Chaque protocole de test (Brinell, Rockwell, Vickers) possède des procédures spécifiques à l'objet testé.

Chaque protocole de test (Brinell, Rockwell, Vickers) possède des procédures spécifiques à l'objet testé.Le test t de Rockwell est utile pour tester les tuyaux à paroi mince en coupant le tuyau dans le sens de la longueur et en vérifiant la paroi du tuyau par son diamètre intérieur plutôt que par son diamètre extérieur.
Commander des tuyaux, c’est un peu comme aller chez un concessionnaire automobile et commander une voiture ou un camion.Il existe désormais une multitude d'options disponibles qui permettent aux acheteurs de personnaliser la voiture de diverses manières : couleurs intérieures et extérieures, ensembles de finitions, options de style extérieur, choix de groupes motopropulseurs et un système audio presque aussi performant qu'un système de divertissement à domicile.Avec toutes ces options, vous ne vous contenterez probablement pas d’une voiture standard sans fioritures.
Ceci s'applique aux tuyaux en acier.Il propose des milliers d’options ou de spécifications.En plus des dimensions, la spécification mentionne les propriétés chimiques et plusieurs propriétés mécaniques telles que la limite d'élasticité minimale (MYS), la résistance ultime à la traction (UTS) et l'allongement minimum jusqu'à la rupture.Cependant, de nombreux acteurs de l'industrie (ingénieurs, agents d'achat et fabricants) utilisent le raccourci de l'industrie et réclament des tubes soudés « simples » et ne citent qu'une seule caractéristique : la dureté.
Essayez de commander une voiture selon une caractéristique (« J'ai besoin d'une voiture avec une transmission automatique »), et avec le vendeur vous n'irez pas loin.Il doit remplir un formulaire avec de nombreuses options.C'est le cas des tubes en acier : pour obtenir un tube adapté à une application, un fabricant de tubes a besoin de bien plus d'informations que la dureté.
Comment la dureté est-elle devenue un substitut accepté à d’autres propriétés mécaniques ?Cela a probablement commencé avec les fabricants de tuyaux.Étant donné que les tests de dureté sont rapides, faciles et nécessitent un équipement relativement peu coûteux, les vendeurs de tuyaux utilisent souvent les tests de dureté pour comparer deux types de tuyaux.Tout ce dont ils ont besoin pour effectuer un test de dureté est un morceau de tuyau lisse et un banc d'essai.
La dureté des tuyaux est étroitement liée à l'UTS et une règle empirique (pourcentage ou plage de pourcentage) est utile pour estimer le MYS. Il est donc facile de voir comment les tests de dureté peuvent être un indicateur approprié pour d'autres propriétés.
De plus, d’autres tests sont relativement difficiles.Alors que les tests de dureté ne prennent qu'une minute environ sur une seule machine, les tests MYS, UTS et d'allongement nécessitent une préparation d'échantillons et un investissement important dans de gros équipements de laboratoire.En comparaison, un opérateur de tuberie effectue un essai de dureté en quelques secondes, tandis qu'un métallurgiste spécialisé effectue un essai de traction en quelques heures.Effectuer un test de dureté n’est pas difficile.
Cela ne signifie pas que les fabricants de tuyaux techniques n'utilisent pas d'essais de dureté.On peut affirmer sans se tromper que la majorité le font, mais comme ils évaluent la répétabilité et la reproductibilité des instruments sur tous les équipements de test, ils sont bien conscients des limites du test.La plupart d’entre eux l’utilisent pour évaluer la dureté du tube dans le cadre du processus de fabrication, mais ne l’utilisent pas pour quantifier les propriétés du tube.C'est juste un test réussite/échec.
Pourquoi ai-je besoin de connaître MYS, UTS et l'allongement minimum ?Ils indiquent les performances de l'ensemble de tubes.
MYS est la force minimale qui provoque une déformation permanente du matériau.Si vous essayez de plier légèrement un morceau de fil droit (comme un cintre) et de relâcher la pression, deux choses se produiront : il reviendra à son état d'origine (droit) ou restera plié.Si c'est toujours droit, alors vous n'avez pas encore surmonté le MYS.S'il est toujours plié, vous l'avez raté.
Saisissez maintenant les deux extrémités du fil avec une pince.Si vous parvenez à couper un fil en deux, vous avez dépassé l'UTS.Vous tirez fort et vous avez deux morceaux de fil pour montrer vos efforts surhumains.Si la longueur d'origine du fil était de 5 pouces et que les deux longueurs après la défaillance totalisent 6 pouces, le fil s'étirera de 1 pouce, soit 20 %.Les tests de traction réels sont mesurés à moins de 2 pouces du point de rupture, mais quoi qu'il en soit, le concept de tension de ligne illustre l'UTS.
Les échantillons micrographiques en acier doivent être coupés, polis et gravés avec une solution faiblement acide (généralement de l'acide nitrique et de l'alcool) pour rendre les grains visibles.Un grossissement 100x est couramment utilisé pour inspecter les grains d'acier et déterminer leur taille.
La dureté est un test de la façon dont un matériau réagit à l'impact.Imaginez qu'une courte longueur de tube soit placée dans un étau à mâchoires dentelées et secouée pour fermer l'étau.En plus d'aligner le tuyau, les mâchoires d'étau laissent une empreinte sur la surface du tuyau.
C'est ainsi que fonctionne le test de dureté, mais il n'est pas aussi rigoureux.Le test a une taille d'impact contrôlée et une pression contrôlée.Ces forces déforment la surface, formant des empreintes ou des empreintes.La taille ou la profondeur de la bosse détermine la dureté du métal.
Lors de l'évaluation de l'acier, les tests de dureté Brinell, Vickers et Rockwell sont couramment utilisés.Chacun a sa propre échelle, et certains d'entre eux ont plusieurs méthodes de test telles que Rockwell A, B, C, etc. Pour les tuyaux en acier, la spécification ASTM A513 fait référence au test Rockwell B (en abrégé HRB ou RB).Le test Rockwell B mesure la différence de force de pénétration d'une bille d'acier de 1⁄16 pouce de diamètre dans l'acier entre une légère précharge et une charge de base de 100 kgf.Un résultat typique pour l'acier doux standard est HRB 60.
Les scientifiques des matériaux savent que la dureté a une relation linéaire avec l'UTS.Par conséquent, la dureté donnée prédit l’UTS.De même, le fabricant de tuyaux sait que MYS et UTS sont liés.Pour les tuyaux soudés, le MYS est généralement compris entre 70 % et 85 % UTS.Le montant exact dépend du processus de fabrication du tube.La dureté du HRB 60 correspond à UTS 60 000 livres par pouce carré (PSI) et à environ 80 % MYS, soit 48 000 PSI.
La spécification de tuyau la plus courante pour la production générale est la dureté maximale.En plus de la taille, les ingénieurs souhaitent également spécifier des tuyaux soudés par résistance (ERW) dans une bonne plage de fonctionnement, ce qui peut donner lieu à des dessins de pièces avec une dureté maximale possible de HRB 60. Cette décision à elle seule se traduit par un certain nombre de propriétés mécaniques d'extrémité, y compris la dureté elle-même.
Premièrement, la dureté du HRB 60 ne nous dit pas grand-chose.La lecture HRB 60 est un nombre sans dimension.Les matériaux évalués à HRB 59 sont plus doux que ceux testés à HRB 60, et HRB 61 est plus dur que HRB 60, mais de combien ?Il ne peut pas être quantifié comme le volume (mesuré en décibels), le couple (mesuré en livres-pieds), la vitesse (mesurée en distance par rapport au temps) ou l'UTS (mesuré en livres par pouce carré).La lecture du HRB 60 ne nous apprend rien de précis.Il s'agit d'une propriété matérielle et non physique.Deuxièmement, la détermination de la dureté en elle-même n’est pas bien adaptée pour garantir la répétabilité ou la reproductibilité.L'évaluation de deux sites sur un échantillon, même si les sites de test sont proches les uns des autres, aboutit souvent à des lectures de dureté très différentes.La nature des tests exacerbe ce problème.Après une mesure de position, une deuxième mesure ne peut pas être effectuée pour vérifier le résultat.La répétabilité des tests n'est pas possible.
Cela ne signifie pas que la mesure de la dureté soit gênante.En fait, c'est un bon guide sur les trucs UTS, et c'est un test rapide et facile.Cependant, toute personne impliquée dans la définition, l’approvisionnement et la fabrication des tubes doit être consciente de leurs limites en tant que paramètre de test.
Étant donné que les tuyaux « ordinaires » ne sont pas clairement définis, les fabricants de tuyaux les limitent généralement aux deux types d'acier et de tuyaux les plus couramment utilisés, tels que définis dans ASTM A513 : 1008 et 1010, le cas échéant.Même en excluant tous les autres types de tuyaux, les possibilités concernant les propriétés mécaniques de ces deux types de tuyaux restent ouvertes.En fait, ces types de tuyaux possèdent la plus large gamme de propriétés mécaniques de tous les types de tuyaux.
Par exemple, un tube est considéré comme mou si le MYS est faible et l'allongement élevé, ce qui signifie qu'il est plus performant en termes d'étirement, de déformation et de déformation permanente qu'un tube décrit comme rigide, qui a un MYS relativement élevé et un allongement relativement faible. ..Ceci est similaire à la différence entre les fils souples et les fils durs, comme les cintres et les perceuses.
L'allongement lui-même est un autre facteur qui a un impact significatif sur les applications critiques de canalisations.Les tuyaux à fort allongement peuvent résister à l’étirement ;les matériaux à faible allongement sont plus fragiles et donc plus sujets à une rupture par fatigue catastrophique.Cependant, l’allongement n’est pas directement lié à l’UTS, qui est la seule propriété mécanique directement liée à la dureté.
Pourquoi les tuyaux varient-ils autant dans leurs propriétés mécaniques ?Premièrement, la composition chimique est différente.L'acier est une solution solide de fer et de carbone, ainsi que d'autres alliages importants.Par souci de simplicité, nous ne traiterons que du pourcentage de carbone.Les atomes de carbone remplacent certains atomes de fer, créant ainsi la structure cristalline de l'acier.ASTM 1008 est une qualité primaire complète avec une teneur en carbone de 0 % à 0,10 %.Zero est un numéro spécial qui offre des propriétés uniques à une teneur en carbone ultra faible dans l'acier.ASTM 1010 définit la teneur en carbone de 0,08 % à 0,13 %.Ces différences ne semblent pas énormes, mais elles suffisent à faire une grande différence ailleurs.
Deuxièmement, les tubes en acier peuvent être fabriqués ou fabriqués puis transformés selon sept processus de fabrication différents.ASTM A513 concernant la production de tuyaux ERW répertorie sept types :
Si la composition chimique de l’acier et les étapes de fabrication des tuyaux n’affectent pas la dureté de l’acier, alors quoi ?La réponse à cette question nécessite une étude minutieuse des détails.Cette question en amène deux autres : quels détails et à quel point ?
Des informations détaillées sur les grains qui composent l’acier constituent la première réponse.Lorsque l’acier est produit dans une usine primaire, il ne se refroidit pas en une masse énorme possédant une seule propriété.À mesure que l’acier refroidit, ses molécules forment des motifs répétitifs (cristaux), semblables à ceux des flocons de neige.Après la formation des cristaux, ils sont regroupés en groupes appelés grains.Au fur et à mesure que les grains refroidissent, ils grandissent, formant la feuille ou la plaque entière.La croissance des grains s'arrête lorsque la dernière molécule d'acier est absorbée par le grain.Tout cela se produit à un niveau microscopique, avec un grain d'acier de taille moyenne mesurant environ 64 microns ou 0,0025 pouces de diamètre.Même si chaque grain est semblable au suivant, ils ne sont pas identiques.Ils diffèrent légèrement les uns des autres par leur taille, leur orientation et leur teneur en carbone.Les interfaces entre grains sont appelées joints de grains.Lorsque l'acier se brise, par exemple en raison de fissures de fatigue, il a tendance à se rompre au niveau des joints de grains.
À quelle distance faut-il regarder pour voir des particules distinctes ?Un grossissement de 100 fois ou 100 fois l'acuité visuelle de l'œil humain est suffisant.Cependant, le simple fait de regarder l'acier brut à la puissance 100 ne fait pas grand-chose.Les échantillons sont préparés en polissant l'échantillon et en mordant la surface avec un acide, généralement de l'acide nitrique et de l'alcool, appelé gravure à l'acide nitrique.
Ce sont les grains et leur réseau interne qui déterminent la résistance aux chocs, MYS, UTS et l'allongement que l'acier peut supporter avant rupture.
Les étapes de fabrication de l'acier telles que le laminage de bandes à chaud et à froid transfèrent la contrainte à la structure du grain ;s'ils changent constamment de forme, cela signifie que la contrainte a déformé les grains.D'autres étapes de traitement telles que l'enroulement de l'acier en bobines, le déroulement et le passage dans un broyeur à tubes (pour former le tube et le calibrer) déforment les grains d'acier.L'étirage à froid du tube sur le mandrin sollicite également le matériau, tout comme les étapes de fabrication telles que le formage des extrémités et le pliage.Les changements dans la structure des grains sont appelés dislocations.
Les étapes ci-dessus épuisent la ductilité de l'acier, sa capacité à résister aux contraintes de traction (déchirure).L'acier devient cassant, ce qui signifie qu'il est plus susceptible de se briser si vous continuez à travailler avec l'acier.L'allongement est une composante de la plasticité (la compressibilité en est une autre).Il est important de comprendre ici que la rupture se produit le plus souvent en traction et non en compression.L'acier est assez résistant aux contraintes de traction en raison de son allongement relativement élevé.Cependant, l’acier se déforme facilement sous contrainte de compression – il est malléable – ce qui constitue un avantage.
Comparez cela au béton, qui a une résistance à la compression très élevée mais une faible ductilité.Ces propriétés sont opposées à celles de l'acier.C'est pourquoi le béton utilisé pour les routes, les bâtiments et les trottoirs est souvent renforcé.Le résultat est un produit qui possède les atouts des deux matériaux : l’acier est résistant à la traction et le béton est résistant à la compression.
Lors du durcissement, la ductilité de l'acier diminue et sa dureté augmente.En d’autres termes, ça durcit.Selon la situation, cela peut être un avantage, mais cela peut aussi être un inconvénient, car la dureté équivaut à la fragilité.Autrement dit, plus l’acier est dur, moins il est élastique et donc plus il risque de se briser.
En d’autres termes, chaque étape du processus nécessite une certaine ductilité des tuyaux.Au fur et à mesure que la pièce est traitée, elle devient plus lourde, et si elle est trop lourde, elle est en principe inutile.La dureté est une fragilité et les tubes fragiles sont sujets à la défaillance pendant l'utilisation.
Le fabricant a-t-il des options dans ce cas ?Bref, oui.Cette option est le recuit, et même si elle n’est pas vraiment magique, elle est à peu près aussi magique que possible.
En termes simples, le recuit supprime tous les effets de l’impact physique sur les métaux.Au cours du processus, le métal est chauffé jusqu'à une température de détente ou de recristallisation, ce qui entraîne l'élimination des dislocations.Ainsi, le processus restaure partiellement ou complètement la ductilité, en fonction de la température spécifique et de la durée utilisée dans le processus de recuit.
Le recuit et le refroidissement contrôlé favorisent la croissance des grains.Ceci est bénéfique si l'objectif est de réduire la fragilité du matériau, mais une croissance incontrôlée des grains peut trop ramollir le métal, le rendant inutilisable pour l'usage auquel il est destiné.Arrêter le processus de recuit est une autre chose presque magique.La trempe à la bonne température avec le bon agent de durcissement au bon moment arrête rapidement le processus et restaure les propriétés de l'acier.
Faut-il abandonner les spécifications de dureté ?Non.Les propriétés de dureté sont avant tout précieuses comme ligne directrice pour déterminer les caractéristiques des tubes en acier.La dureté est une mesure utile et l'une des nombreuses propriétés qui doivent être spécifiées lors de la commande de matériel tubulaire et vérifiées à la réception (documentées pour chaque expédition).Lorsqu'un essai de dureté est utilisé comme norme d'essai, il doit avoir des valeurs d'échelle et des limites de contrôle appropriées.
Cependant, il ne s’agit pas d’un véritable test de réussite (acceptation ou rejet) du matériel.En plus de la dureté, les fabricants doivent vérifier les expéditions de temps en temps pour déterminer d'autres propriétés pertinentes telles que MYS, UTS ou l'allongement minimum, en fonction de l'application du tuyau.
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