A333 Grado 6 Acero de bajo carbono en tuberías – Caracterización microestructural y propiedades de dureza

M. chapado en cobre. Ervina Efzan *, S. Kesahvanveraragu, J. Emerson

1.0 INTRODUCCIÓN

1.1 En alta mar de materiales de tuberías

Ductos en plataforma en alta mar se componen de varios tipos de materiales. Selección de material se basa en ciertas consideraciones tales como el coste, requerimiento funcional, condiciones operativas de presión y temperatura, corrosión tasa y así sucesivamente [1-2]. Puesto que hay variedades de tuberías en plataforma offshore, selección de materiales y estas consideraciones son muy necesarios. En la industria offshore, metal es el material altamente usado que se pueden clasificar en los metales ferrosos y no ferrosos [1-3]. Metales que contienen hierro (Fe) como su composición premier son conocidos como metales ferrosos, mientras que los metales que contienen otros elementos se denominan como metales no ferrosos [4-5]. hierro fundido y acero pertenecen a la categoría de metales no ferrosos, mientras que los metales no ferrosos son inclusive de aluminio (Alabama), cobre (Cu), creer (Sn) y silicio (Si) [3-5]. De acuerdo con Mamdouh [6], metales ferrosos son los metales más utilizados para construir las tuberías plataformas marinas debido a la relación coste-eficacia y la capacidad de resistir la
condición de uso.

1.2 Acero de carbón liso

acero al carbono es un material que consiste en carbono como su principal elemento de aleación. acero al carbono se compone de hierro (Fe), carbón (C), fósforo (P), manganeso (Minnesota), azufre (S) y silicio (Si) [7]. Actualmente en el mercado en todo el mundo, acero al carbono se fabrica y se utiliza en grandes cantidades para las industrias pesadas, sistema de transporte especialmente en alta mar y la extracción de petróleo [8]. Esto es porque el acero al carbono tiene una alta resistencia, buena soldabilidad, alta temperatura resistencia, buena protección de la superficie con el medio ambiente externo y más barato que otros aceros de aleación tales como acero de baja aleación y el acero inoxidable [3-4].

acero al carbono se puede clasificar en baja, aceros de media y alta de carbono en base a su contenido de carbono (Institutos Indios de Tecnología, 2010). acero de bajo carbono también se denomina como acero dulce y por lo general contiene menos 0.3% carbón. mientras tanto, aceros de media y alta de carbono tienen un contenido de carbono de 0.3 – 0.45% y 0.45 – 0.75% respectivamente [4][9]. Tubería La industria, especialmente las tuberías en alta mar, pueden no usar acero de carbono medio y alto debido a su poca resistencia a la fragilidad y la reducción de la soldabilidad [10]. Por lo tanto, acero bajo en carbono es preferible en las tuberías mar adentro entre los diseñadores, fabricantes y reguladores. Cubre la red de tuberías de los buques de alta temperatura, intercambiadores de calor, compresores y tuberías de transmisión [9][10]. La información detallada de la utilización de aceros bajos en carbono en las tuberías de la plataforma de procesamiento de alta mar se tabula en la Tabla 1. De la Tabla 1, bajo en carbono Tipo de acero API 5L X52 Grado tiene la resistencia a la tracción más alta de 455 MPa, mientras que el tipo API 5L Grado B posee la resistencia a la tracción más baja de 413 MPa.

 

Mesa 1: Tipos de aceros bajos en carbono en la plataforma de procesamiento en el extranjero de acuerdo con los códigos y normas, resistencia a la tracción, composición del material y aplicaciones:

 

No.	Códigos y Estándar (ASTM / API)	De tensión Fuerza (MPa)	Composición de Materiales	aplicaciones en Plataforma marina	Referencia
1	A106 Grado B (Tubo sin costura)	415	C <= 0.30 Minnesota <= 1.06 P <= 0.035 S <= 0.035	1. sistema de agua salada 2. Inyección de agua sistema 3. El agua producida sistema 4. Agua portatil sistema 5. combustible seco y gas sistema 6. sistema de agua contra incendios 7. glicol y inyección de metanol sistema 8. / Aire de la planta de gas inerte tubería	[2] [11] [12]
2	API 5L Grado B (Tubo soldado)	413	C <= 0.28 Minnesota <= 1.20 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
3	A671 Grado CC60 (Tubo soldado)	415	C <= 0.21 Minnesota <= 0.98 P <= 0.035 S <= 0.035		[2] [11] [14]
4	API 5L grado X52 (Tubo sin costura)	455	C <= 0.28 Minnesota <= 1.40 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
5	A333 Grado 6 (Tubo sin costura)	415	C <= 0.30 Minnesota <= 1.06 P <= 0.025 S <= 0.025	1. sistema de antorcha 2. sistema de agua salada 3. sistema de agua contra incendios 4. Drenaje y alcantarillado sistema	[2] [11] [15]

 

1.3 A333 Grado 6 Tubo de acero de bajo carbono

En base a los datos completos de la tabla 1, tipo de material A333 Grado 6 fue elegido para analizar la caracterización microestructura

y las propiedades mecánicas del material. En general, A333 Grado 6 tubo se llama como una tubería de baja temperatura ya que puede soportar

tenacidad al impacto a temperatura tan baja como -45 ° C [15].

Figura 1 muestra las muestras de A333 Grado 6 tubos de acero de bajo carbono.

 

2.0 METODOLOGÍA

2.1 Caracterización microestructural

De acuerdo con Sharmila [17], la imagen ampliada es esencial investigar la morfología, microestructura, y la forma de varias características incluyendo granos, fases y partículas incrustadas. mientras tanto, hay varios métodos de microscopía ampliamente utilizados en el campo de la investigación, tales como la microscopía óptica (ACERCA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TIENE). De acuerdo con Grubb [18], Hay varias ventajas de la utilización de un microscopio óptico, tal como captura imágenes con alta resolución, rápida adquisición de datos y proporciona resultados más cuantitativos. Por lo tanto, método de microscopía de luz se utilizó para caracterizar la microestructura de A333 Grado 6 material.

microscopía óptica necesita la superficie de la muestra a ser plana, liso y libre de rayones.
sin embargo, que no necesita no estar en cualquier forma específica tal como rectangular, geometrías circulares u otros. Como tal, una preparación apropiada de la muestra se realizó antes de la realización de la caracterización de la microestructura a través de microscopía óptica. A333 Grado 6 bajo en carbono muestra de tubería de acero se cortó en 1 longitud cm, y la hoja de la chatarra de metal unida a la muestra se retiró a través de proceso de molienda. Después de cortar de la muestra, la superficie se muele para quitar la superficie rugosa y arañazos en la muestra. es más, dos soluciones de pulido diferentes, tales como diamante policristalino (3 my 1 μm) y no cristalina de sílice coloidal se vertieron uniformemente sobre las cacerolas de ensayo para asegurar un proceso de pulido eficaz. Una superficie reflectante que se alcanzó después de la finalización de proceso de pulido.

Aguafuerte es el paso final de preparación de la muestra antes de la observación de la microestructura a través de microscopio óptico. Aguafuerte se utiliza para significar el pelado física y química de capas atómicas de un material [17]. De acuerdo con Niaz [19], nital es la mejor solución de decapado para aceros bajos en carbono [20]. Por otra parte, tiempo de grabado es un factor importante a tener en cuenta con el fin de asegurar la superficie de la muestra grabada hasta el nivel exacto. En general, aceros bajos en carbono necesitan ser grabada usando nital en marco de tiempo de segundos a minutos [21]. A333 Grado 6 muestra de acero bajo en carbono estaba grabado para 3 min para asegurar la visualización precisa de microestructura. Figura 2 muestra el proceso de grabado de A333 Grado 6 superficie de la muestra de acero de bajo carbono.

Figura 2: (1) Aguafuerte; (2) Después del grabado y limpieza Proceso

Después de la preparación de la muestra se había completado, precisamente,, se observó la microestructura de la superficie del material a través del microscopio óptico bajo tres aumentos ópticos diferentes, es decir, 10 veces, 20X y 50X.

2.2 Ensayo de dureza Vickers

La muestra preparada se monta en el yunque de dispositivo probador Vickers bajo visión microscópica. 10 a continuación, carga kgf se aplicó y seguido por prensado de pirámide de diamante en la superficie plana de la muestra para una duración de 15 s. Tras la finalización de tiempo de permanencia, Se observó la abolladura a través de vista microscópica. El tamaño de la abolladura necesita ser calculado mediante la medición de las dos diagonales [22].

3.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Caracterización microestructural

Figura 3: Microestructura de Grado A333 6 Bajo de acero al carbono con una lupa de 10X. capas de perlita y ferrita están etiquetados para diferenciar la estructura de fase.

A partir de los resultados de la microscopía de luz, microestructuras de la superficie de la muestra bajo magnificación de 10X, 20X y 50X se ilustran en las Figuras 3, 4 y 5 respectivamente.

Según Scott [23], acero bajo en carbono tiene dos componentes principales, que son perlita y ferrita. La perlita se define como regiones oscuras en la microestructura, y consta de mezcla fina de partículas de carburo de ferrita y hierro. mientras tanto, según Koo [24], granos de perlita se encuentran situadas a lo largo de los bordes de grano de ferrita. Por otro lado, las regiones más brillantes son conocidos como ferrita, y los límites de grano entre las partículas de ferrita son claramente visibles. En general, de bajo carbono con 0.16% contenido de carbono consiste en fracción de volumen, 0.79% ferrita proeutectoide y 0.21% de perlita respectivamente [24]. Tanto la perlita y las capas de ferrita están etiquetados en las Figuras 3, 4 y 5. Además, microestructuras bajo magnificación de 10X y 20X de visualización clara los límites de grano entre los granos de ferrita. Figura 6 muestra una forma de ferrita en el acero de bajo carbono para justificar la declaración con respecto a los límites de grano en grano de ferrita.

Figura 6: allotriomorphic límite de grano en el acero bajo en carbono [23]

La importancia de analizar la microestructura de un material, especialmente los aceros o aleaciones, es determinar las propiedades del material mediante la observación del tamaño de partícula y cantidad en el propio material. Sobre la base de la relación Hall-Petch, la reducción de tamaño de grano improvisa la resistencia del acero [25]. similar, a partir de los resultados obtenidos a través de microscopio óptico, Tipo de acero de bajo carbono A333 Grado 6 se compone de un tamaño más pequeño de los límites de grano de ferrita.

3.2 Ensayo de dureza Vickers

Según los datos generados a partir de la Sección 2.2, Vickers resultados de la prueba de dureza dependen de la carga aplicada, morada diámetros duración y sangría. Por lo tanto, para esta prueba, 10 kgf se aplicó durante 15 s para sangrar en el A333 Grado 6 muestra de acero de bajo carbono. La prueba se repitió el 5 diferentes regiones del espécimen, que incluye 4 bordes y un punto medio de la muestra. Una vez que el penetrador Vickers hizo un hoyo en la muestra en una forma de la pirámide forma de diamante, las líneas de relleno se ajustaron a los bordes tanto de diagonales, y los valores se registraron en el dispositivo. Entonces, los resultados se muestran en términos de HV, que muestra el nivel de dureza proporcionada por probador de dureza Vickers. Los resultados obtenidos incluyen diámetros diagonales y valores de dureza para 5 similar, y el HV promedio de la muestra se demuestra en la Tabla 2.

Mesa 2: Valor dureza del Grado A333 Muestra 6 Acero bajo en carbono

Acero bajo en carbono: A333 Grado 6 (20 mm x 10 mm x 2 mm) rectangular de muestras
Punto	Diámetro 1 (μm)	Diámetro 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
Media de dureza Vickers Valor			166.826

 

Los resultados obtenidos fueron verificados por la microestructura de la indentación a través de microscopía óptica. Figura 7 representa la muestra microestructura de la hendidura en forma de diamante en el punto 1, 3 y 5 de la muestra, respectivamente.

Esto demuestra que hay una ligera diferencia entre los resultados de Dureza Valor (HV). A pesar de que la prueba se realizó en 5 diferentes puntos, los valores de dureza obtenidos deben ser idénticos debido a la misma el material probado,. Según Tanaka y Kamiya [22], rugosidad de la superficie influye en la medición de valor de dureza. Aunque la superficie de la muestra fue molida de manera uniforme, hubo un deterioro en la precisión de los resultados. sin embargo, de acuerdo con Samuels [26], el nivel de dureza del acero bajo en carbono (0.1% contenido de carbon) es 140HV. mientras tanto, los resultados obtenidos para A333 Grado 6 Mostrar acero bajo en carbono que el valor de la dureza es de aproximadamente 166.826HV.

4.0 CONCLUSIÓN

En general, se puede concluir que el A333 Grado 6 acero de bajo carbono posee microestructura con tamaño de grano más pequeño y menos contenido de perlita. Esta información ha validado la alta resistencia y ductilidad del material. Mientras tanto, dureza valor medio de este material es 166.836HV, y cumple de la gama de valor de la dureza de tuberías de petróleo y gas, que es el máximo de 250HV. Desde A333 Grado 6 acero bajo en carbono tiene estructura cristalina apropiada y nivel de dureza, es adecuado para ser utilizado como un material de tubería plataforma costa afuera.
Por otra parte, el resultado de este trabajo podría contribuir a una mayor investigación sobre el material del ducto costa afuera.

 

Referencias

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