Meilleures pratiques pour prévenir la rupture fragile des tuyaux, brides et raccords en acier au carbone

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Note de l'éditeur : cet article fait suite à « Causes et remèdes aux défaillances des composants de bobines ductiles » et « L'ASME examine les exigences de test pour les tuyaux, raccords et brides ».

Les alliages traditionnels jouent un rôle standard dans la fabrication des métaux, qu'il s'agisse d'aciers inoxydables pour dispositifs médicaux ou de produits marins ; l'une des générations d'aciers à hautes performances développées au cours des deux dernières décennies pour l'industrie automobile ; ou des métaux tels que l'aluminium et le titane, qui présentent un rapport résistance/poids élevé et une résistance élevée à la corrosion, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications de l'aérospatiale, du raffinage et du traitement chimique.

Il en va de même pour certains alliages d’acier au carbone, en particulier ceux qui contiennent des quantités spécifiques de carbone et de manganèse. Certains d'entre eux, en fonction des quantités d'éléments d'alliage, sont bien adaptés à la fabrication de brides, de raccords et de tuyaux pour les usines de traitement chimique et les raffineries. Tous ont une caractéristique en commun : les matériaux utilisés dans ces applications doivent être suffisamment ductiles pour résister à la rupture fragile et à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC).

Les organismes de normalisation tels que l'American Society of Manufacturing Engineers (ASME) et ASTM Intl. (anciennement connue sous le nom d'American Society of Testing and Materials) fournit des conseils en la matière. Deux codes industriels pertinents – ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVD) Section VIII, Division 1 et ASME B31.3, Process Piping – prennent en compte les aciers au carbone (tout matériau ferreux contenant de 0,29 % à 0,54 % de carbone et de 0,60 % à 1,65 % de manganèse). être suffisamment ductile pour être utilisé dans des climats chauds, des zones douces et des zones dans lesquelles la température descend jusqu'à -20 degrés F. Cependant, des échecs récents à température ambiante ont conduit à un examen plus approfondi des quantités et des ratios des divers éléments microalliants utilisés dans la fabrication de ces brides, raccords et tuyaux.

Jusqu'à récemment, ni l'ASME ni l'ASTM n'exigeaient des essais d'impact pour confirmer le comportement ductile de nombreux articles en acier au carbone utilisés à des températures aussi basses que -20 degrés F. Les décisions d'exempter certains produits étaient basées sur les propriétés historiques des matériaux. Par exemple, les produits en acier au carbone tels que les brides A105, les raccords A234-WPB et les tuyaux en acier au carbone A106 de qualité B avec une épaisseur de paroi de ½ po (25 mm) ou moins, lorsqu'ils sont utilisés à une température minimale de conception du métal (MDMT) de -20 degrés F, ont été exemptés des tests d'impact en raison de leur rôle traditionnel dans de telles applications.

Cependant, l’acceptation historique et les applications traditionnelles ne durent pas nécessairement éternellement. Certains matériaux qui relèvent de la courbe B de la révision 2017 de l'ASME VIII-1, UCS-66 (voir Figure 1), ont un historique récent documenté de défaillances dues à une rupture fragile à des températures supérieures à -20 degrés F et, dans de nombreux cas. à des températures chaudes. Par conséquent, ils sont considérés comme présentant un risque de rupture fragile à température ambiante, principalement lors du démarrage, de l’arrêt, des essais hydrostatiques et de la dépressurisation rapide (autoréfrigération).

La pratique consistant à procéder à des ajouts délibérés d'oligo-éléments lors de la fabrication d'aciers à moyenne teneur en carbone, qui contiennent de 0,18 % à 0,23 % de carbone, a peut-être pour but de réduire la température et la durée du traitement thermique. Utilisée au cours des dernières décennies, cette technique a eu une conséquence involontaire : fissuration fragile des brides de qualité A105, des raccords A234-WPB et des tuyaux en acier au carbone A106-B. Ce phénomène est connu pour se produire à température ambiante.

Ce problème devient aigu lorsque des matériaux sujets au SCC sont déployés dans certaines conditions de service. Selon la National Association of Corrosion Engineers (NACE) MR0103, une conception, un traitement (découpe, pliage, soudage), une installation ou une manipulation inappropriés peuvent rendre les matériaux résistants sensibles au SCC. Les concentrations de contraintes dans les entailles locales, telles que les piqûres de corrosion, rendent les soudures vulnérables au SCC. Il est également connu que les contraintes de traction résiduelles dues au soudage provoquent des fissures sans contraintes externes. Les soudures qui n'ont pas été relâchées et les composants qui ont été écrouis sont particulièrement vulnérables. Le non-respect des exigences de traitement thermique, mécaniques ou chimiques des spécifications ne peut être vérifié que par un examen métallurgique. Les imperfections sur les surfaces usinées des brides soudées ne peuvent être détectées que par une évaluation volumétrique non destructive.