Exigences de test de dureté de l’acier au carbone et de l’acier faiblement allié pour un service acide

Contrôle de dureté pour les services Sour

Cet article fournit des références rapides pour les exigences d’essai de dureté dans les applications de service acide de l’acier au carbone, acier faiblement allié.

Le contrôle de la dureté est l’une des nombreuses méthodes utilisées pour prévenir la fissuration par corrosion sous contrainte S-SCC (sulfure sous contrainte) en service acide et la fissuration induite par l’hydrogène en général. La sensibilité du métal au S-SSC est étroitement liée à la résistance du matériau (indiquée par la dureté), qui est affectée par la composition chimique, le traitement thermique, la méthode de fabrication et la microstructure présente dans le matériau.

Normes pour les tests de dureté et exigences de dureté :

ISO 6506-1, Essai de dureté Brinell, Partie 1 : Méthode d’essai

ISO 6507-1, Essai de dureté Vickers, Partie 1 : Méthode d’essai

ISO 6508-1, Essai de dureté Rockwell, Partie 1 : Méthode d’essai

EFC 16, Directives sur les exigences relatives aux matériaux pour les aciers au carbone et faiblement alliés pour les environnements contenant du H2S dans la production de pétrole et de gaz

NACE MR0175-2, Matériaux à utiliser dans des environnements contenant du H2S dans la production de pétrole et de gaz, Partie 2 : Aciers au carbone et faiblement alliés résistants à la fissuration, et utilisation de fontes

NACE MR0103, Matériaux métalliques résistants à la fissuration sous contrainte de sulfure dans les environnements corrosifs de raffinage du pétrole

NACE SP0472, Méthodes et contrôles pour prévenir la fissuration environnementale en service des soudures en acier au carbone dans des environnements corrosifs de raffinage du pétrole

Publication NACE 8X194, Matériaux et pratiques de fabrication pour les nouveaux récipients sous pression utilisés dans le service de raffinerie de H2S humide

ASTM E140, Tableaux de conversion de dureté standard pour la relation des métaux entre la dureté Brinell, la dureté Vickers, la dureté Rockwell, la dureté superficielle, la dureté Knoop et la dureté du scléroscope

ISO 18625, Conversion des valeurs de dureté

Test de duretée

Le test de dureté Rockwell (HR) propose de nombreuses options d’échelles avec différents types et tailles de pénétrateur. Pour l’acier au carbone en service acide, seuls les HRC et HR 15 N sont autorisés, les deux utilisant un pénétrateur à cône en diamant. HRC est un test standard utilisé pour tester le métal en vrac tandis que HR 15 N est superficiel pour tester des zones petites et localisées comme la ZAT. Rockwell est populaire en raison de la rapidité et de la facilité d’obtention du résultat.

Le test de dureté Vickers (HV), parfois appelé test de microdureté, n’utilise qu’un seul type de pénétrateur de diamant en forme de pyramide avec une charge différente. Selon les normes utilisées, les tests HV 30, HV 10 et HV 5 sont autorisés. HV 30 est utilisé pour le métal en vrac, HV 10 est pour la ZAT et HV 5 est utilisé pour les soudures à faible énergie d’arc (<2,5 kJ/mm) qui peuvent avoir une zone HAZ très étroite. Étant donné que la dureté doit être mesurée visuellement au microscope (peut être manuelle ou automatisée par logiciel), une préparation détaillée de l’échantillon est nécessaire, mais c’est également un avantage car le test peut être spécifique à certaines microstructures du métal et très fiable pour trouver des points durs dans la ZAT .

L’appareil d’essai de dureté Brinell (HBW) utilise un pénétrateur à bille en carbure de tungstène, utilisant normalement un diamètre de 10 mm et une force de 29,42 kN. Les mesures de test doivent également être mesurées visuellement, mais la principale différence avec Vickers est que la taille de l’empreinte est nettement plus grande et qu’une préparation minimale de l’échantillon est suffisante. Brinell est bon pour mesurer les matériaux en vrac, en particulier lorsque différentes phases existent, mais ne doit pas être utilisé pour mesurer la ZAT.

Résumé des exigences de dureté

Le tableau ci-dessous résume les exigences de dureté pour les soudures, les ZAT et les métaux de base selon NACE MR0175, NACE MR0103, NACE SP0472 et EFC-16.

Limite de dureté selon NACE MR0175-2

Limite de dureté selon EFC 16

Limite de dureté selon NACE SP0472

Contrôle général de la dureté

La limite de dureté plus élevée dans la soudure et le capuchon HAZ pour la surface externe reflète la concentration en hydrogène moins sévère du côté de la sortie d’hydrogène. Si la sortie d’hydrogène de la surface externe est entravée (par exemple par une protection cathodique), alors la dureté du capuchon ne doit pas dépasser la limite de racine.

Le souci de la dureté maximale est que cela se produira probablement dans la ZAT ou le métal fondu proche de la limite de fusion avec la valeur la plus élevée possible lors de l’utilisation d’une énergie d’arc faible ou de valeurs t8/5 faibles comme les soudures d’angle, en outre, celles-ci donnent également lieu à une ZAT étroite qui peut être difficile à échantillonner avec précision. Le métal de soudure ou la ZAT qui subissent peu ou pas de réchauffage lors des passes ultérieures seront en général les plus difficiles. Lors de l’utilisation d’un métal-mère à haute teneur en carbone, risque de migration vers le métal fondu, donnant un pic de dureté juste à l’intérieur de la soudure.

Les régions de dureté élevée sont souvent identifiées comme des zones qui gravent fortement dans une gravure au Nital standard, néanmoins, les régions de gravure légère doivent également être examinées, car les régions martensitiques dures peuvent être résistantes à la gravure. En règle générale, un moyen fiable d’évaluer la dureté de la zone de soudure consiste à utiliser une petite empreinte. Les empreintes de dureté HAZ doivent être entièrement à l’intérieur de la HAZ et situées aussi près que possible de la limite de fusion entre le métal fondu et la HAZ. Le relevé de la ZAT du capuchon de soudure doit être positionné de manière à ce que les impressions coïncident avec la ZAT de la passe finale ou le changement de profil de la ligne de fusion associée à la passe finale.

Précision de conversion de dureté (HRC ou HV ?)

Il existe une légère différence de conversion de dureté entre les normes pour le 22 HRC bien que peu significative, certains utilisent 250 HV et 248 HV. Ceci est normal, comme expliqué dans la norme ASTM E140, la conversion de l’échelle de dureté n’est qu’un processus approximatif et il n’est pas possible d’indiquer des limites de confiance pour les erreurs lors de l’utilisation d’un tableau de conversion. La différence de dureté est également affectée par des paramètres tels que la composition, les propriétés, le traitement thermique, etc. qui peuvent être légèrement différents même pour un matériau similaire. Les tables de conversion également effectuées dans le passé à l’aide des méthodes de test ASTM en vigueur au moment du test, les normes mises à jour peuvent affecter les résultats finaux. Par exemple, actuellement, les normes de dureté Rockwell et Brinell autorisent ou exigent l’utilisation de pénétrateurs à bille en carbure de tungstène ; cependant,tous les tests de dureté Rockwell à l’échelle de la bille et la plupart des tests de dureté Brinell effectués pour développer ces tables ont utilisé des pénétrateurs à bille en acier trempé.

Certains duromètres à emplacement fixe et portables effectuent des conversions internes entre les échelles de dureté à l’aide des tableaux de la norme ASTM E140 ou ISO 18265. Il peut également y avoir des cas où les conversions d’échelle de dureté sont gérées en dehors des normes basées sur des données ou des algorithmes propriétaires, en particulier dans certains instruments portables pour lesquels il n’existe pas de tables de conversion normalisées. Dans les deux cas, les conversions peuvent être une source supplémentaire d’imprécision et d’incertitude.