Tuyau sans soudure en acier inoxydable super duplex UNS S32750 Étude sur le processus d'extrusion

introduction

Alors que les infrastructures énergétiques et pétrochimiques de nouvelle génération nécessitent des pipelines de service hautement corrosifs, les aciers inoxydables super duplex sont largement utilisés pour leur combinaison de résistance unique et équilibrée, la ténacité et corrosion résistance supérieure aux alliages traditionnels. Dans la famille de ces matériaux austéno-ferritiques Fe-Cr-Ni-Mo, UNS S32750 apparaît fréquemment spécifié en raison de sa résistance élevée à la corrosion par piqûres et fissures grâce à des ajouts personnalisés de Mo et de W. toutefois, alors que les applications abondent, sa fabrication en tuyaux sans soudure nécessite une compréhension approfondie et un traitement optimisé. Ce rapport vise à examiner la technique d'extrusion appliquée à la fabrication des tubes sans soudure super duplex S32750 en évaluant la métallurgie et les comportements de l'alliage au cours de différentes étapes comprenant le préchauffage., extrusion sans conteneur, et post-traitement.

Microstructure et propriétés

Les principales phases microstructurales régissant les performances du S32750 comprennent un équilibre presque égal d'austénite γ-Fe hautement résistant à la corrosion.(Ni,Cr) et ferrite α-Fe procurant un effet synergique. Les éléments d'alliage clés favorisent cette structure duplex à travers:

• Chrome (24-26%) stabilise à la fois la ferrite et l'austénite tout en conférant une résistance à la corrosion
• Molybdène (3.5-4.5%) et tungstène (1.5-2.5%) améliorer la résistance à la corrosion localisée comme les piqûres
• Nickel (5-7%) augmente la fraction d'austénite qui confère alors des capacités d'allongement

Ensemble, cela donne une microstructure de 40-60% îlots d'austénite dispersés dans une matrice ferritique possédant une tolérance aux dommages et une résistance optimales. Le S32750 présente généralement des résistances à la traction ultimes dépassant 90 ksi avec 20% allongement minimum et excellente ténacité jusqu'aux températures cryogéniques.

Production de billettes

Production de la matière première S32750 nécessaire (usiné dans la masse) pour l'extrusion, on commence par des ingrédients élémentaires bruts purs fondus sous gaz argon inerte à l'aide de fours à induction sous vide.. Des ajustements minutieux sécurisent les compositions selon les spécifications ASTM tout en minimisant les éléments interstitiels indésirables comme le soufre, phosphore et azote liés à des phases secondaires néfastes. Les machines de coulée continue solidifient rapidement le métal fondu en billettes rectangulaires nécessitant un traitement supplémentaire pour obtenir toutes les propriétés..

Préchauffage

L'objectif principal avant l'extrusion consiste à homogénéiser les billettes pour affiner la structure des grains et dissoudre les inclusions de carbures/nitrures qui pourraient affaiblir les performances des tubes.. Comme le mécanisme de précipitation renforçant l'alliage repose sur ce raffinement de phase secondaire, un préchauffage en plusieurs étapes est généralement adopté.:

• Le trempage initial maintient les billettes à 900-1 020 °C, permettant une dissolution lente des inclusions qui reprécipitent sous forme de dispersoïdes plus fins.
• Refroidissement lent 1-2 jours retient les précipités avant le revenu final dans la gamme duplex (850-950° C) pour assurer un équilibre microstructural complet lors d'un refroidissement lent de l'air

Des contrôles stricts de température préservent l’équilibre métallurgique pendant ces étapes de chauffage/trempage qui peuvent durer jusqu’à une semaine au total..

Extrusion sans conteneur

L'extrusion directe sans conteneur désigne le processus dans lequel les billettes sont comprimées à travers une filière conique en acier dépourvue de tout conteneur environnant.. Cela confère des avantages opérationnels par rapport à l'extrusion traditionnelle basée sur des conteneurs pour la fabrication de tuyaux S32750.. Aspects clés:

• Les billettes préchauffées à 1 050-1 150°C entrent dans l'entrée de la filière sur un sabot isolé et poussées par un vérin hydraulique.
• La géométrie conique orientée selon un demi-angle de 8 à 15° génère une contrainte de compression uniforme, forcer le métal à s'écouler en douceur à travers des rapports de réduction de 3 à 10x
• Les « bûches » extrudées de forme presque nette sortent de la filière en maintenant 95% précision dimensionnelle sans déchirures/fissures
• La productivité du processus atteint 30 m/minute avec une génération de flash minimale et des taux de défauts inférieurs à 1 ppm
• Bûches immédiatement trempées dans l'eau pour verrouiller la microstructure duplex puis redressées

L'extrusion sans conteneur exploite le préconditionnement des billettes, contraintes contrôlées et conception de matrice optimisée pour fournir des tuyaux S32750 de haute qualité sans risque de défauts du conteneur.

Post-traitement

Une mise en forme et des traitements thermiques supplémentaires ajustent la microstructure et les propriétés:

• Le fraisage/tournage élimine les imperfections de surface et permet d'obtenir des tolérances de rondeur/épaisseur de paroi du tuyau
• Recuit de mise en solution tenu 1 une heure entre 1 000 et 1 100 °C résout toutes les couches écrouies avant une trempe rapide
• Le durcissement par précipitation implique le vieillissement 2-6 heures entre 600 et 750 °C pour nucléer la distribution souhaitée de particules renforçantes à l'échelle nanométrique comme les carbures
• Les tests non destructifs évaluent la solidité et certifient que les propriétés mécaniques sont conformes aux codes d'application
• Un revêtement/revêtement en option appliqué avant l'expédition protège contre la corrosion lors d'un service futur

Lors des post-traitements, le tuyau sans soudure S32750 présente le profil cible de résistance et de ténacité ultra-élevé grâce à des voies de traitement raffinées telles que l'extrusion sans conteneur combinées à des traitements thermiques de précision..

Conclusion

répondant aux exigences strictes exigées dans l'offshore, les marchés du pétrole/gaz et de la chimie nécessitent des techniques de fabrication optimisées. Ce rapport détaille le processus d'extrusion sans conteneur en plusieurs étapes appliqué pour produire des tuyaux sans soudure de haute qualité à partir de l'alliage inoxydable super duplex UNS S32750.. En préconditionnant les billettes, tirer parti des contraintes de déformation contrôlées et affiner les microstructures, le tuyau sans soudure obtient les propriétés équilibrées uniques de la matrice duplex de cet alliage, ce qui le rend indispensable pour les canalisations de longue durée transportant des fluides corrosifs. Les progrès continus nourrissent les capacités d’extrusion garantissant une infrastructure durable pour l’avenir.