Requisitos de prueba de dureza de acero al carbono y acero de baja aleación para servicio ácido

Control de dureza para servicios Sour

Este artículo proporciona referencias rápidas para los requisitos de prueba de dureza en aplicaciones de servicio ácido de acero al carbono, acero de baja aleación.

El control de la dureza es uno de los numerosos métodos utilizados para prevenir el S-SCC (agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro) en servicio ácido y el agrietamiento inducido por hidrógeno en general. La susceptibilidad del metal al S-SSC está estrechamente relacionada con la resistencia del material (como lo indica la dureza), que se ve afectada por la composición química, el tratamiento térmico, el método de fabricación y la microestructura presente en el material.

Estándares para pruebas de dureza y requisitos de dureza:

ISO 6506-1, prueba de dureza Brinell, parte 1: método de prueba

ISO 6507-1, prueba de dureza Vickers, parte 1: método de prueba

ISO 6508-1, prueba de dureza Rockwell, parte 1: método de prueba

EFC 16, Directrices sobre requisitos de materiales para aceros al carbono y de baja aleación para entornos que contienen H2S en la producción de petróleo y gas

NACE MR0175-2, Materiales para uso en ambientes que contienen H2S en la producción de petróleo y gas, Parte 2: Aceros al carbono y de baja aleación resistentes al agrietamiento y el uso de hierro fundido

NACE MR0103, Materiales metálicos resistentes al agrietamiento por tensión por sulfuro en entornos corrosivos de refinación de petróleo

NACE SP0472, Métodos y controles para prevenir el agrietamiento ambiental en servicio de las piezas soldadas de acero al carbono en entornos corrosivos de refinación de petróleo

Publicación NACE 8X194, Materiales y prácticas de fabricación para nuevos recipientes a presión utilizados en el servicio de refinería de H2S húmedo

ASTM E140, Tablas de conversión de dureza estándar para la relación de metales entre dureza Brinell, dureza Vickers, dureza Rockwell, dureza superficial, dureza Knoop y dureza del escleroscopio

ISO 18625, conversión de valores de dureza

Examen de dureza

La prueba de dureza Rockwell (HR) tiene muchas opciones de escalas con diferentes tipos y tamaños de penetradores. Para el acero al carbono en servicio ácido, solo se permite el uso de HRC y HR 15 N, ambos utilizan un penetrador de cono de diamante. HRC es una prueba estándar utilizada para probar metales a granel, mientras que HR 15 N es superficial para probar áreas pequeñas y localizadas como HAZ. Rockwell es popular por su rapidez y facilidad para obtener el resultado.

La prueba de dureza Vickers (HV), a veces llamada prueba de microdureza, solo usa un tipo de penetrador de diamante en forma de pirámide con diferente carga. Dependiendo de los estándares utilizados, HV 30, HV 10 y HV 5 están permitidos para la prueba. HV 30 se usa para metal a granel, HV 10 es para HAZ y HV 5 se usa para soldaduras de baja energía de arco (<2.5 kJ / mm) que pueden tener un área HAZ muy estrecha. Dado que la dureza debe medirse visualmente con un microscopio (puede ser manual o automatizado por software), se necesita una preparación detallada de la muestra, pero también es una ventaja porque la prueba puede ser específica para cierta microestructura en el metal y muy confiable para encontrar puntos duros en HAZ .

El aparato de ensayo de dureza Brinell (HBW) utiliza un penetrador de bola de carburo de tungsteno, normalmente con un diámetro de 10 mm y una fuerza de 29,42 kN. Las mediciones de prueba también deben medirse visualmente, pero la principal diferencia con Vickers es que el tamaño de la impresión es significativamente mayor y una preparación mínima de la muestra es suficiente. Brinell es bueno para medir material a granel, especialmente cuando existen diferentes fases, pero no debe usarse para medir ZAT.

Resumen de los requisitos de dureza

La siguiente tabla resume los requisitos de dureza para soldadura, HAZ y requisitos de metal base según NACE MR0175, NACE MR0103, NACE SP0472 y EFC-16.

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Límite de dureza según NACE MR0175-2

Límite de dureza según EFC 16

Límite de dureza según NACE SP0472

Control de dureza general

El límite de dureza más alto en la tapa de soldadura y HAZ para la superficie externa refleja la concentración de hidrógeno menos severa en el lado de salida de hidrógeno. Si se impide la salida de hidrógeno de la superficie externa (por ejemplo, mediante protección catódica), la dureza de la capa no debe exceder el límite de la raíz.

La preocupación por la dureza máxima es que probablemente suceda en ZAT o en el metal de soldadura cerca del límite de fusión con el valor más alto posible cuando se usa una energía de arco baja o valores bajos de t8 / 5 como soldaduras de filete, además, estos también dan lugar a una ZAC estrecha que puede ser difícil muestrear con precisión. El metal de soldadura o HAZ que experimentan poco o ningún recalentamiento en las pasadas posteriores, en general, serán los más difíciles. Cuando se usa metal base con alto contenido de carbono, hay que preocuparse por la migración al metal de soldadura, lo que da una dureza máxima justo dentro de la soldadura.

Las regiones de alta dureza a menudo se identifican como áreas que se graban mucho en un grabado con Nital estándar; sin embargo, las regiones de grabado ligero también deben examinarse, ya que las regiones martensíticas duras pueden ser resistentes al grabado. Por lo general, una forma confiable de evaluar la dureza del área de soldadura es usando una pequeña impresión. Las impresiones de dureza HAZ deben estar completamente dentro de HAZ y ubicadas lo más cerca posible del límite de fusión entre el metal de soldadura y HAZ. El levantamiento de HAZ del casquete de soldadura debe colocarse de modo que las impresiones coincidan con el HAZ de la ejecución final o el cambio de perfil de la línea de fusión asociada con la ejecución final.

Precisión de conversión de dureza (¿HRC o HV?)

Existe una ligera diferencia de conversión de dureza entre los estándares para 22 HRC, aunque no es muy significativa, algunos usan 250 HV y 248 HV. Esto es normal, como se explica en ASTM E140, la conversión de la escala de dureza es solo un proceso aproximado y no es posible establecer límites de confianza para los errores al usar una tabla de conversión. La diferencia de dureza también se ve afectada por parámetros como la composición, las propiedades, el tratamiento térmico, etc. que pueden ser ligeramente diferentes incluso para materiales similares. Las tablas de conversión también se realizaron en el pasado utilizando métodos de prueba de ASTM vigentes en el momento de la prueba, los estándares actualizados pueden afectar los resultados finales. Por ejemplo, actualmente los estándares de dureza Rockwell y Brinell permiten o requieren el uso de penetradores de bola de carburo de tungsteno; sin embargo,Todas las pruebas de dureza Rockwell a escala de bola y la mayoría de las pruebas de dureza Brinell realizadas para desarrollar estas tablas utilizaron penetradores de bolas de acero endurecido.

Algunos probadores de dureza portátiles y de ubicación fija realizan conversiones internas entre escalas de dureza utilizando las tablas de ASTM E140 o ISO 18265. También puede haber algunos casos en los que las conversiones de escalas de dureza se manejen fuera de los estándares basados ​​en datos o algoritmos patentados, especialmente en algunos casos. instrumentos portátiles donde no existen tablas de conversión estandarizadas. En cualquier caso, las conversiones pueden ser una fuente adicional de inexactitud e incertidumbre.