Qu’est-ce que la graphitisation dans l’acier au carbone, l’acier faiblement allié?

Graphitisation ?

La graphitisation est une modification de la microstructure de certains aciers au carbone et des aciers à 0,5 Moly. Au cours de la graphitisation, ces changements se produisent dans certaines nuances d’ acier au carbone et d’aciers à 0,5 Moly pendant l’exposition à une température de fonctionnement à long terme de 800 °F à 1100 °F ou de 427 °C à 593 °C. Il en résulte une perte de résistance mécanique, de ductilité et/ou de résistance au fluage.

La première image montre le métal de base non affecté d’un acier au carbone ayant une microstructure de perlite et de ferrite. Lorsque ce matériau est exposé à une température élevée supérieure à 800 degrés Fahrenheit, la graphitisation a lieu comme visible par la zone noire de la deuxième image.

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Quels matériaux sont affectés par la graphitisation

Il arrive que certaines nuances d’ acier au carbone ou de matériau CS

 et 0,5 aciers au molybdène tels que SA 182 F 1 grade et SA 204 grade A, B et C etc.

Facteurs critiques pour la graphitisation

Les principaux facteurs affectant la graphitisation sont les suivants :

une. Chimie des métaux communs

b. Stress, température et temps d’exposition

Il affecte l’acier au carbone et les aciers au molybdène au carbone jusqu’à 1,0% de molybdène. L’ajout de 0,7% de chrome élimine efficacement l’effet de graphitisation dans l’acier.

La température en tant que facteur principal contrôle le taux de graphitisation. En dessous de 800 degrés Fahrenheit (ou 427 degrés Celsius), le taux est extrêmement lent. Une élévation de température augmente la vitesse de graphitisation.

Types de graphitisation

La graphitisation est divisée en deux parties.

La première, la graphitisation aléatoire

Deuxièmement, des chaînes ou des plans locaux de graphitisation concentrée. Cette forme de graphitisation peut entraîner une réduction significative de la capacité de charge tout en augmentant le potentiel de rupture fragile le long de ce plan.

Chaînes ou plans locaux de nodules de graphite concentrés qui peuvent être classés en :

  • une. Graphitisation de la zone affectée par la chaleur (ZAT) de la soudure, également appelée graphitisation des sourcils . Ceci est le plus souvent trouvé dans la zone affectée thermiquement adjacente aux soudures dans une bande étroite, correspondant au bord basse température de la zone affectée thermiquement. Dans les joints bout à bout soudés multipasses, ces zones se chevauchent, couvrant toute la section transversale. Des nodules de graphite peuvent se former à la limite basse température de ces zones affectées par la chaleur, ce qui entraîne une bande de graphite faible s’étendant à travers la section. En raison de son apparence, cette formation de graphite au sein des zones affectées par la chaleur est appelée graphitisation des sourcils.

b. Graphitisation sans soudure, une forme de graphitisation localisée qui se produit également sous forme de chaîne . Il se produit parfois le long de plans de plastification localisés dans l’acier. à la manière d’une chaîne, il a subi une déformation plastique importante à la suite d’opérations de travail à froid ou de pliage.

Chronologie des occurrences de graphitisation

Une grave graphitisation de la zone affectée par la chaleur peut se développer en aussi peu que cinq ans à des températures de service supérieures à 1 000 °F (538 °C). Une très légère graphitisation devrait être trouvée après 30 à 40 ans à 850°F (454°C).

Le graphique ci-dessous montre la relation entre les différentes graphitisations des zones affectées par la chaleur avec la température de service et les heures de service.

Unités ou équipements affectés dans la raffinerie

  1. Principalement des tuyauteries et équipements à parois chaudes dans les unités de FCC, de reformage catalytique et de cokéfaction.
  2. Réacteurs et tuyauterie d’unités de craquage catalytique fluide, ainsi qu’avec des tubes de four en acier au carbone dans une unité de craquage thermique et la défaillance des soudures d’étanchéité au niveau de la plaque tubulaire inférieure d’une chaudière de récupération de chaleur verticale dans un craqueur catalytique fluide.
  3. Les tubes de l’économiseur, les conduites de vapeur et autres équipements fonctionnant dans une plage de températures de 850 °F à 1025 °F (441 °C à 552 °C) sont plus susceptibles de subir une graphitisation.

Apparence ou morphologie des dommages

Comme les dommages de graphitisation se produisent au niveau de la microstructure, ils nécessitent un microscope pour l’observation.

Les stades avancés d’endommagement liés à la perte de résistance au fluage peuvent inclure la formation de microfissures/micro-vides, de fissures souterraines ou de fissures liées à la surface.

Prévention / Atténuation de la graphitisation

La graphitisation peut être évitée en utilisant des aciers faiblement alliés contenant du chrome pour un fonctionnement à long terme au-dessus de 800°F (427°C).

Inspection et surveillance

  1. Les preuves de graphitisation sont évaluées le plus efficacement par le prélèvement d’échantillons sur toute l’épaisseur pour examen à l’aide de techniques métallographiques . Des dommages peuvent survenir à mi-paroi, de sorte que les répliques sur le terrain peuvent être inadéquates.
  2. Les stades avancés des dommages liés à la perte de résistance comprennent les fissures de rupture de surface ou la déformation par fluage qui peuvent être difficiles à détecter.