оф А333 Разред 6 Ниска угљеника Челик у цевоводима – Микроструктуре Карактеризација и тврдоће Својства

АСТМ А269 316Л од нерђајућег цеви извештај о инспекцији
децембар 15, 2018
АПИ-5Л Разред-А обликоване линије цеви Техничке спецификације , 20″DN (508.0 mm)× ВТ 7.9 mm
децембар 29, 2018

оф А333 Разред 6 Ниска угљеника Челик у цевоводима – Микроструктуре Карактеризација и тврдоће Својства

M. N. Ервина Ефзан *, S. Кесахванверарагу, J. емерсон

1.0 УВОД

1.1 Оффсхоре Цевовод Материјал

Цевоводи у оффсхоре платформи се састоји од различитих врста материјала. Selection of material relies upon certain considerations such as cost, функционални захтев, operating conditions of pressure and temperature, корозија rate and so forth [1-2]. Since there are varieties of pipelines in offshore platform, material selection and those considerations are highly required. У оффсхоре индустрији, metal is the highly used material that can be assorted into ferrous and non-ferrous metals [1-3]. Метали који садрже гвожђе (фе) as their premier composition are known as ferrous metals, whereas metals containing other elements are termed as non-ferrous metals [4-5]. Ливеног гвожђа и челика припадају метал црне категорији, ОБЗИРОМ обојених метала укљуцују алуминијума (ал), bakar (Cu), веровати (сн) и силицијум (Saj) [3-5]. Према Мамдоух [6], ferrous metals are the mostly used metals to build offshore platform pipelines due to the cost effectiveness and capability of withstanding the
радно стање.

1.2 Плаин Угљен Челик

Угљенични челик је материјал који се састоји од угљеника као свој главни легирајући елемент. Carbon steel is made up of iron (фе), ugljen (C), fosfor (P), mangan (Mn), сумпор (S) и силицијум (Saj) [7]. Тренутно на свјетском тржишту, carbon steel is being manufactured and used in large quantities for heavy industries, посебно оффсхоре транспортног система и вађење нафте [8]. То је зато што угљен челик има велику снагу, добра способност заваривања, high temperature resistance, good surface protection to the external environment and cheaper than other alloy steels such as low alloy steel and stainless steel [3-4].

Угљен челик се може сврстати у ниско, medium and high carbon steels based on its carbon content (Индиан институт за технологију, 2010). Low carbon steel is also termed as mild steel and usually contains less than 0.3% ugljen. у међувремену, medium and high carbon steels have a carbon content of 0.3 – 0.45% и 0.45 – 0.75% редом [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]. Otuda, low carbon steel is preferable in offshore pipelines among designers, Фабрицаторс и регулатори. It covers the pipeline network of high temperature vessels, izmenjivače, 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. iz табеле 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.

 

Сто 1: Врсте ниских углеродистих у оффсхоре платформи за обраду у складу са кодексима и стандардима, Zatezna čvrstoća, састав материјала и апликација:

 

 

ne.

Codes and Standard

(АСТМ / АПИ-ја)

затезна

снага

(MPa)

Sastav

of Materials

Applications in

Offshore Platform

 

упућивање

 

1

 

A106 Grade B

(Бешавне цеви)

 

415

C <= 0.30

Mn <= 1.06

P <= 0.035

S <= 0.035

 

1. Seawater system

2. Water injection

sistem

3. Produced water

sistem

4. Portable water

sistem

5. Dry fuel and gas

sistem

6. Fire water system

7. Glycol and

methanol injection

sistem

8. Inert gas/plant air

цевовод

 

[2] [11]

[12]

 

2

 

API 5L Grade B

(топловодне цеви)

 

413

C <= 0.28

Mn <= 1.20

P <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

3

 

A671 Grade CC60

(топловодне цеви)

 

415

C <= 0.21

Mn <= 0.98

P <= 0.035

S <= 0.035

 

[2] [11]

[14]

 

4

 

API 5L Grade X52

(Бешавне цеви)

 

455

C <= 0.28

Mn <= 1.40

P <= 0.030

S <= 0.030

 

[2] [11]

[13]

 

5

 

оф А333 Разред 6

(Бешавне цеви)

 

415

C <= 0.30

Mn <= 1.06

P <= 0.025

S <= 0.025

1. Flare system

2. Seawater system

3. Fire water system

4. Drain and sewage

sistem

 

[2] [11]

[15]

 

1.3 оф А333 Разред 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. In general, оф А333 Разред 6 pipe is called as a low temperature pipe since it may withstand

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

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

 

2.0 МЕТОДОЛОГИЈА

2.1 микроструктуре Карактеризација

Према Схармила [17], увећана слика је од суштинског значаја да се истражи морфологију, микроструктуре, и облик различитих карактеристика, укључујући житарице, phases and embedded particles. Тренутно, there are various microscopy methods widely used in research field such as optical microscopy (О), Скенирање електронска микроскопија (РЕМ) and transmission electron microscopy (ХАС). Према Грубб [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. Otuda, light microscopy method was used to characterize the microstructure of A333 Grade 6 материјал.

Оптичке микроскопије треба површину узорка да буде равна, глатка и сцратцх бесплатно.
Međutim, није потребно да буде у било специфичног облика као што је правоугаони, circular or other geometries. Као такав, a proper sample preparation was done before conducting the microstructure characterization through optical microscopy. оф А333 Разред 6 low carbon steel pipe sample was cut into 1 цм dužina, and the scrap metal sheet attached to the sample was removed through grinding process. После сечења узорка, the surface was grinded to remove the rough surface and scratches on the sample. у наставку, two different polishing solutions such as polycrystalline diamond (3 ум и 1 µm) 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]. Према Ниаз [19], nital is the best etching solution for low carbon steels [20]. Pored toga, etching time is an important factor to be considered in order to ensure the sample surface etched up to the exact level. Уопште, low carbon steels need to be etched using nital in time frame from seconds to minutes [21]. оф А333 Разред 6 low carbon steel sample was etched for 3 мин да обезбеди прецизну приказа микроструктуре. Фигура 2 приказује процес нагризање А333 Граде 6 лов царбон стеел сампле сурфаце.

Фигура 2: (1) нагризање Процес; (2) Након Етцхинг анд чишћење процеса

После припрема узорка је завршено прецизно, microstructure of the material surface was observed through optical microscope under three different optical magnifications, наиме 10Кс, 20Кс и 50Кс.

2.2 Вицкерс теста тврдоће

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 и. Након завршетка становања времена, the dent was observed through microscopic view. The size of the dent needs to be calculated by measuring the two diagonals [22].

3.0 РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА

3.1 микроструктуре Карактеризација

Фигура 3: Микроструктура А333 Граде 6 Нискоугљеничних челика под увећањем од 10Кс. Перлит и Феритна слојеви су означени да диференцира фазе структуру.

Из резултата светлосне микроскопије, microstructures of the sample surface under magnification of 10X, 20Кс и 50Кс су приказани на сликама 3, 4 и 5 редом.

Према Сцотт [23], ниско угљеничног челика има двије главне састојке, which are pearlite and ferrite. Перлит се дефинише као тамних региона у микроструктуре, and it consists of fine blend of ferrite and iron carbide particles. у међувремену, према Коо [24], pearlite grains are found lying along the ferrite grain boundaries. С друге стране, the brighter regions are known as ferrite, а границе жита између феритних честица су јасно видљиве. In general, лов царбон витх 0.16% садржај угљеника састоји од запремине фракције, 0.79% проеутецтоид ферита и 0.21% оф перлита односно [24]. Both pearlite and ferrite layers are labelled in Figures 3, 4 и 5. u dodatku, microstructures under magnification of 10X and 20X display clear grain boundaries in between the ferrite grains. Фигура 6 shows a shape of ferrite in low carbon steel to justify the statement regarding grain boundaries in ferrite grain.

Фигура 6: Зрна граница аллотриоморпхиц у нискоугљеничних челика [23]

Значај анализи микроструктуру материјала, посебно челика или легуре, is to determine the properties of the material by observing the particle size and amount in the material itself. На основу Халл-Петцх односа, the reduction of grain size improvises the strength of steel [25]. слично, од резултата добијених оптичким микроскопом, low carbon steel Type A333 Grade 6 чине мање величине феритним границама зрна.

3.2 Вицкерс теста тврдоће

Према подацима које из члана 2.2, Vickers hardness test results depend on the applied load, стана Трајање и увлачење пречник. Otuda, за овај тест, 10 kgf was applied for 15 а да увучете на А333 Граде 6 лов царбон стеел специмен. The test was repeated on 5 различити региони узорка, који укључују 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, пунило линије су прилагођене оба ивице дијагонала, and the values were recorded in the device. Онда, резултати су приказани у погледу ХВ, which shows the hardness level provided by Vickers hardness tester. The obtained results include diagonal diameters and hardness values for 5 бодова, and the average HV for the sample is demonstrated in Table 2.

Сто 2: Тврдоћа Вредност узорка А333 Граде 6 Ниска угљеника Челик

Ниска угљеника Челик: оф А333 Разред 6

(20 mm x 10 mm x 2 mm)

Rectangular Specimen

Тачка

Prečnik 1 (µm)

Prečnik 2 (µm)

вицкерс тврдоће (ВН)

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. Фигура 7 depicts the microstructure sample of the diamond shaped indentation on Point 1, 3 и 5 епрувете, односно.

То показује да постоји мала разлика међу резултатима тврдоће вредности (ВН). Although the test was done on 5 различите тачке, the hardness values obtained should be identical due to the same tested material. Према Танака и Камииа [22], surface roughness influences the measurement of hardness value. Although the specimen surface was grinded evenly, било је погоршање у тачност резултата. ипак, према Самуелсу [26], ниво тврдоће ниске угљеника челика (0.1% садржај угљеника) је 140ХВ. у међувремену, the results obtained for A333 Grade 6 low carbon steel show that the hardness value is about 166.826HV.

4.0 ЗАКЉУЧАК

уопште, може се закључити да је А333 Граде 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. у међувремену, hardness mean value of this material is 166.836HV, и ентсприцхт опсега вредности тврдоће за нафтоводе и гасоводе, што је максимум 250ХВ. Од А333 Граде 6 low carbon steel has appropriate crystal structure and hardness level, је погодан да се користи као оффсхоре платформи цевовода материјала.
Pored toga, the outcome of this paper could contribute to further research on offshore pipeline material.

 

РЕФЕРЕНЦЕ

[1]М.Танзосх,Chapter A3: Piping Materials, in Piping Handbook, New York, : МцГрав-Хилл, (2000).

[2]М.Танзосх,Chapter A3: Piping Materials, in Piping Handbook, New York, : МцГрав-Хилл, (2000).

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

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

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

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

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

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

[8]Стипаницев,F. Turcu, L. Esnault, O. Rosas, : Р. 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]ковач,Piping Materials Selection and Applications, Burlington: Gulf Professional Publishing, (2005).

[10] A.J. Bryhan, Е. 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, На располагању: http://ввв.амерпипе.цом/продуцтс. (2014).

[13] Guangdong Lizz Steel Pipe Co., Ltd, APE Spec 5L Gr.B Carbon Steel Piping, На располагању: http://ввв.апистеел.цом/апи-спец-5л-гр-б-царбон-стеел-пипинг-1611/. (2014)

[14] Aesteiron Steels Private Limited, ASTM A671 EFW Pipes, http://ввв.асплпипе.цом/стаинлессстеел-347-продуцтс.хтмл. (2014).

[15] Američko društvo za testiranje i materijale (ASTM), ASTM A333: Standard Specification for Seamless and Welded Steel Pipe for Low Temperature Service, Američko društvo za testiranje i materijale (ASTM), Washington, (2013).

[16] Sunny Steel Enterprise Ltd., ASTM A333 Grade 6 Бешавне цеви, Sunny Steel Enterprise Ltd., 2011. На располагању: 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. : Р. Khan, ја. Haque, “Microstructural characterization of low carbon steel used in aircraft industry, JPMS Conference Issue, Пакистан, (2010).

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

Боригина, 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, P. Jacques, пх. Harlet, к. Mols, J. Van Humbeeck, E. Aernoudt, F. Деланнаи, 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, Singapur: 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: A, 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.

 

Comments are closed.