Introduction
Tubes en acier au carbone Les tuyaux en acier au carbone sont l'un des principaux composants de diverses industries, et il existe de nombreux types de tuyaux en acier au carbone sur le marché. Ils sont principalement composés de carbone et de fer, avec des quantités mineures d'autres matériaux. La teneur en carbone représente 2,1% du poids total de l'alliage.
Les variations des tubes en acier résultent de différences dans la composition chimique, les méthodes de fabrication et les normes de classification. Ces variations ont un impact sur les performances, la longévité et l'adéquation à des applications spécifiques.
C'est pourquoi il est essentiel de comprendre les aspects fondamentaux des tuyaux en acier au carbone et le système de classification qui permet de définir leurs utilisations et normes spécifiques. Cela aidera les ingénieurs, les fabricants et les propriétaires d'entreprises à prendre une décision éclairée dans le contexte industriel.
Qu'est-ce qu'un tube en acier au carbone ?
Les tuyaux ou tubes ronds en acier au carbone (CS) sont principalement composés de carbone et de fer. C'est la pierre angulaire de leur remarquable solidité et de leur capacité à résister à la pression. Ces tubes en acier contiennent également de petites quantités d'autres matériaux. Il s'agit notamment du manganèse, du phosphore, du cuivre et du silicium, qui contribuent à améliorer les propriétés mécaniques.
La teneur en carbone des tuyaux en acier au carbone varie principalement entre 0,02% et 2,1% du poids total de l'alliage. Lorsque le fer et le carbone se combinent, leurs atomes forment une microstructure composée de phases. L'arrangement spécifique dépend de la teneur en carbone du fer et de son histoire thermique. Par conséquent, les propriétés varient en fonction de la quantité de carbone ajoutée au cours de la fabrication. Elles peuvent également être modifiées par des processus de traitement thermique tels que la trempe, le recuit et la normalisation. Ces propriétés comprennent l'épaisseur de la paroi, la résistance à la traction et la dureté.
Une plus grande quantité de carbone augmente la résistance et la dureté, mais peut réduire la flexibilité et la soudabilité du tube. En revanche, une faible teneur en carbone se traduit par une résistance moindre.
En raison de leur rentabilité, les tubes en acier au carbone sont largement utilisés dans l'industrie. Il s'agit aussi bien de petites pièces automobiles que de grands supports structurels.
Types de tubes en acier au carbone
Il existe différents types de tubes en acier au carbone classés selon deux catégories principales :
- la quantité de carbone
- la méthode de fabrication.
Ils sont conçus dans des conditions spécifiques qui permettent d'obtenir un équilibre optimal des propriétés mécaniques pour des applications spécifiques. Examinons ces types en détail.
Classification selon la teneur en carbone
- Tubes en acier à faible teneur en carbone
Dans les tuyaux en acier à faible teneur en carbone (également connu sous le nom d'acier doux), la teneur en carbone varie entre 0,05% et 0,25%. Ces tuyaux sont couramment utilisés dans diverses applications en raison de leur ténacité et de leur ductilité. En outre, ils sont travaillés à chaud ou à froid et peuvent être facilement formés et soudés. Cependant, en raison de leur teneur en carbone relativement faible, ils présentent une résistance moindre.
Les tuyaux en acier à faible teneur en carbone couramment utilisés dans la fabrication sont les suivants : Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, acier #20, AISI 1020, S235 et C22E.
Ils sont principalement utilisés dans des applications telles que les pièces automobiles, le soutien structurel et les applications de fluides à basse pression.
- Tubes en acier à teneur moyenne en carbone
La teneur en carbone des tubes en acier à teneur moyenne en carbone est comprise entre 0,31% et 0,6%. Ils offrent une résistance et une dureté élevées. Cependant, ils possèdent une ténacité et une ductilité comparativement faibles ; cependant, leurs propriétés mécaniques peuvent être améliorées par la trempe et le traitement thermique.
Parmi les nuances d'acier utilisées dans les aciers à teneur moyenne en carbone, on peut citer l'acier #45, l'AISI 1045 et le C45E. Leurs applications comprennent les projets de construction et les pièces automobiles et mécaniques, telles que les arbres, les cadres et les systèmes d'échappement.
- Tubes en acier à haute teneur en carbone
Ces tubes en acier à haute teneur en carbone ont une teneur en carbone comprise entre 0,6% et 2,11%. Il s'agit de tubes à très haute résistance dont la ductilité et la ténacité sont faibles. En outre, ils ne peuvent pas être soudés facilement. Pour le processus de soudage, ces tubes doivent subir un programme de traitement thermique détaillé qui est intégré au processus de soudage.
Les nuances d'acier à haute teneur en carbone les plus fréquemment utilisées sont les suivantes : acier #65, 65Mn, AISI 1065, T8 et T8A, T10 et T10A, AISI W1 et W2, C60E et C80U. Ils sont couramment utilisés dans les outils de coupe, les ressorts et les pièces de machines lourdes.
Classification par méthode de fabrication
Tubes sans soudure en acier au carbone
Les tubes sans soudure sont produits sans joints soudés, généralement en perçant une billette d'acier solide et en la formant par laminage à chaud ou à froid. Ce procédé permet d'obtenir des tuyaux d'une solidité constante et d'une résistance accrue à la pression et aux fluctuations de température.
- Tubes en acier au carbone laminés à chaud : Il s'agit de la méthode du chauffage. Dans cette méthode, la billette d'acier est chauffée à environ 1000°C, puis laminée pour obtenir la forme de tube souhaitée. Cette méthode garantit l'uniformité et la durabilité du produit final. Le diamètre extérieur de ces tuyaux dépasse 32 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi varie de 2,5 mm à 75 mm. Ces tubes sont utilisés pour les tuyauteries en acier de basse à haute pression.
- Tubes en acier au carbone laminés à froid : Ces tubes sont fabriqués en réduisant progressivement l'épaisseur et la largeur de l'acier à travers une série de rouleaux à température ambiante ou légèrement élevée. Après le laminage à froid, l'acier subit un recuit. Cette opération permet de l'assouplir et d'éliminer les tensions internes causées par le laminage. Les dernières étapes consistent à façonner l'acier aux dimensions requises. C'est pourquoi il est débarrassé de l'excédent de matière et poli pour obtenir une finition lisse. Ce processus garantit que l'acier a la taille, la forme et l'aspect souhaités. Cette méthode permet d'obtenir une grande précision dimensionnelle. Leur diamètre extérieur peut atteindre 6 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi peut atteindre 0,25 mm.
Tubes soudés en acier au carbone
Ces tubes sont formés par laminage de plaques ou de bandes d'acier et par soudage du joint. Ils offrent une bonne résistance. Mais elle est légèrement inférieure à celle du SSAW avec les mêmes spécifications. Leur coût de production n'est pas élevé. Ils s'appliquent à des pressions faibles à moyennes. Ils sont divisés en deux catégories en fonction de leur méthode de production :
- Tubes ERW en acier au carbone (soudés par résistance électrique) : Les tubes ERW sont fabriqués à partir d'une plaque d'acier formée par laminage et dont les bords sont soudés par résistance électrique. Ils présentent des détails complexes, un joint uniforme et sont économiques. En outre, ils sont légers, conçus avec précision et structurés de manière appropriée. Ils sont disponibles dans différentes qualités de matériaux, telles que A, B, X42, X52, etc., et, selon leurs spécifications, peuvent être utilisés dans des applications à basse ou haute pression, notamment pour la distribution d'eau et de gaz.
- Tubes en acier au carbone LSAW (soudés à l'arc submergé) : Ils sont fabriqués en pliant des plaques d'acier dans le sens de la longueur et en soudant le joint à l'arc submergé. On obtient ainsi des tuyaux résistants, à parois épaisses, de grand diamètre, avec une finition sans soudure et à l'épreuve de la rouille. Ils sont résistants, expansifs et utilisés dans des applications telles que les oléoducs et gazoducs terrestres et offshore. En bref, ils sont applicables lorsque des performances élevées, une grande tolérance et un soutien structurel solide sont nécessaires.
Tubes en acier au carbone SSAW (soudés à l'arc submergé en spirale)
Les tubes SSAW sont produits en enroulant des bandes d'acier en spirale pour leur donner une forme tubulaire, puis en soudant le joint en spirale pour former un tube solide. Ils permettent d'obtenir des tubes de plus grand diamètre et présentent une résistance élevée. Mais le coût de production augmente légèrement. Les applications comprennent le transport de l'eau et du gaz, où la flexibilité de la taille est importante.
Avantages des tubes en acier au carbone
Les tubes en acier au carbone, essentiels dans diverses applications, présentent plusieurs avantages décrits ci-dessous :
- Tout d'abord, ils possèdent une rigidité et une résistance attendues. C'est pourquoi ils peuvent résister à des conditions de haute pression et à de lourdes charges. Par exemple, ils sont principalement utilisés dans des applications à haute performance telles que le soutien structurel, les gazoducs et oléoducs, les ponts et les systèmes de transmission.
- Ils constituent d'excellents composants résistants à la corrosion, car ils peuvent supporter des environnements difficiles et une exposition aux produits chimiques. Toutefois, un revêtement protecteur est essentiel, car il renforce la résistance. C'est pourquoi les tuyaux en acier peuvent être facilement utilisés dans les applications marines.
- Les tubes en acier au carbone sont sans aucun doute de bons conducteurs thermiques et électriques. Grâce à ces propriétés, ils peuvent être utilisés dans les industries de l'énergie.
- La facilité d'installation est un autre avantage des tuyaux en acier au carbone. Ils sont généralement légers, ce qui les rend faciles à transporter et facilite une installation efficace.
- En outre, ils sont rentables. Cela s'explique par l'abondance des matières premières et une fabrication bien établie. Les coûts des matériaux et de la fabrication sont donc peu élevés, ce qui explique leur rentabilité.
- Les nombreux types de tubes en acier au carbone disponibles sur le marché permettent de les utiliser dans une large gamme d'applications. Cela contribue à leur polyvalence.
- La recyclabilité des tubes en acier au carbone peut être facilement obtenue sans compromettre l'intégrité du matériau. Ils constituent donc une bonne solution, respectueuse de l'environnement,
Normes et spécifications de l'industrie
| Standard | Description | Domaine d'application | Caractéristiques principales |
| ASTM A53 | Couvre les tubes en acier noir, sans soudure et soudés, avec une option de revêtement en zinc à chaud. | Support structurel, pipeline | sans soudure et soudés, soudables |
| ASTM A106 | Les spécifications pour les tuyaux en acier au carbone sans soudure sont utilisées dans les endroits où la chaleur est élevée. | Conduites à haute température | Grande solidité et résistance à la chaleur |
| API 5L | Définit les exigences relatives aux conduites utilisées pour le transport du gaz, du pétrole et de l'eau. | Oléoducs et gazoducs | Résistant à la pression, destiné au transport de fluides |
| ASME B36.10 | Normalise les dimensions et les propriétés des tubes en acier forgé soudés et sans soudure. | Utilisations mécaniques et structurelles | Définit les dimensions et le poids des tuyaux |
| DIN 2448 | Lignes directrices européennes pour la fabrication et l'essai des tubes en acier sans soudure. | Tuyauterie industrielle et systèmes de chaudières | Couvre les dimensions et les conditions de livraison |
| ISO 3183 | Norme mondiale pour les tubes en acier utilisés dans les systèmes de canalisations de pétrole et de gaz naturel. | Transport par pipeline | Spécifie les exigences en matière de fabrication et d'essais |
| BS EN 10216 | Norme européenne concernant les tubes d'acier sans soudure destinés aux appareils à pression. | Appareils à pression et chaudières | Couvre les propriétés mécaniques et les essais |
Ces normes garantissent que les tubes en acier au carbone répondent aux exigences de qualité, de sécurité et de performance de diverses industries dans le monde entier. Chaque norme couvre les dimensions des tubes, les propriétés mécaniques, la fabrication et les protocoles d'essai pour répondre à des applications spécifiques.
Conclusion
En conclusion, les tubes en acier au carbone sont des composants essentiels dans de nombreuses applications industrielles. Celles-ci comprennent le transport du gaz et du pétrole, le soutien structurel, les systèmes d'irrigation et bien d'autres encore. Les tuyaux en acier au carbone présentent des propriétés mécaniques différentes en fonction de la quantité de carbone ajoutée lors de la fabrication ou du traitement thermique. Ils sont classés en deux catégories différentes. Elles sont basées sur le pourcentage de carbone et les méthodes de fabrication, ce qui donne plusieurs variantes. Il est important de comprendre les spécifications et les normes. Elle vous aidera à sélectionner le tube en acier au carbone approprié qui répond à vos besoins industriels et civils.