Comprendre la métallurgie des tubes et tuyaux en acier

Les différents protocoles de test (Brinell, Rockwell, Vickers) comportent des procédures spécifiques à l'élément testé. Le test Rockwell T est adapté pour vérifier les tubes à paroi légère en coupant le tube dans le sens de la longueur et en testant la paroi à partir du diamètre intérieur plutôt que du diamètre extérieur.

Commander des tubes, c'est un peu comme aller chez un concessionnaire automobile et commander une voiture ou un camion. Les nombreuses options disponibles de nos jours permettent à l'acheteur de personnaliser le véhicule de toutes sortes de façons : couleurs intérieures et extérieures, ensembles de garnitures intérieures, options de style extérieur, choix de transmission et systèmes audio qui rivalisent presque avec les systèmes de divertissement à domicile. Compte tenu de tous ces choix, vous ne vous contenterez probablement pas d’un véhicule standard et sans fioritures.

Les tubes en acier sont comme ça. Il est disponible dans des milliers de choix ou de spécifications. Mis à part les dimensions, les spécifications font état de la chimie et de plusieurs propriétés mécaniques, telles que la limite d'élasticité minimale (MYS), la résistance ultime à la traction (UTS) et l'allongement minimum avant rupture. Cependant, de nombreux acteurs de l'industrie (ingénieurs, agents d'achat et fabricants) utilisent un raccourci accepté dans l'industrie et demandent un tube soudé « ordinaire » et ne précisent qu'une seule caractéristique : la dureté.

Essayez de commander une voiture en fonction d'une seule caractéristique (« J'en ai besoin d'une avec transmission automatique ») et vous n'irez pas trop loin avec le vendeur. Il doit remplir un formulaire de commande comportant de nombreuses options. C'est le cas des tubes en acier : pour obtenir le tube adapté à l'application, le fabricant de tubes a besoin de bien plus d'informations que la simple dureté.

Comment la dureté est-elle devenue un substitut accepté aux autres propriétés mécaniques ? Cela a peut-être commencé avec les producteurs de tubes. Parce qu'un test de dureté est rapide, facile et nécessite un équipement relativement peu coûteux, les vendeurs de tubes utilisaient souvent un test de dureté pour comparer deux tubes. Pour effectuer un test de dureté, il leur suffisait d’une section de tube lisse et d’un banc d’essai.

La dureté d'un tube est bien corrélée à l'UTS, et à partir de là, une règle empirique, un pourcentage ou une plage de pourcentages, permet d'estimer le MYS, il est donc facile de voir comment le test de dureté est devenu un proxy approprié pour d'autres caractéristiques.

De plus, les autres tests sont relativement compliqués. Alors qu'un test de dureté ne prend qu'une minute environ sur une seule machine, les tests MYS, UTS et d'allongement nécessitent une préparation d'échantillons et un investissement substantiel dans un équipement de laboratoire à grande échelle. À titre de comparaison, pensez en termes de secondes pour un test de dureté effectué par un opérateur de tuberie et d'heures pour un test de traction effectué par un technicien métallurgique dédié. Faire un contrôle de dureté n’est pas difficile.

Cela ne veut pas dire que les fabricants de tubes techniques n’utilisent pas de tests de dureté. On peut affirmer que la plupart le font, mais comme ils effectuent des évaluations de répétabilité et de reproductibilité des jauges sur tous leurs équipements de test, ils sont bien conscients des limites du test. La plupart des utilisateurs évaluent la dureté d'un tube dans le cadre du processus de production, mais ils ne l'utilisent pas pour quantifier les caractéristiques du tube. Il s'agit simplement d'un test "go/no-go".

Pourquoi avez-vous besoin de connaître le MYS, l'UTS et l'allongement minimum ? Ils indiquent comment le tube se comportera dans un assemblage.

Le MYS fait référence à la force la plus faible provoquant une déformation permanente dans un matériau. Si vous essayez de plier un peu une longueur de fil droite telle qu'un cintre et que vous relâchez la pression, deux choses se produiront : il reviendra à son état d'origine (droit) ou il restera plié. Si c'est toujours droit, vous n'avez pas dépassé le MYS. S'il reste plié, vous l'avez dépassé.

Maintenant, saisissez les deux extrémités du fil avec un jeu de pinces. Si vous parvenez à déchirer le fil en deux morceaux, vous avez dépassé son UTS. Vous mettez beaucoup de tension dessus et vous disposez de deux longueurs de fil pour montrer votre effort surhumain. Si la longueur initiale du fil était de 5 pouces et que les deux longueurs après la rupture totalisent 6 pouces, le fil s'est allongé de 1 pouce, soit 20 pour cent. Un test d'allongement réel prend une mesure à moins de 2 pouces du point de rupture, mais peu importe : le concept de traction par fil illustre l'UTS.