dureté dépendent de la charge appliquée, logement des diamètres de durée et indentation. C’est pourquoi, pour ce test, 10 kgf a été demandé 15 s au retrait dans la catégorie A333 6 faible échantillon d'acier au carbone. Le test a été répété sur 5 différentes régions de l'échantillon, qui inclut 4 bords et un point médian de l'échantillon. Une fois que le pénétrateur Vickers fait un trou sur l'échantillon sous une forme de la pyramide en forme de losange, les lignes de charge ont été ajustés aux bords de deux diagonales, et les valeurs ont été enregistrées dans le dispositif. alors, les résultats ont été affichés en termes de HV, qui représente le niveau de dureté fournies par testeur de dureté Vickers. Les résultats obtenus sont les diamètres diagonales et des valeurs de dureté pour 5 points, et la HV moyenne de l'échantillon est mise en évidence dans le tableau 2.

Table 2: Valeur de dureté de l'échantillon A333 année 6 Acier basse teneur en carbone

Acier basse teneur en carbone: A333 année 6

(20 mm x 10 mm x 2 mm)

rectangulaire spécimen

Point

Diamètre 1 (µm)

Diamètre 2 (µm)

dureté Vickers (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

Moyenne dureté Vickers Valeur

166.826

 

Les résultats obtenus ont été vérifiées par la microstructure de l'indentation par microscopie optique. Figure 7 dépeint l'échantillon de microstructure de l'empreinte en forme de losange sur la pointe 1, 3 et 5 de l'échantillon, respectivement,.

Il montre qu'il ya une légère différence entre les résultats de valeur de dureté (HV). Bien que le test a été effectué sur 5 différents points, les valeurs de dureté obtenues doivent être identiques en raison du même matériau testé. Selon Tanaka et Kamiya [22], la rugosité de surface influe sur la mesure de la valeur de dureté. Bien que la surface de l'échantillon a été broyé de façon uniforme, il y avait une détérioration de la précision des résultats. Néanmoins, selon Samuels [26], le niveau de dureté de l'acier à faible teneur en carbone (0.1% la teneur en carbone) est 140HV. pendant ce temps, les résultats obtenus pour A333 année 6 faible émission d'acier au carbone que la valeur de dureté est d'environ 166.826HV.

4.0 CONCLUSION

Global, on peut conclure que A333 année 6 acier à faible teneur en carbone possède une microstructure avec une plus petite taille de grain inférieure et la teneur en perlite. Cette information a validé la haute résistance et ductilité du matériau. entre-temps, dureté valeur moyenne de ce matériau est 166.836HV, et il satisfait de la gamme de valeur de dureté pour les pipelines de pétrole et de gaz, qui est le maximum de 250HV. Depuis A333 année 6 acier à faible teneur en carbone a une structure cristalline appropriée et le niveau de dureté, il est adapté pour être utilisé en tant que matériau de pipeline de plate-forme offshore.
En outre, les résultats de ce document pourrait contribuer à faire avancer la recherche sur le matériel de pipeline en mer.

 

RÉFÉRENCES

[1]M.Tanzosh,chapitre A3: Matériaux de tuyauterie, dans le manuel de tuyauterie, New York, McGraw-Hill, (2000).

[2]M.Tanzosh,chapitre A3: Matériaux de tuyauterie, dans le manuel de tuyauterie, New York, McGraw-Hill, (2000).

[3]Norsok standard, M-001 Le choix des matériaux, Industrie pétrolière norvégienne, Norvège,(2004).

[4]Papavinasam,Chapitre 3 - Matériaux, Contrôle de la corrosion dans l'industrie du pétrole et du gaz, (2014) 133-177.

[5]F.Ashby,Sélection des matériaux en conception mécanique, Burlington: Editeur Elsevier, (2005).

[6]Lyon,5 - ferreux et métaux non-ferreux, Matériaux pour les architectes et les constructeurs, 3 (2006) 149-196. Subrata, Manuel de l'ingénierie Offshore, plainfield: Elsevier Ltd. (2005).

[7]H.S. Wenyong Wu, microstructures, les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion des assemblages hétérogènes soudés au laser

entre l'acier inoxydable ferritique et l'acier au carbone, Matériaux & Conception, 65 (2014) 855-861.

[8]Stipaničev,F. Turcu, L. Esnault, O. Rosas, R. Basseguy, M. Sztyler, I.B. Hêtre, La corrosion de l'acier au carbone par des bactéries

des systèmes d'injection d'eau de mer au large des côtes de la mer du Nord: Les analyses de laboratoire, bioélectrochimie 97 (2013) 76-88.

[9]Forgeron,Tuyauterie choix des matériaux et Applications, Burlington: Gulf Professional Publishing, (2005).

[10] UN J. Bryhan, W. Troyer, Soudabilité d'une faible teneur en carbone Mo-Nb X-70 Pipeline en acier, La recherche de soudage, 1 (1980) 37-47.

[11] Norsok standard, Les fiches de données pour la tuyauterie, Ed 6, Industrie pétrolière norvégienne, Norvège (2013).

[12] Américains les produits de tuyauterie, Catalogue de produits, Disponible: http://www.amerpipe.com/products. (2014).

[13] Guangdong Lizz Steel Pipe Co., Ltd, APE Spec 5L Gr.B carbone tuyauterie en acier, Disponible: http://www.apisteel.com/api-spec-5l-gr-b-carbon-steel-piping-1611/. (2014)

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

[15] American Society for Testing et matériaux (ASTM), ASTM A333: Spécification standard pour sans soudure et soudés de tuyaux en acier pour le service à basse température, American Society for Testing et matériaux (ASTM), Washington, (2013).

[16] Ensoleillé Steel Enterprise Ltd., ASTM A333 grade 6 Tubes sans soudure, Ensoleillé Steel Enterprise Ltd., 2011. Disponible: http://www.sunnysteel.com/astm-a333-grade-6_seamless-pipe.php#.VDBllXkcT6U. (2014).

[17] S. M. Mukhopadhyay, La préparation des échantillons pour la caractérisation microscopique et spectroscopique des surfaces solides et des films,

techniques de préparation des échantillons en chimie analytique 162 (2003) 377-411.

[18] ré. Grubb, 2.17 - Microscopie optique, Polymer science: Une référence complète, 2 (2012) 465-478.

[19] F. Niaz, M. R. Khan, je. Haque, “Caractérisation microstructurale acier à faible teneur en carbone utilisés dans l'industrie aéronautique, Conférence JPMS question, Pakistan, (2010).

[20] P.G. Oulianov, D.Yu. Usachov, A.V. Fedorov, COMME. Bondarenko, B.V. Senkovskiy, DE. Vyvenko, S.V. Pushko, K.S. Balizh, A.Une. Maltcev, K.I.

Borygina, UN M. Dobrotvorskii, V.K. Adamchuk, Microscopie des aciers au carbone: AFM combinée et l'étude EPCA, Applied Surface Science 267 (2013) 216-218.

[21] E. Girault, P. Jacques, ph. Harlet, K. Mols, J. de Humbeeck, E. Aernoudt, F. Delannay, Méthodes métallographiques pour

Révéler la multiphase microstructures des Aciers pour TRIP Assistée, Caractérisation des matériaux 40 (1998) 111-118.

[22] M.A.H. Kamiya, L'analyse du broyage de feuilles de toner en utilisant dureté Vickers comme un indice de broyabilité, technologie poudre 164 (2006) 82-88.

[23] D.Procédé. Scott, Métallographie et microstructures des métaux anciens et historiques, Singapour: J. Paul Getty Trust (1991).

[24] K.M. Koo, MON. Yau, Dickon H.L. de, C.C.H. elle, Caractérisation des grains de perlite en acier au carbone par émission Barkhausen,

Science des matériaux et en génie: A, 351 (2003) 310-315.

[25] Pauli Lehto, Heikki Remes, Tapio Saukkonen, Hannu Hänninen, Jani Romanoff, Influence de la distribution de taille de grain sur la relation de Hall-Petch de l'acier de construction soudé, Science des matériaux et en génie 592 (2013) 28-39.

[26] L. E. Samuels, Microscopie lumière des aciers au carbone, États Unis: ASM international, 1999.

 

Comments are closed.