A333درجه6فولادکمکربندرخطلوله - خواصریزساختاریوخواصسختی

M. N. Ervina Efzan *，S. Kesahvanveraragu，J.امرسون

1.0معرفی

1.1سازههایدریاییخطلولهمواد

خطوطلولهدرپلتفرمهایدریاییهستندتاازانواعمختلفیازموادساختهشده。انتخابموادبرملاحظاتخاصمانندهزینهمتکی，نیازعملکردی，شرایطعملیاتیازفشارودما，خوردگی率等等[1-2]。ازآنجاکهانواعخطوطلولهدرپلتفرمهایدریاییوجوددارد，انتخابموادوملاحظاتبسیارموردنیاز。درصنایعدریایی，فلزموادبسیاراستفادهمیشودکهمیتواندبهفلزاتآهنیوغیرآهنیهمهفنحریفاست[1-3]。فلزاتحاویآهن（آهن）بهعنوانترکیببرترخودرابهعنوانفلزاتآهنیشناختهشده，而含有其他元素的金属被称为有色金属[4 - 5]。آهنوفولادآلیاژیبازیگرانمتعلقبهدستهفلزیآهنی,درحالیکهغیرآهنیفلزاتشاملآلومینیوم(آل),مس(با),باور(قلع)وسیلیکون(و)[3 - 5]。باتوجهبهممدوح[6],有色金属是由于成本效益和承受能力的主要用于金属打造海上平台管道
شرایطعملکرد。

1.2دشتفولادکربن

فولادکربنموادمتشکلازکربنبهعنوانعنصراصلیآلیاژیاست。碳钢是由铁构成的（آهن），کربن（C），فسفر（پ），منگنز（منگنز），گوگرد（S）وسیلیکون（و）[7]。درحالحاضردربازاردرسراسرجهان，碳钢正在被大量生产和用于重工业,سیستمحملونقلبهویژهدریاییواستخراجنفت[8]。دلیلایناستکهفولادکربندارایاستحکامبالا,جوشپذیریخوب,耐高温,良好的表面保护于外部环境和价格比其他合金钢如低合金钢和不锈钢[3 - 4]。

فولادکربنرامیتوانبهکمطبقهبندی,根据其碳含量中，高碳钢(موسسهفناوریهند,2010)。低碳钢也被称为低碳钢，其含量通常小于0.3％کربن。درهمینحال，中，高碳钢具有的碳含量0.3 - 0.45％0.45و - 0.75％分别[4] [9]。管道工业特别是海上管道，由于中碳钢和高碳钢的脆性较差，焊接性较差，不适合使用[10]。ازاینرو,低碳钢是在设计中海上管线优选,سازندگانوتنظیمکننده。它涵盖了高温船舶的管网,مبدلهایحرارتی,压缩机和输送管道[9][10]。在海上平台处理管线的低碳钢的使用的详细信息在表列1.ازجدول1,API 5L级X52型低碳钢具有最高的抗拉强度455兆帕，而类型API 5L B级具有最低的抗张强度413 MPa。

جدول1：انواعفولادهایکمکربندرپلتفرمپردازشدریاییباتوجهبهقوانینواستانداردهای，استحکامکششی，ترکیبموادوبرنامههایکاربردی：

خیر。	规范和标准 (ASTM / API)	کششی قدرت （兆帕）	ترکیب 的材料	应用程序 海洋平台	ارجاع
1	A106 B级 （لولهبدوندرز）	415	ç<= 0.30 منگنز<= 1.06 پ< = 0.035 小号<= 0.035	1.海水系统 2。注水 سیستم 3。生产水 سیستم 4。便携式水 سیستم 5。干燃料和气体 سیستم 6。消防水系统 7。乙二醇和 注甲醇 سیستم 8。惰性气体/工厂空气 لولهکشی	[2] [11] [12]
2	API 5L B级 (لولهجوشدادهشده)	413	ç<= 0.28 منگنز<= 1.20 پ< = 0.030 小号<= 0.030		[2] [11] [13]
3.	A671年级CC60 (لولهجوشدادهشده)	415	ç<= 0.21 منگنز<= 0.98 پ< = 0.035 小号<= 0.035		[2] [11] [14]
4	API 5L级X52 （لولهبدوندرز）	455	ç<= 0.28 منگنز<= 1.40 پ< = 0.030 小号<= 0.030		[2] [11] [13]
5	澳大利亚درجه6 （لولهبدوندرز）	415	ç<= 0.30 منگنز<= 1.06 پ< = 0.025 小号<= 0.025	1.火炬系统 2。海水系统 3。消防水系统 4。排水和污水 سیستم	[2] [11] [15]

1.3 A333درجه6低碳钢管

根据表的全面数据1，材料类型为A333级6被选择来分析微观结构表征

以及材料的机械性能。بهطورکلی,澳大利亚درجه6管被称为低温管，因为它可以承受

在低至-45°C温度下的冲击韧性[15]。

شکل1显示A333级的样本6低碳钢管。

2.0روش

2.1خواصریزساختاری

باتوجهبهشارمیلا[17]，تصویربزرگبهمنظوربررسیمورفولوژیضروریاست，ریزساختار，وشکلویژگیهایمختلفازجملهغلات，相位和嵌入的颗粒。درحالحاضر，存在各种显微方法广泛用于研究领域，如光学显微(درباره),میکروسکوپالکترونیروبشی(SEM)和透射电子显微镜（دارد）。باتوجهبه格拉布[18]，使用光学显微镜有很多优点，比如可以获得高分辨率的图像,快速的数据采集和提供更多的定量结果。ازاینرو,使用光学显微镜法来表征A333级的微结构6ماده。

میکروسکوپنورینیازسطحنمونهرابهتختمیباشد,صافوخراشرایگان。
,بااینحاللازمنیستدرهرشکلخاصباشدمانندمستطیلشکل,圆形或其他几何形状。همینطور,一个适当的样品制备通过光学显微镜在进行微观结构表征之前完成。澳大利亚درجه6低碳钢管样品被切割成1سانتیمترطول，通过研磨工艺去除附着在样品上的废金属片。پسازبرشنمونه,对表面进行研磨，去除样品表面的粗糙和划痕。علاوهبراین，两个不同的抛光液，例如多晶金刚石（3میکرومترو1ميکرومولار）将非晶硅溶胶均匀地倒在测试盘上，以确保有效的抛光过程。抛光完成后，得到一个反射表面。

蚀刻是样品制备的最后一步，然后通过光学显微镜观察微观结构。蚀刻是指物质原子层的物理和化学剥离[17]。باتوجهبهنیاز[19],硝酸乙醇腐蚀液对低碳钢的最佳蚀刻溶液[20]。علاوهبراین,,刻蚀时间是保证样品表面刻蚀达到准确水平的一个重要因素。بهطورکلی,低碳钢需要在时间帧使用硝酸乙醇腐蚀液进行蚀刻从几秒到几分钟[21]。澳大利亚درجه6低碳钢样品蚀刻3دقیقهبرایاطمینانازنمایشدقیقریزساختار。2نشکلمایشرونداچ澳大利亚درجه6سطحنمونهفولادکمکربن。

شکل2：（1）فرآینداچ;（2）پسازاچوفرایندتمیزکردن

پسازآمادهسازینمونهدقیقاتکمیلشدهاست，在三个不同的光学倍率通过光学显微镜观察在材料表面的微结构,یعنی10 x 20 xو50 x。

2.2سختیویکرز

在显微镜下，将制备好的试样置于维氏硬度计的砧上。10然后KGF负载物通过按压金刚石棱锥的进入样品的平坦表面进行的持续时间和施加随后15بازدیدکنندگان。پسازاتمامزمانخانه,通过微观观察凹痕。凹痕的大小需要通过测量两条对角线来计算[22]。

3.0نتایجوبحث

3.1خواصریزساختاری

شکل3:ریزساختاردرجه澳大利亚6فولادکمکربنتحتبزرگنمای10 xایز。لایههایپرلیتوفریتبابرچسببهافتراقساختارفاز。

ازنتایجمیکروسکوپنوری,下10X放大率样品表面的微结构20 xو50 xدرشکلنشاندادهشدهاست3、4و5分别。

باتوجهبهاسکات[23]，فولادکمکربندواجزایتشکیلدهندهاصلی，其是珠光体和铁素体。پرلیتبهعنوانمناطقتیرهدرساختارتعریفشده，它是由铁素体和碳化铁颗粒组成的精细混合物。درهمینحال,باتوجهبهکو[24],珠光体晶粒沿发现铁素体晶粒边界说谎。ازسویدیگر,较亮的区域被称为铁氧体，ودرمرزدانهبینذراتفریتبهوضوحقابلمشاهده。بهطورکلی，کمکربنبا0.16％محتوایکربنمتشکلازکسرحجمی，0.79％فریت先共析و0.21％پرلیتبهترتیب[24]。珠光体和铁氧体层都用数字标明3，4و5.علاوهبراین，下10X 20X和放大倍数的微结构中的铁素体晶粒之间显示清晰的晶界。شکل6示出了低碳钢的铁素体的形状来证明关于铁素体晶粒的晶界的发言。

شکل6：他形مرزدانهدرفولادکمکربن[23]

اهمیتتجزیهوتحلیلساختارمواد，بهخصوصفولادویاآلیاژهای，是通过观察在材料本身的粒径和量，以确定所述材料的特性。براساسرابطههالپچ,晶粒尺寸的减小即兴钢的强度[25]。بهطورمشابه，ازنتایجبهدستآمدهازطریقمیکروسکوپنوری，低碳钢类型A333级6استتاازاندازهکوچکترازمرزدانههایفریتساختهشده。

3.2سختیویکرز

باتوجهبهدادههایتولیدشدهازبخش2.2，维氏硬度测试结果取决于施加的载荷，خانهمدتوتوگذاریقطر。ازاینرو，برایاینآزمون，10KGF被应用于15بهتورفتگیدر澳大利亚درجه6نمونهفولادکمکربن。重复的测试5مناطقمختلفنمونه,کهشامل4样本的边和中点。一旦压头在菱形棱锥的形式在样品制成的坑维氏,خطوطپرکنندهبهلبههردوقطرتنظیمشد,这些值被记录在设备中。سپس,نتایجازنظر高压نمایشدادهشد,其示出了硬度水平通过维氏硬度计提供。得到的结果包括对角直径和硬度值5نکتهها，和用于样品的平均HV证明表2。

جدول2:مقدارسختینمونهدرجه澳大利亚6فولادکمکربن

فولادکمکربن:澳大利亚درجه6 (20毫米×10毫米×2毫米) 矩形的标本
نقطه	قطر1(ميکرومولار)	قطر2(ميکرومولار)	سختیویکرز（HV）
1	330.075	332.100	169.131
2	336.960	340.605	161.535
3.	336.555	333.315	165.268
4	329.670	326.835	172.065
5	328.455	333.720	169.131
平均维氏硬度值			166.826

通过光学显微镜对压痕的微观结构进行了验证。شکل7示出了金刚石的显微组织样品形凹槽上点1,3و5نمونهبهترتیب。

ایننشانمیدهدایناستکهتفاوتاندکیمیاننتایجسختیارزشوجوددارد（HV）。虽然有人做过试验，在5نقاطمختلف，由于相同的测试材料获得应该是相同的硬度值。باتوجهبهتاناکاوکامیا[22],表面粗糙度影响硬度值的测量。虽然试样表面被研磨均匀，بودبدترشدندقتبهدستآمدهوجوددارد。باایناوصاف，باتوجهبهساموئلز[26]，سطحسختیفولادکمکربن（0.1％محتوایکربن）140HVاست。درهمینحال，结果为A333级6低碳钢的硬度值约为166.826HV。

4.0نتیجه

بهطورکلی,میتواننتیجهگرفتکه澳大利亚درجه6低碳钢具有微结构，晶粒尺寸小，珠光体含量少。这一信息证实了该材料的高强度和延性。ضمنا，该材料的硬度的平均值是166.836HV,وآنراازطیفوسیعیازارزشسختیمطابقرابرایلولههاینفتوگاز,کهحداکثراز250高压است。ازآنجاکه澳大利亚درجه6低碳钢具有适当的晶体结构和硬度，آنرامناسببهعنوانیکپلتفرمموادخطلولهدریاییمورداستفادهقرارگیرد。
علاوهبراین,,本文的研究成果可为今后海底管线材料的进一步研究提供参考。

منابع

[1] M.Tanzosh，章A3:管道材料,在管道手册,纽约，مکهیل，（2000）。

[2] M.Tanzosh，章A3:管道材料,在管道手册,纽约，مکهیل，（2000）。

[3]Norsok标准，M-001材料选择,挪威的石油工业,挪威,(2004)。

[4] Papavinasam，章3.——材料,腐蚀控制在石油和天然气行业，（2014）133-177。

[5] F.Ashby，材料的选择机械设计,伯灵顿:爱思唯尔出版,(2005)。

[6]لیون，5-黑色和有色金属,对于建筑师和建筑商材料， 3(2006) 149-196。Subrata,海洋工程手册,普兰菲尔德:爱思唯尔有限公司。（2005年）。

[7]h .。Wenyong吴，ریزساختار，机械性能和激光的腐蚀行为焊接异种接头

铁素体不锈钢和碳钢之间,مواد&طرح,65 (2014)855 - 861。

[8]Stipanicev F。Turcu，L.Esnault，O.罗萨斯，R.Basseguy，M.Sztyler,I.B。山毛榉,由细菌碳钢腐蚀

北海近海注海水系统:实验室调查,生物电化学97 (2013)76 - 88。

[9]اسمیت,管道材料的选择和应用,伯灵顿:海湾专业出版,(2005)。

[10]A.J。Bryhan,W。特洛耶,低碳Mo-Nb X-70管线钢的可焊性,焊接研究，1（1980）37-47。

[11]Norsok标准,管道材料数据表,艾德6，挪威的石油工业,挪威(2013)。

[12]美国管道产品,产品目录，دردسترس：HTTP://www.amerpipe.com/products。（2014）。

[13]广东LIZZ钢管有限公司，بامسئولیتمحدود，APE SPEC 5L GR.B碳钢管道，دردسترس：HTTP://www.apisteel.com/api-spec-5l-gr-b-carbon-steel-piping-1611/。（2014）

[14]Aesteiron钢私人有限公司,ASTM A671 EFW管道,HTTP://www.asplpipe.com/stainlesssteel-347-products.html。（2014）。

[15]美国测试和材料协会（ASTM），ASTM A333：低温应用的无缝和焊接钢管的标准规范，美国测试和材料协会（ASTM）华盛顿,(2013)。

[16]阳光明媚的钢铁企业有限公司,ASTM澳大利亚年级6لولهبدوندرز,阳光明媚的钢铁企业有限公司,2011年。دردسترس:HTTP://www.sunnysteel.com/astm-a333-grade-6_seamless-pipe.php#.VDBllXkcT6U。（2014）。

[17] S. M.Mukhopadhyay,固体表面和薄膜的显微和光谱特征的样品制备,

在分析化学中的样品制备技术162（2003）377-411。

[18] D.格拉布,2.17- 光学显微镜,高分子科学:综合参考， 2(2012) 465-478。

[19] F.Niaz， 先生。汗，من。哈克“中航工业用低碳钢的微观结构表征,JPMS问题会议,پاکستان,(2010)。

[20]P.G。乌里扬诺夫,D.Yu。Usachov,A.V。费奥多罗夫,如。邦达连科,B.V。Senkovskiy,的。Vyvenko,S.V。Pushko,k .。Balizh,A.A。Maltcev,k。

Borygina，上午。Dobrotvorskii,V.K。Adamchuk,碳素钢的显微:AFM与EBSD联合研究,应用表面科学267（2013）216-218。

[21]E。Girault，پ。雅克。,دکتری。Harlet，K.莫尔斯，J.范HumbeeckE。Aernoudt，F. Delannay，金相的方法

揭示TRIP辅助钢的多相组织,材料表征40（1998）111-118。

[22]M.A.H。神谷,调色剂片材的使用维氏硬度作为可磨性的一个指标研磨的分析,粉体技术164 (2006)82 - 88。

[23]D.A。斯科特,金相学和古代历史和金属组织,سنگاپور:J。保罗·格蒂信托基金(1991)。

[24]K.M。古,M.Y。油,迪肯H.L。伍,C.C.H。罗,在普通碳钢珠光体晶粒由巴克豪森发射的表征,

材料科学与工程:آ351 (2003)310 - 315。

[25]圣保利莱托,海基雷梅斯,塔皮奥Saukkonen,Hannu Hanninen,贾尼罗曼诺夫,粒度分布的对焊接结构钢的霍尔佩奇关系影响,材料科学与工程592（2013）28-39。

[26] L. E.塞缪尔,碳素钢的光学显微镜,美国:ASM国际,1999年。