A333 Grade 6 Thép Carbon thấp trong đường ống – Đặc tính cơ cấu vi và Hardness Thuộc tính

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

1.0 GIỚI THIỆU

1.1 Offshore Pipeline Material

Đường ống dẫn trong giàn khoan được tạo thành từ các loại vật liệu. Lựa chọn vật liệu dựa vào cân nhắc nhất định như chi phí, yêu cầu về chức năng, điều kiện hoạt động của áp suất và nhiệt độ, sự ăn mòn tỷ lệ và vân vân [1-2]. Vì có loại đường ống dẫn trong giàn khoan, lựa chọn vật liệu và những cân nhắc được yêu cầu đánh giá cao. Trong ngành công nghiệp ở nước ngoài, kim loại là vật liệu cao đã qua sử dụng có thể được cả mọi loại thành kim loại đen và kim loại màu [1-3]. Kim loại có chứa sắt (Fe) như phần đầu của họ được gọi là kim loại màu, trong khi kim loại có chứa các nguyên tố khác được gọi là kim loại màu [4-5]. Gang và thép thuộc loại kim loại màu, trong khi kim loại mầu đã bao gồm nhôm (Ống / Ống thép hợp kim liền mạch), đồng (Cu), tin (Sn) và silicon (Si) [3-5]. Theo Mamdouh [6], màu kim loại là kim loại chủ yếu dùng để xây dựng đường ống giàn khoan do tính hiệu quả chi phí và khả năng chịu đựng
điều kiện vận hành.

1.2 Plain Carbon thép

thép carbon là một loại vật liệu bao gồm carbon là nguyên tố hợp kim chính của nó. thép carbon được tạo thành từ sắt (Fe), Carbon (C), phốt pho (P), mangan (Mn), lưu huỳnh (S) và silicon (Si) [7]. Hiện nay trên thị trường trên toàn thế giới, thép carbon đang được sản xuất và sử dụng với số lượng lớn cho các ngành công nghiệp nặng, đặc biệt là hệ thống giao thông ở nước ngoài và khai thác dầu [8]. Điều này là do thép carbon có độ bền cao, khả năng hàn tốt, nhiệt độ cao điện trở, bảo vệ bề mặt tốt đối với môi trường bên ngoài và rẻ hơn so với thép hợp kim khác như thép hợp kim thấp, thép không gỉ [3-4].

thép carbon có thể được phân thành thấp, thép vừa và carbon cao dựa trên hàm lượng carbon của nó (Viện Công nghệ Ấn Độ, 2010). thép carbon thấp cũng được gọi là thép nhẹ và thường chứa ít hơn 0.3% Carbon. Trong khi đó, thép vừa và cacbon cao có hàm lượng carbon của 0.3 – 0.45% và 0.45 – 0.75% tương ứng [4][9]. đường ống Ngành công nghiệp, đặc biệt là đường ống ngoài khơi có thể không sử dụng thép carbon trung bình và cao do khả năng chống giòn và giảm khả năng hàn kém [10]. Do đó, thép carbon thấp là một lợi thế trong đường ống ngoài khơi giữa các nhà thiết kế, fabricators và nhà quản lý. Nó bao gồm mạng lưới đường ống của tàu nhiệt độ cao, bộ trao đổi nhiệt, máy nén và đường ống truyền tải [9][10]. Thông tin chi tiết về việc sử dụng thép carbon thấp trong đường ống nền tảng xử lý ngoài khơi được trình bày trong Bảng 1. từ Bảng 1, carbon thấp Loại thép API 5L Lớp X52 có độ bền kéo cao nhất 455 MPa, trong khi loại API 5L Grade B sở hữu độ bền kéo thấp nhất 413 MPa.

 

Bàn 1: Các loại thép carbon thấp trong nền tảng xử lý ngoài khơi theo mã số và tiêu chuẩn, độ bền kéo, thành phần vật chất và các ứng dụng:

 

Không.	Mã số và tiêu chuẩn (ASTM / API)	kéo Sức mạnh (MPa)	Thành phần Vật liệu	ứng dụng trong giàn khoan	Tài liệu tham khảo
1	A106 Grade B (Ống nước liền mạch)	415	C <= 0.30 Mn <= 1.06 P <= 0.035 S <= 0.035	1. hệ thống nước biển 2. phun nước hệ thống 3. Sản xuất nước hệ thống 4. nước cầm tay hệ thống 5. nhiên liệu khô và khí đốt hệ thống 6. hệ thống nước chữa cháy 7. glycol và tiêm methanol hệ thống 8. khí trơ / khí nhà máy đường ống	[2] [11] [12]
2	API 5L Grade B (Ống hàn)	413	C <= 0.28 Mn <= 1.20 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
3	A671 Grade CC60 (Ống hàn)	415	C <= 0.21 Mn <= 0.98 P <= 0.035 S <= 0.035		[2] [11] [14]
4	API 5L Lớp X52 (Ống nước liền mạch)	455	C <= 0.28 Mn <= 1.40 P <= 0.030 S <= 0.030		[2] [11] [13]
5	A333 Grade 6 (Ống nước liền mạch)	415	C <= 0.30 Mn <= 1.06 P <= 0.025 S <= 0.025	1. hệ thống bùng phát 2. hệ thống nước biển 3. hệ thống nước chữa cháy 4. Cống và nước thải hệ thống	[2] [11] [15]

 

1.3 A333 Grade 6 Ống thép Carbon thấp

Dựa trên các dữ liệu toàn diện trong Bảng 1, loại vật liệu A333 Grade 6 đã được lựa chọn để phân tích các đặc tính vi

và tính chất cơ học của vật liệu. Nói chung, A333 Grade 6 ống được gọi là một đường ống ở nhiệt độ thấp vì nó có thể chịu được

tác động dẻo dai ở nhiệt độ thấp như -45 ° C [15].

Nhân vật 1 cho thấy các mẫu của A333 Grade 6 Ống thép carbon thấp.

 

2.0 PHƯƠNG PHÁP

2.1 Đặc tính cơ cấu vi

Theo Sharmila [17], hình ảnh phóng đại là điều cần thiết để điều tra về hình thái, vi, và hình dạng của các tính năng khác nhau bao gồm ngũ cốc, giai đoạn và hạt nhúng. Hiện tại, có những phương pháp kính hiển vi khác nhau sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu như kính hiển vi quang học (GIỚI THIỆU), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (HAS). Theo Grubb [18], có những lợi thế khác nhau của việc sử dụng một kính hiển vi quang học như chụp ảnh với độ phân giải cao, thu thập dữ liệu nhanh chóng và cung cấp kết quả định lượng hơn. Do đó, phương pháp kính hiển vi ánh sáng được sử dụng để mô tả các vi của A333 Grade 6 vật chất.

kính hiển vi quang học cần bề mặt của mẫu vật được phẳng, mịn và xước miễn phí.
Tuy nhiên, nó không cần không phải trong bất kỳ hình dạng đặc biệt như hình chữ nhật, hình tròn hoặc hình học khác. Như vậy, một sự chuẩn bị mẫu thích hợp đã được thực hiện trước khi tiến hành các đặc tính vi thông qua kính hiển vi quang học. A333 Grade 6 carbon thấp mẫu ống thép được cắt thành 1 chiều dài cm, và các tấm kim loại phế liệu kèm theo mẫu đã được gỡ bỏ thông qua quá trình mài. Sau khi cắt mẫu, bề mặt được mài để loại bỏ các bề mặt gồ ghề và vết trầy xước trên mẫu. hơn nữa, hai giải pháp đánh bóng khác nhau như kim cương đa tinh thể (3 mm và 1 μm) và không kết tinh silica keo bị đổ đồng đều trên chảo kiểm tra để đảm bảo một quá trình đánh bóng hiệu quả. Một bề mặt phản chiếu đã đạt được sau khi hoàn thành quá trình đánh bóng.

Khắc là bước cuối cùng của việc chuẩn bị mẫu trước khi quan sát vi qua kính hiển vi quang học. Khắc được sử dụng để có nghĩa là lột vật lý và hóa học của các lớp nguyên tử của một loại vật liệu [17]. Theo Niaz [19], nital sự là giải pháp khắc tốt nhất cho thép cacbon thấp [20]. Hơn thế nữa, thời gian khắc là một yếu tố quan trọng cần được xem xét để đảm bảo bề mặt mẫu khắc lên đến mức độ chính xác. Nói chung, thép carbon thấp cần phải được khắc bằng nital trong khung thời gian từ vài giây đến phút [21]. A333 Grade 6 mẫu thép carbon thấp được khắc cho 3 phút để đảm bảo hiển thị chính xác của vi. Nhân vật 2 hiển thị quá trình khắc của A333 Grade 6 bề mặt mẫu thép carbon thấp.

Nhân vật 2: (1) Quy trình khắc; (2) Sau Etching và Vệ sinh Process

Sau khi chuẩn bị mẫu đã được hoàn thành một cách chính xác, vi của bề mặt chất liệu đã được quan sát qua kính hiển vi quang học dưới ba phóng đại quang học khác nhau, cụ thể là 10X, 20X và 50X.

2.2 Vickers Hardness thử nghiệm

Mẫu chuẩn bị được gắn trên đe của thiết bị thử nghiệm Vickers dưới xem vi. 10 kgf tải sau đó đã được áp dụng và sau đó bằng cách nhấn các kim tự tháp kim cương vào bề mặt phẳng của mẫu vật cho một thời gian 15 S. Sau khi hoàn thành thời gian ở, các vết lõm được quan sát qua xem vi. Kích thước của vết lõm cần phải được tính toán bằng cách đo hai đường chéo [22].

3.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đặc tính cơ cấu vi

Nhân vật 3: Vi của A333 Grade 6 Thép Carbon thấp dưới độ phóng đại 10X. Pearlite và ferit lớp được dán nhãn để phân biệt cấu trúc giai đoạn.

Từ kết quả của kính hiển vi ánh sáng, vi cấu trúc của bề mặt mẫu dưới độ phóng đại 10X, 20X và 50X được minh họa trong hình 3, 4 và 5 tương ứng.

Theo Scott [23], thép carbon thấp có hai thành phần chính, đó là pearlite và ferit. Pearlite được định nghĩa là vùng tối trong vi, và nó bao gồm sự pha trộn tốt của các hạt cacbua ferit và sắt. Trong khi đó, theo Koo [24], hạt pearlite được tìm thấy nằm dọc theo ranh giới hạt ferit. Mặt khác, các vùng sáng được gọi là ferit, và ranh giới hạt giữa các hạt ferit là rõ ràng. Nói chung, carbon thấp với 0.16% hàm lượng carbon bao gồm phần khối lượng, 0.79% proeutectoid ferit và 0.21% của pearlite tương ứng [24]. Cả hai pearlite và các lớp ferit được dán nhãn trong hình 3, 4 và 5. Ngoài ra, vi cấu trúc dưới độ phóng đại 10X và 20X hiển thị rõ ràng ranh giới hạt ở giữa các hạt ferit. Nhân vật 6 cho thấy một hình dạng của ferit bằng thép carbon thấp để biện minh cho tuyên bố về ranh giới hạt trong hạt ferit.

Nhân vật 6: Grain ranh giới allotriomorphic bằng thép carbon thấp [23]

Tầm quan trọng của việc phân tích các vi của một loại vật liệu, đặc biệt là thép hoặc hợp kim, là để xác định các tính chất của vật liệu bằng cách quan sát kích thước hạt và số tiền trong tài liệu riêng của mình. Dựa trên mối quan hệ Hall-Petch, việc giảm kích thước hạt improvises sức mạnh của thép [25]. tương tự như vậy, từ kết quả thu được qua kính hiển vi quang học, thép carbon thấp Loại A333 Grade 6 được tạo thành từ kích thước nhỏ hơn của ranh giới hạt ferit.

3.2 Vickers Hardness thử nghiệm

Theo dữ liệu được tạo từ phần 2.2, Vickers kết quả thử nghiệm độ cứng phụ thuộc vào tải trọng áp dụng, ở thời gian và chư đường kính. Do đó, cho thử nghiệm này, 10 kgf được áp dụng cho 15 s để thụt trên A333 Grade 6 mẫu thép carbon thấp. Xét nghiệm này được lặp đi lặp lại trên 5 khu vực khác nhau của mẫu vật, bao gôm 4 cạnh và một trung điểm của mẫu. Khi indenter Vickers làm một hố trên mẫu vật trong một hình thức của kim tự tháp hình dạng kim cương, các dòng phụ đã được điều chỉnh để các cạnh cả hai đường chéo, và các giá trị được ghi trong thiết bị. Sau đó, kết quả được hiển thị trong các điều khoản của HV, trong đó cho thấy mức độ cứng được cung cấp bởi Vickers đo độ cứng. Các kết quả thu được bao gồm đường kính chéo và các giá trị độ cứng cho 5 điểm, và HV trung bình cho mẫu được thể hiện trong Bảng 2.

Bàn 2: Độ cứng Giá trị của mẫu A333 Grade 6 Thép carbon thấp

Thép carbon thấp: A333 Grade 6 (20 mm x 10 mm x 2 mm) hình chữ nhật Specimen
Điểm	Đường kính 1 (μm)	Đường kính 2 (μm)	Vickers Hardness (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
Trung bình Vickers Hardness Value			166.826

 

Các kết quả thu được đã được xác nhận qua các vi của thụt đầu dòng qua kính hiển vi quang học. Nhân vật 7 mô tả các mẫu vi của viên kim cương có hình dạng thụt đầu dòng trên Point 1, 3 và 5 của mẫu vật tương ứng.

Nó cho thấy rằng có một khác biệt nhỏ trong các kết quả của độ cứng Value (HV). Mặc dù thử nghiệm đã được thực hiện trên 5 điểm khác nhau, các giá trị độ cứng thu được nên giống hệt nhau do các vật liệu thử nghiệm tương tự. Theo Tanaka và Kamiya [22], độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến đo lường của giá trị độ cứng. Mặc dù bề mặt mẫu được nghiền đồng đều, đã có sự suy giảm trong tính chính xác kết quả. Tuy nhiên, theo Samuels [26], mức độ cứng của thép carbon thấp (0.1% hàm lượng carbon) là 140HV. Trong khi đó, kết quả thu được cho A333 Grade 6 thép chương carbon thấp mà giá trị độ cứng khoảng 166.826HV.

4.0 PHẦN KẾT LUẬN

Nhìn chung, có thể kết luận rằng A333 Grade 6 thép carbon thấp sở hữu vi với kích thước hạt nhỏ hơn và nội dung pearlite ít. Thông tin này đã được xác nhận sức mạnh cao và độ dẻo của vật liệu. Trong khi đó, độ cứng trung bình giá trị của tài liệu này là 166.836HV, và nó tuân thủ của dãy giá trị độ cứng cho đường ống dẫn dầu và khí đốt, đó là tối đa 250HV. Kể từ A333 Grade 6 thép carbon thấp có cấu trúc tinh thể thích hợp và mức độ cứng, nó là thích hợp để được sử dụng như một vật liệu đường ống giàn khoan.
Hơn thế nữa, kết quả của nghiên cứu này có thể góp phần vào việc đẩy mạnh nghiên cứu về nguyên liệu đường ống ngoài khơi.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]M.Tanzosh,Chương A3: Vật liệu đường ống, trong Piping Handbook, Newyork, McGraw-Hill, (2000).

[2]M.Tanzosh,Chương A3: Vật liệu đường ống, trong Piping Handbook, Newyork, McGraw-Hill, (2000).

[3]Norsok chuẩn, M-001 Lựa chọn vật liệu, Công nghiệp Dầu khí Na Uy, Na Uy,(2004).

[4]Papavinasam,Chương 3 - Nguyên vật liệu, Kiểm soát ăn mòn trong ngành công nghiệp dầu khí, (2014) 133-177.

[5]F.Ashby,Vật liệu Lựa chọn trong Thiết kế cơ khí, Burlington: Elsevier xuất bản, (2005).

[6]Lyons,5 - kim loại đen và kim loại màu kim loại, Vật liệu cho kiến ​​trúc sư và Builders, 3 (2006) 149-196. Subrata, Sổ tay Kỹ thuật Offshore, Plainfield: Elsevier TNHH. (2005).

[7]H.S. Wenyong Wu, vi, tính chất cơ học và hành vi ăn mòn của laser hàn khớp khác nhau

giữa thép không rỉ Ferit và thép carbon, Vật liệu & điểm, 65 (2014) 855-861.

[8]Stipanicev,F. Turcu, L. Esnault, O. Rosas, R. Basseguy, M. Sztyler, I.B. cây giẽ gai, Ăn mòn thép carbon do vi khuẩn

từ hệ thống phun nước biển ngoài khơi Biển Bắc: điều tra trong phòng thí nghiệm, Bioelectrochemistry 97 (2013) 76-88.

[9]thợ rèn,Piping liệu Lựa chọn và ứng dụng, Burlington: Vịnh Professional Publishing, (2005).

[10] A.J. Bryhan, W. Troyer, Khả năng hàn của một Low Carbon Mo-Nb X-70 ống thép, Nghiên cứu hàn, 1 (1980) 37-47.

[11] Norsok chuẩn, Chất liệu Sheets dữ liệu cho đường ống, Ed 6, Công nghiệp Dầu khí Na Uy, Na Uy (2013).

[12] Sản phẩm Piping Mỹ, Danh mục sản phẩm, có sẵn: http://www.amerpipe.com/products. (2014).

[13] Quảng Đông Lizz Steel Pipe Co., Công ty TNHH, APE Spec 5L Gr.B Carbon Steel Piping, có sẵn: http://www.apisteel.com/api-spec-5l-gr-b-carbon-steel-piping-1611/. (2014)

[14] Aesteiron Thép Private Limited, ASTM A671 EFW Ống, https://www.abtersteel.com/. (2014).

[15] Các xã hội Mỹ cho thử nghiệm và vật liệu (ASTM), ASTM A333: Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho liền mạch và hàn ống thép cho Dịch vụ Nhiệt độ thấp, Các xã hội Mỹ cho thử nghiệm và vật liệu (ASTM), Washington, (2013).

[16] Nắng Thép Enterprise Ltd, ASTM A333 Grade 6 Ống nước liền mạch, Nắng Thép Enterprise Ltd, 2011. có sẵn: http://www.sunnysteel.com/astm-a333-grade-6_seamless-pipe.php#.VDBllXkcT6U. (2014).

[17] S. M. Mukhopadhyay, Chuẩn bị mẫu cho đặc tính cực nhỏ và quang phổ của các bề mặt rắn và phim,

kỹ thuật chuẩn bị mẫu trong hóa phân tích 162 (2003) 377-411.

[18] D. Grubb, 2.17 - Kính hiển vi quang học, Khoa học polymer: Một tham khảo toàn diện, 2 (2012) 465-478.

[19] F. Niaz, M. R. trạm nghĩ, Nhân vật. Haque, “đặc tính cơ cấu vi của thép carbon thấp dùng trong công nghiệp máy bay, Hội nghị JPMS Issue, Pakistan, (2010).

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

Borygina, LÀ. Dobrotvorskii, V.K. Adamchuk, Kính hiển vi của thép cacbon: AFM kết hợp và nghiên cứu EBSD, Khoa học Ứng dụng Surface 267 (2013) 216-218.

[21] E. Girault, P. Jacques, ph. Harlet, K. Mols, J. từ Humbeeck, E. Aernoudt, F. Delannay, Phương pháp Metallographic cho

Tiết lộ đa tướng Vi cấu trúc của Thép TRIP hỗ trợ, Vật liệu Đặc tính 40 (1998) 111-118.

[22] M.A.H. Kamiya, Phân tích các mài tấm mực sử dụng Vickers độ cứng như một chỉ số của xay, bột nghệ 164 (2006) 82-88.

[23] điểm. Scott, Kim thuộc và Vi cấu trúc của kim loại cổ đại và lịch sử, Singapore: J. Paul Getty ủy thác (1991).

[24] K.M. Koo, M.Y. Yau, Dickon H.L. của, C.C.H. nó, Đặc tính của hạt pearlite bằng thép carbon đồng bằng bởi khí thải Barkhausen,

Tài liệu khoa học và kỹ thuật: A, 351 (2003) 310-315.

[25] Pauli Lehto, Heikki Remes, Tapio Saukkonen, Hannu Hänninen, Jani Romanoff, Ảnh hưởng của phân bố kích thước hạt vào mối quan hệ Hall-Petch của kết cấu thép hàn, Tài liệu khoa học và kỹ thuật 592 (2013) 28-39.

[26] L. E. Samuels, Microscopy ánh sáng của Carbon Thép, Hoa Kỳ: ASM International, 1999.