L'acier ASTM A333 Gr6 est un acier au carbone C-Mn largement utilisé pour le transport de fluides dans l'industrie pétrochimique et dans les régions à basses températures et à froid intense. La demande du marché nord-américain et européen dépasse les 20 000 tonnes par an. Cet article traite de la production de tubes en acier sans soudure ASTM A333 Gr6 pour les applications à basse température.
Conception de la composition de l'acier ASTM A333 Gr6
Principes de base de l'alliage
L'acier ASTM A333 de nuance 6 est classé comme acier au carbone C-Mn. Les exigences de composition pour cette nuance sont décrites dans la norme ASTM A333, qui spécifie la composition chimique (fraction massique) de l'acier ASTM A333 de nuance 6.
| Standard | C | Si | Mn | P | S | Cu | Cr | Ni | Moi | V | IA |
| ASTM A333 | ≤0,30 | ≥0,10 | 0,29 à 1,06 | ≤ 0,025 | ≤ 0,025 | / | / | / | / | / | / |
| Plage de contrôle | ≤0,12 | 0.17~0.35 | 1.00~1.30 | ≤0,02 | ≤0,010 | ≤0,020 | ≤ 0,025 | ≤ 0,025 | ≤0,15 | ≤0,08 | ≤0,05 |
- La norme ASTM A333 stipule que pour chaque réduction de 0,01% de carbone en dessous de la teneur maximale en carbone spécifiée, la teneur en manganèse peut être augmentée de 0,05%, mais la teneur en manganèse ne doit pas dépasser 1,35%.
- As ≤ 0,030%, Sn ≤ 0,020%, As + Sn + Pb + Sb + Bi ≤ 0,050%.
Rôle des éléments dans l'acier et plages de contrôle
Carbone: Le carbone a un impact significatif sur les performances de l'acier. À mesure que la teneur en carbone augmente, la résistance de l'acier à température ambiante s'améliore, mais sa plasticité et sa ténacité diminuent, affectant notamment la ténacité à basse température. Une teneur élevée en carbone peut également nuire aux performances de soudage. La norme ASTM A333 spécifie une teneur en carbone de ≤ 0,301 TP3T. En pratique, des teneurs supérieures ont un impact négatif sur la plasticité et la ténacité. Afin de garantir la résistance tout en minimisant l'équivalent carbone, notre entreprise maintient la teneur en carbone à 0,121 TP3T maximum.
Manganèse: Le manganèse peut se dissoudre dans la ferrite et former des carbures de type cémentite, ce qui abaisse la température critique de transformation et affine la structure perlitique, améliorant ainsi la résistance. Pour garantir la résistance des tubes ASTM A333 Gr6 tout en réduisant la teneur en carbone, il est nécessaire d'augmenter la teneur en manganèse. Par conséquent, nous contrôlons la teneur en manganèse entre 1,00% et 1,30% pour une ténacité optimale.
Silicium: Le silicium agit principalement comme désoxydant et réducteur lors de la fabrication de l'acier. Il améliore la résistance à l'oxydation, mais favorise également la graphitisation. Sa teneur ne doit donc pas être trop élevée, entre 0,171 TP3T et 0,351 TP3T.
Aluminium: L'aluminium possède une forte affinité pour l'azote et l'oxygène de l'acier et est principalement utilisé pour la désoxydation et le contrôle de l'azote lors de la fabrication de l'acier. Une teneur en aluminium inférieure à 0,05% affine la granulométrie intrinsèque de l'acier, augmente la température de grossissement du grain, inhibe le vieillissement de l'acier bas carbone, améliore la ténacité aux chocs, abaisse la température de transition de fragilité et renforce la ténacité à basse température.
Soufre et phosphore : Ces éléments sont nocifs pour les performances de l’acier et doivent être minimisés.
Autres éléments : Des éléments comme le chrome, le nickel, le cuivre, le molybdène et le vanadium sont considérés comme des impuretés ; des quantités excessives peuvent augmenter l’équivalent carbone de l’acier, nécessitant ainsi un contrôle strict.
Cinq éléments nocifs : l'arsenic, l'étain, le plomb, l'antimoine et le bismuth réduisent collectivement les performances de l'acier et doivent être strictement contrôlés. Compte tenu de ces facteurs, notre entreprise contrôle la composition chimique de l'acier ASTM A333 Gr6 conformément au tableau 1.
Processus de normalisation pour les tubes en acier
La norme ASTM A333 stipule que les tubes en acier Gr6 doivent être livrés dans un état normalisé. Après normalisation, les propriétés mécaniques des tubes en acier doivent répondre aux exigences spécifiées dans le tableau.
| Exigences relatives aux propriétés mécaniques des tuyaux en acier | ||||
| Propriété | Résistance à la tractionRm/MPa | Limite d'élasticité Ra/MPa | Allongement A50mm/% | Akv(-45℃)/J |
| Exigences | ≥415 | ≥ 240 | ≥30① | ≥18② |
| Remarque : ① Pour les éprouvettes longitudinales en bande d'une épaisseur inférieure à 8 mm, le taux d'allongement minimal admissible est lié à l'épaisseur réelle de l'éprouvette : A50mm=1,87t+15,00 | ||||
| où: A 50 mm — taux d’allongement minimum autorisé, % ; t — épaisseur réelle de l'échantillon, mm. | ||||
| 2. Le tableau indique que l'énergie d'impact requise pour un échantillon de 10 mm x 10 mm x 55 mm est Akv. Pour les échantillons de 10 mm x 7,5 mm x 55 mm, 10 mm x 5 mm x 55 mm et 10 mm x 2,5 mm x 55 mm, les énergies d'impact minimales sont respectivement de 14 J, 9 J et 5 J. | ||||
L'essai normalisé a été réalisé dans un four de traitement thermique protégé à l'azote pour tubes en acier de Φ60,3 mm × 5,54 mm, soumis à une température de 915 °C pendant 15 minutes. Après normalisation, des échantillons ont été prélevés afin de tester les propriétés mécaniques des tubes en acier conformément aux exigences de la norme, et la microstructure a été observée. Les propriétés mécaniques après normalisation sont présentées dans le tableau.
| Propriété | Résistance à la tractionRm/MPa | Limite d'élasticité Ra/MPa | Allongement A50mm/% | Akv(-45℃)/J |
| Exigences | ≥415 | ≥ 240 | ≥30 | ≥18 |
| Résultats des tests | 465 | 340 | 33 | 92, 88, 97 |
Les propriétés mécaniques des tubes en acier après normalisation répondent pleinement aux exigences de la norme, notamment en ce qui concerne l'énergie d'impact à basse température très élevée, ce qui est avantageux pour la sécurité des tubes. Les résultats d'observation microscopique indiquent que la microstructure est composée d'une structure « ferrite + perlite », avec une granulométrie de 10. Une granulométrie élevée améliore la ténacité à basse température des tubes en acier.
Flux du processus de production et points de contrôle clés
1. Flux du processus de production d'ébauches de tubes
- Bloc de fonte pressé à chaud + fonte brute de haute qualité, ferraille d'acier → Four électrique → Affinage secondaire → Dégazage sous vide → Coulée continue → Découpe d'ébauches coulées à la longueur spécifiée → Inspection des ébauches coulées
- Gamme de spécifications du produit : Tubes ronds de 120 à 150 mm de diamètre
- Points clés de contrôle du processus :
L'acier est utilisé avec de la ferraille et de la fonte brute de haute qualité, combinées à de l'éponge de fer, afin de contrôler la teneur résiduelle en éléments nocifs. La fabrication de l'acier utilise un four à arc électrique à très haute puissance, avec un piquage excentrique du fond pour assurer la séparation et l'absence de laitier. L'affinage en poche comprend un brassage par soufflage d'argon. L'acier en fusion est ensuite dégazé sous vide et traité au fil Si-Ca. La coulée continue est utilisée. Lors de la coulée, une longue buse et une technologie de protection à l'argon sont mises en œuvre pour isoler l'acier en fusion de l'air et prévenir l'oxydation secondaire.
2. Flux du processus de production de tubes en acier
Il existe trois lignes de production de tubes en acier ASTM A333 Gr6 : les lignes de Φ108 mm, Φ89 mm et Φ50 mm. Les flux de production sont les suivants :
(1) Flux de processus de ligne Φ108 mm
- Chauffage des ébauches de tubes → Perforation conique à deux rouleaux → Roulage de tubes à trois rouleaux → Retrait des tiges → Réchauffage → Décalaminage à l'eau haute pression → Réduction de la micro-tension → Redressage → Inspection manuelle → Normalisation → Essai par courants de Foucault → Réinspection → Marquage → Pesage → Stockage
- Gamme de spécifications du produit : Φ45–127 mm × 7–27 mm
- Points clés de contrôle du processus :
Assurez-vous que la surface des rouleaux et des moules est de bonne qualité afin de minimiser les dommages à la surface du tuyau. La pression de détartrage à l'eau haute pression doit être supérieure à 10 MPa et toutes les buses doivent fonctionner correctement pour réduire les piqûres à la surface du tuyau.
(2) Flux de processus de ligne Φ89 mm
- Chauffage d'ébauches de tubes → Perforation conique → Laminage continu sur mandrin semi-flottant → Retrait de la tige → Coupe de la tête → Réchauffage → Réduction de la tension → Coupe à la scie → Normalisation → Redressage → Contrôle de fuite par courants de Foucault et flux magnétique + mesure du diamètre et de l'épaisseur par ultrasons → Inspection manuelle → Coupe à la longueur spécifiée → Réinspection → Marquage → Pesage → Stockage
- Gamme de spécifications du produit : Φ25–127 mm × 2,5–16 mm
- Points clés de contrôle du processus :
Assurez-vous que la surface des rouleaux et des moules est de bonne qualité afin de minimiser les dommages à la surface du tuyau. La pression de détartrage à l'eau haute pression doit être supérieure à 15 MPa et toutes les buses doivent fonctionner correctement pour réduire les piqûres à la surface du tuyau.
(3) Flux de processus de ligne Φ50 mm
- Gamme de spécifications du produit : Φ16–76 mm × 2–8 mm.
- Points clés de contrôle du processus :
Contrôler rigoureusement la température et la durée de décapage des tubes en acier afin d'éviter qu'un décapage excessif ne provoque des déformations et des non-conformités. La température de normalisation finale doit être maintenue entre 900 et 930 °C pour garantir la conformité des propriétés mécaniques des tubes en acier.
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FAQ
Couramment utilisé dans les industries du pétrole et du gaz, du traitement chimique et de la production d'énergie où de basses températures sont impliquées.
Il présente une excellente ténacité et une résistance aux chocs à basse température, généralement avec une limite d'élasticité minimale de 240 MPa (35 000 psi).
Bien qu'il soit conçu pour les basses températures, il peut être utilisé dans des applications à haute pression, à condition qu'il réponde aux exigences techniques spécifiques.
Le soudage doit être effectué à l’aide de procédés à faible teneur en hydrogène et un préchauffage peut être nécessaire pour éviter les fissures.
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