A333 Grade 6 Aço de baixo carbono em Dutos – Caracterização microestrutural e propriedades de dureza

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

1.0 INTRODUÇÃO

1.1 Offshore Pipeline de materiais

Dutos em plataforma offshore são feitos de vários tipos de materiais. Seleção de material depende de certas considerações, tais como custo, requisito funcional, condições de funcionamento de pressão e temperatura, corrosão taxa e assim por diante [1-2]. Uma vez que existem variedades de dutos em plataforma offshore, selecção dos materiais e estas considerações são altamente necessária. Na indústria offshore, metal é o material altamente usadas que podem ser variados em metais ferrosos e não ferrosos [1-3]. Metais que contenham ferro (Fe) como sua composição premier são conhecidos como metais ferrosos, Considerando que os metais que contenham outros elementos são denominados como metais não-ferrosos [4-5]. ferro fundido e aços pertencem à categoria metais ferrosos, enquanto que os metais não ferrosos são inclusive de alumínio (ao), cobre (Cu), acreditar (Sn) e silício (Si) [3-5]. De acordo com Mamdouh [6], metais ferrosos são os metais mais utilizados para construir oleodutos plataforma offshore, devido à relação custo-eficácia e capacidade de suportar o
condição operacional.

1.2 Aço carbono simples

aço carbono é um material que consiste em carbono como principal elemento de liga. aço de carbono é composta por ferro (Fe), carbono (C), fósforo (P), manganês (MN), enxofre (S) e silício (Si) [7]. Atualmente no mercado mundial, aço carbono está a ser fabricado e usado em grandes quantidades para as indústrias pesadas, sistema de transporte especialmente offshore e extracção de petróleo [8]. Isto é porque o aço de carbono tem uma resistência elevada, boa soldabilidade, e encontrei o acima resistência, boa protecção da superfície para o ambiente externo e mais barato do que outras ligas de aço, tais como aço de baixa liga e aço inoxidável [3-4].

aço carbono podem ser classificados em baixo, aços de médio e elevado teor de carbono com base no seu teor de carbono (Institutos Indianos de Tecnologia, 2010). aço de baixo carbono também é denominado como o aço macio e, geralmente, contém menos do que 0.3% carbono. enquanto isso, aços de médio e elevado teor de carbono têm um teor de carbono de 0.3 – 0.45% e 0.45 – 0.75% respectivamente [4][9]. oleoduto A indústria, especialmente os dutos offshore, pode não utilizar aços de médio e alto carbono, devido à sua baixa resistência à fragilidade e redução da soldabilidade; [10]. Portanto, aço de baixo carbono é preferível em condutas offshore entre os designers, fabricantes e reguladores. Ele cobre a rede de gasodutos de embarcações de alta temperatura, trocadores de calor, compressores e tubagens de transmissão [9][10]. informação pormenorizada sobre a utilização de aços de baixo teor de carbono em condutas de plataformas offshore de processamento é tabulados na Tabela 1. Da Tabela 1, Tipo de baixo carbono aço API 5L Grau X52 tem a mais alta resistência à tracção de 455 MPa, enquanto que o tipo de API 5L grau B possui a menor resistência à tracção de 413 MPa.

 

Mesa 1: Tipos de aço de baixo carbono em plataforma de processamento offshore de acordo com códigos e padrões, resistência à tração, composição do material e aplicações:

 

Não.	Códigos e Padrão (ASTM / API)	Resistência à tração Força (MPa)	Composição de Materiais	aplicações em Plataforma Offshore	Referência
1	A106 grau B (tubos sem costura)	415	C <= 0.30 MN <= 1.06 P <= 0.035 S <= 0.035	1. sistema de água do mar 2. Injeção de água sistema 3. água produzida sistema 4. água portátil sistema 5. combustível seco e gás sistema 6. sistema de água de incêndio 7. glicol e injecção metanol sistema 8. gás inerte / ar planta canalização	[2] [11] [12]
2	API 5L Grau B (tubos soldados)	413	C <= 0.28 MN <= 1.20 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
3	A671 Grade CC60 (tubos soldados)	415	C <= 0.21 MN <= 0.98 P <= 0.035 S <= 0.035		[2] [11] [14]
4	API 5L Grau X52 (tubos sem costura)	455	C <= 0.28 MN <= 1.40 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
5	A333 Grade 6 (tubos sem costura)	415	C <= 0.30 MN <= 1.06 P <= 0.025 S <= 0.025	1. sistema de queima 2. sistema de água do mar 3. sistema de água de incêndio 4. Drenagem e esgoto sistema	[2] [11] [15]

 

1.3 A333 Grade 6 Carbono Steel Pipe baixo

Com base nos dados abrangentes na Tabela 1, tipo de material A333 Grau 6 foi escolhido para analisar a caracterização microestrutural

e as propriedades mecânicas do material. Em geral, A333 Grade 6 tubo é chamado como um tubo de baixa temperatura, uma vez que podem resistir

resistência ao impacto à temperatura tão baixo quanto -45 ° C [15].

Figura 1 mostra as amostras de A333 Grau 6 tubos de aço com baixo teor de carbono.

 

2.0 METODOLOGIA

2.1 caracterização microestrutural

De acordo com Sharmila [17], a imagem ampliada é essencial para investigar a morfologia, Microestrutura, e forma de vários recursos, incluindo grãos, fases e partículas embutidas. Atualmente, existem vários métodos de microscopia amplamente utilizados na área de pesquisa, tais como microscopia óptica (SOBRE), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). De acordo com Grubb [18], existem várias vantagens da utilização de um microscópio óptico, tais como capta imagens com alta resolução, aquisição e rápida de dados fornece resultados mais quantitativos. Portanto, método de microscopia de luz foi usada para caracterizar a microestrutura de A333 Grau 6 material.

A microscopia óptica precisa superfície da amostra para ser plana, suave e livre de arranhões.
No entanto, ele não precisa não ser em qualquer formato específico, como rectangular, geometrias circulares ou outros. Como tal, uma preparação de amostra adequado foi feito antes de realizar a caracterização microestrutural por microscopia óptica. A333 Grade 6 de baixo carbono da amostra de tubo de aço foi cortado em 1 cm de comprimento, e a folha de sucata de metal ligado à amostra foi removido por meio de processo de moagem. Após o corte da amostra, a superfície foi moído para remover a superfície áspera e arranhões na amostra. além disso, duas soluções de polimento diferentes tais como o diamante policristalino (3 e? m 1 µm) e não cristalina de sílica coloidal foram vertida uniformemente sobre as panelas de ensaio para garantir um processo de polimento eficaz. Uma superfície reflectora foi atingido após a conclusão do processo de polimento.

Decapagem é o passo final da preparação da amostra, antes da observação da microestrutura através de microscópio óptico. Gravura é usado para significar o peeling física e química de camadas atómicas de um material [17]. De acordo com Niaz [19], nital é a melhor solução de ataque para os aços de baixo teor de carbono [20]. Além disso, tempo de condicionamento é um factor importante a ser considerado, a fim de assegurar a superfície da amostra gravada até o nível exacto. Geralmente, aços de baixo teor de carbono necessitam de ser gravada usando Nital no intervalo de tempo de segundos a minutos [21]. A333 Grade 6 amostra de aço de baixo carbono foi gravado para 3 min para assegurar exposição precisa de microestrutura. Figura 2 exibe o processo de ataque de A333 Grau 6 superfície da amostra de aço de baixo carbono.

Figura 2: (1) processo de corrosão; (2) Após o condicionamento e limpeza Processo

Após a preparação da amostra tinha sido concluída com precisão, microestrutura da superfície do material foi observada através do microscópio óptico sob três ampliações diferentes ópticos, ou seja 10X, 20X e 50X.

2.2 Teste de Dureza Vickers

A amostra preparada foi montado sobre a bigorna do dispositivo verificador de Vickers sob vista microscópico. 10 kgf carga foi então aplicada e seguido por prensagem de pirâmide de diamante na superfície plana do espécime para uma duração de 15 s. Após a conclusão do tempo de habitação, o dente foi observada através de vista microscópico. O tamanho do dente precisa ser calculado através da medição das duas diagonais [22].

3.0 RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 caracterização microestrutural

Figura 3: Microestrutura de Grade A333 6 Aço de baixo carbono sob ampliação de 10x. camadas de perlite e de ferrite são rotulados de forma a diferenciar a estrutura de fase.

A partir dos resultados de microscopia de luz, microestruturas de superfície da amostra sob a ampliação de 10X, 20X e 50X são ilustrados nas Figuras 3, 4 e 5 respectivamente.

De acordo com Scott [23], aço de baixo carbono tem duas principais constituintes, que são perlite e de ferrite. Perlita é definido como regiões escuras na microestrutura, e é constituído de mistura fina de partículas de carboneto de ferro e de ferrite. enquanto isso, de acordo com Koo [24], grãos perlita são encontrado deitado ao longo dos limites de grão de ferrite. Por outro lado, as regiões mais brilhantes são conhecidos como ferrite, e os limites de grão entre as partículas de ferrite são claramente visíveis. Em geral, de baixo carbono com 0.16% teor de carbono consiste em fracção de volume, 0.79% ferrite proeutectoid e 0.21% de perlite respectivamente [24]. Ambos perlita e camadas de ferrite estão identificados nas Figuras 3, 4 e 5. além do que, além do mais, microestruturas sob ampliação de 10X e 20X de exibição clara limites de grão entre os grãos de ferrite. Figura 6 mostra uma forma de ferrite em aço de baixo carbono para justificar a declaração sobre limites de grão em grão ferrite.

Figura 6: alotriomórfica grão limite em aço de baixo carbono [23]

A importância de analisar a microestrutura de um material, especialmente aços ou ligas, é para determinar as propriedades do material, observando o tamanho de partícula e em quantidade do material em si. Com base na relação de Hall-Petch, a redução do tamanho de grão improvisar a resistência do aço [25]. Atualmente, a partir dos resultados obtidos através do microscópio óptico, aço de baixo carbono grau de tipo A333 6 é composta de tamanho menor de limites de grãos de ferrite.

3.2 Teste de Dureza Vickers

De acordo com os dados gerados a partir da Secção 2.2, Vickers resultados do teste de dureza depende da carga aplicada, habitação duração e recuo diâmetros. Portanto, para este teste, 10 KGF foi aplicada durante 15 s para recuar no A333 Grade 6 espécime de aço de baixo carbono. O teste foi repetido sobre 5 diferentes regiões do espécime, que incluem 4 bordas e um ponto médio da amostra. Uma vez que o penetrador Vickers feito um buraco na amostra de uma forma de pirâmide forma de diamante, as linhas de enchimento foram ajustados para as arestas de ambas as diagonais, e os valores foram registados no dispositivo. Então, os resultados foram indicados em termos de HV, que mostra o nível de dureza fornecida por Vickers. Os resultados obtidos incluem diâmetros diagonais e para valores de dureza 5 pontos, e o HV média para a amostra é demonstrado na Tabela 2.

Mesa 2: Valor dureza do A333 Grade Amostra 6 Aço de baixo carbono

Aço de baixo carbono: A333 Grade 6 (20 mm x 10 mm x 2 mm) retangular Specimen
Ponto	Diâmetro 1 (µm)	Diâmetro 2 (µm)	Dureza 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
Média Dureza Vickers Valor			166.826

 

Os resultados obtidos foram verificados pela microestrutura do recesso por meio de microscopia óptica. Figura 7 retrata a amostra microestrutura do diamante em forma de recuo no ponto 1, 3 e 5 do espécime respectivamente.

Isso mostra que há uma ligeira diferença entre os resultados de dureza Valor (HV). Embora o teste foi feito em 5 pontos diferentes, os valores de dureza obtidos devem ser idênticos, devido ao mesmo material testado. De acordo com Tanaka e Kamiya [22], rugosidade superficial influencia a medição do valor de dureza. Embora a superfície da amostra foi moída de forma uniforme, houve deterioração na precisão do resultado. mesmo assim, de acordo com Samuels [26], o nível de dureza de aço de baixo carbono (0.1% teor de carbono) é 140HV. enquanto isso, os resultados obtidos para A333 Grau 6 mostra aço de baixo carbono, que o valor da dureza é de cerca de 166.826HV.

4.0 CONCLUSÃO

No geral, pode-se concluir que a A333 Grade 6 aço de baixo carbono possui microestrutura com tamanho de grão mais pequeno e menor teor de perlite. Esta informação validou a alta resistência e ductilidade do material. entretanto, dureza média valor deste material é 166.836HV, e que cumpra a gama de valor de dureza para as condutas de gás e petróleo, que é o máximo de 250HV. Desde A333 Grade 6 aço de baixo carbono tem uma estrutura de cristal apropriado e nível de dureza, que é adequado para ser utilizado como um material de tubagem plataforma offshore.
Além disso, o resultado deste trabalho pode contribuir para promover a pesquisa sobre material de condutas offshore.

 

REFERÊNCIAS

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