Acier au carbone trois - Présentation détaillée du produit principal
1. Présentation du produit
Le produit à trois têtes en acier au carbone est un composant essentiel largement appliqué dans divers domaines industriels. Il est conçu pour répondre aux exigences fonctionnelles spécifiques des systèmes de tuyauterie, des structures mécaniques et d'autres applications. Avec sa configuration à trois ports, il permet la connexion, le réacheminement et le contrôle des fluides ou des forces mécaniques de manière plus polyvalente par rapport aux composants à un ou deux ports.
2. Conception et construction
2.1 cotes géométriques
- Dimensions générales : la taille globale du produit à trois têtes en acier au carbone varie selon les scénarios d'application. Pour les tuyaux industriels généraux, le diamètre extérieur du corps principal peut varier de 2.5 à 60 pouces. Par exemple, dans un système de pipeline d'une usine chimique de taille moyenne, une taille commune peut être de 10 pouces de diamètre extérieur. La longueur le long de l'axe du corps principal est également personnalisée en fonction des besoins réels, généralement dans la plage de 5 - 50 pouces.
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- Égal - diamètre trois - tête : dans une tête de diamètre trois égal, les trois orifices ont le même diamètre. Par exemple, une tête « T3 » à trois éléments indique que le diamètre extérieur de chaque port est de 3 pouces. Ce type est souvent utilisé dans les situations où l'écoulement de fluide doit être uniformément réparti ou combiné sans changements significatifs de vitesse ou de pression d'écoulement en raison des différences de diamètre.
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- Réduction de trois - tête : dans une réduction de trois - tête, comme "T4×4×3.5", les diamètres des ports sont différents. Ici, les deux plus grands ports ont un diamètre de 4 pouces, tandis que le plus petit port de branche a un diamètre de 3.5 pouces. Cette conception convient aux applications où le pipeline principal doit être connecté à un pipeline de dérivation de plus petit diamètre, par exemple, lorsqu'un circuit principal d'alimentation en eau de grand diamètre doit être raccordé à une ligne de service de plus petit diamètre pour une zone spécifique.
2.2 caractéristiques structurelles
- Type de connexion : le produit à trois têtes en acier au carbone utilise principalement le soudage pour la connexion dans la plupart des applications industrielles. De 26 à 60 pouces de diamètre, le soudage est la méthode recommandée pour garantir un raccordement fiable et étanche. Le soudage peut fournir une liaison haute résistance entre la tête à trois et les tuyaux connectés, réduisant ainsi le risque de fuite dans des conditions de haute pression ou de débit élevé. Dans certains systèmes à petite échelle ou basse pression, les raccords filetés peuvent également être utilisés, mais ils sont moins courants que le soudage dans les environnements industriels.
- Structure interne : la structure interne de la tête à trois têtes est conçue pour minimiser la résistance au flux. La transition entre les orifices est régulière, avec des coins arrondis pour éviter les changements brusques dans le passage d'écoulement. Cette surface interne lisse contribue à maintenir le flux laminaire des fluides, à réduire les pertes d'énergie et à empêcher l'accumulation de sédiments ou de débris dans le pipeline. Dans les applications impliquant le transport de liquides abrasifs, la surface interne peut être traitée ou doublée de matériaux résistants à l'usure afin de prolonger la durée de vie de la tête à trois.
3. Propriétés du matériau
3.1 composition chimique
L'acier au carbone utilisé dans la fabrication de trois produits de tête contient généralement le fer comme élément principal, avec la teneur en carbone jouant un rôle crucial dans la détermination de ses propriétés mécaniques. La teneur en carbone varie généralement de 0.1 % à 2.0 %. Par exemple, dans les aciers au carbone courants comme 10#, 20# et A3, la teneur en carbone est relativement faible, généralement autour de 0.1% - 0.2%. Ces aciers offrent une bonne formabilité et une bonne soudabilité, ce qui les rend adaptés aux processus de fabrication complexes requis pour la production de trois têtes. Dans les aciers au carbone à haute résistance, comme certaines nuances utilisées dans les applications à roulements sous pression, la teneur en carbone peut être proche de 0.5 % à 2.0 %, ce qui améliore la résistance mais peut réduire légèrement la soudabilité et la formabilité.
En plus du carbone, l'acier au carbone peut également contenir de petites quantités d'autres éléments. Le manganèse est souvent ajouté dans la gamme de 0.3% - 1.5% pour améliorer la résistance et la durcabilité de l'acier. Le silicium, d'une teneur d'environ 0.1 % à 0.6 %, contribue à désoxyder l'acier pendant le processus de fusion et peut également améliorer sa résistance et sa ténacité. Les traces de soufre et de phosphore sont généralement conservées au minimum, car elles peuvent avoir un impact négatif sur les propriétés mécaniques de l'acier. Le soufre peut causer une fragilité chaude, tandis que le phosphore peut conduire à une fragilité froide.
3.2 Propriétés mécaniques
- Résistance à la traction : la résistance à la traction des produits à trois têtes en acier au carbone varie en fonction de la qualité spécifique. Pour les aciers à faible teneur en carbone comme 10# et 20#, la résistance à la traction est généralement comprise entre 300 et 500 MPa. En revanche, les aciers au carbone moyen et élevé peuvent avoir des résistances à la traction allant de 500 MPa à plus de 1000 MPa. Par exemple, dans un système de canalisations haute pression dans l'industrie pétrolière et gazière, une tête à trois têtes en acier au carbone haute résistance avec une résistance à la traction de 800 MPa ou plus peut être nécessaire pour résister à la pression interne élevée.
- Limite d'élasticité : la limite d'élasticité est un paramètre important car elle indique la contrainte à laquelle le matériau commence à se déformer de façon plastique. Les aciers à faible teneur en carbone ont généralement une limite d'élasticité de 180 à 300 MPa. Les aciers au carbone moyens peuvent avoir des limites d'élasticité de 300 MPa à 500 MPa. Dans les applications où la tête à trois éléments doit supporter des charges statiques ou dynamiques importantes, une limite d'élasticité plus élevée est souhaitable pour éviter que le composant ne subdivise une déformation excessive dans des conditions de fonctionnement normales.
- Dureté : la dureté des produits à trois têtes en acier au carbone peut être mesurée à l'aide de diverses méthodes, telles que le test de dureté Brinell (HB), le test de dureté Rockwell (HRA, HRB, HRC) ou le test de dureté Vickers (HV). Les aciers à faible teneur en carbone ont généralement une dureté relativement faible, avec une dureté Brinell d'environ 100 - 150 HB. La dureté augmente également à mesure que la teneur en carbone augmente. Les aciers à haute teneur en carbone peuvent avoir une dureté Brinell de 200 - 300 HB ou plus. Dans les applications où la tête à trois points est sujette à l'usure, une dureté supérieure peut améliorer sa résistance à l'abrasion et prolonger sa durée de vie.
- Ductilité et ténacité : la ductilité désigne la capacité du matériau à se déformer de façon plastique avant la rupture, tandis que la ténacité est la capacité du matériau à absorber l'énergie avant la rupture. Les aciers à faible teneur en carbone ont généralement une bonne ductilité et une bonne ténacité, ce qui leur permet d'être facilement formés dans la forme complexe d'une tête à trois têtes pendant la fabrication. Cependant, à mesure que la teneur en carbone augmente, la ductilité et la ténacité ont tendance à diminuer. Dans les applications où la tête à trois têtes peut être soumise à des chocs ou à des changements brusques de pression, il est essentiel d'établir un équilibre entre la résistance et la ténacité. Par exemple, dans un système de pipeline qui peut subir des effets de marteau d'eau, une tête à trois têtes avec une dureté suffisante est nécessaire pour empêcher une rupture fragile.
4. Procédé de fabrication
4.1 préparation de la matière première
- Choix de l'acier : la première étape dans la fabrication d'une tête en acier au carbone à trois niveaux est de sélectionner soigneusement la qualité appropriée de l'acier au carbone en fonction de l'application prévue. L'acier est généralement obtenu sous forme de tuyaux sans soudure ou de plaques d'acier. Pour les têtes de petit diamètre trois, les tuyaux sans soudure sont souvent préférés car ils ont une structure plus uniforme et de meilleures propriétés mécaniques. Pour les têtes de plus grand diamètre, trois plaques d'acier peuvent être utilisées, qui sont ensuite coupées et formées dans la forme requise.
- Inspection et essai : avant de commencer le processus de fabrication, les matières premières sont soigneusement inspectées et testées. Cela inclut l'inspection visuelle des défauts de surface tels que les fissures, la porosité et les inclusions. Les méthodes d'essai non destructives, telles que les tests ultrasoniques, les tests radiographiques et les tests de particules magnétiques, sont également couramment utilisées pour détecter les défauts internes. L'analyse de la composition chimique est effectuée pour s'assurer que l'acier est conforme aux normes spécifiées. Seules les matières premières qui réussissent ces inspections et ces essais sont utilisées dans le processus de fabrication.
4.2 processus de formage
- Pressage à chaud : pour les têtes en acier au carbone à parois épaisses et de diamètre plus grand, le pressage à chaud est une méthode de formage couramment utilisée. Dans ce processus, le blanc d'acier est chauffé à une température élevée, généralement supérieure à la température de recristallisation de l'acier, qui est généralement autour de 700 - 900 °C pour l'acier au carbone. Une fois chauffé, le blanc est placé dans un moule pré-conçu et pressé à l'aide d'une presse hydraulique ou mécanique. La température élevée rend l'acier plus malléable, ce qui lui permet d'être facilement formé en forme de trois - tête. Le pressage à chaud peut garantir une bonne précision dimensionnelle et les propriétés mécaniques de la tête à trois, car le processus de recristallisation pendant le travail à chaud aide à affiner la structure du grain de l'acier.
- Pressage à froid : pour les têtes à trois parois plus petites - de diamètre et plus minces -, le pressage à froid peut être utilisé. En pression à froid, le blanc en acier est formé en forme de tête à trois à température ambiante sans chauffage. Cette méthode nécessite des forces de formage plus élevées que le pressage à chaud, mais peut obtenir une meilleure finition de surface et une meilleure précision dimensionnelle. Le pressage à froid convient aux matériaux de bonne formabilité, tels que les aciers à faible teneur en carbone. Cependant, le travail à froid peut entraîner un durcissement du travail, ce qui peut augmenter la dureté et réduire la ductilité du matériau. Pour résoudre ce problème, un traitement thermique post-traitement peut être nécessaire.
- Expansion hydraulique : une autre méthode de formage pour les têtes en acier au carbone trois - est l'expansion hydraulique. Dans ce processus, un tube ou un tuyau est placé dans un moule et une pression hydraulique est appliquée à l'intérieur du tube. La pression provoque l'expansion du tube et prend la forme du moule, formant ainsi la tête à trois. L'expansion hydraulique peut produire trois - têtes avec une surface interne lisse et une bonne précision dimensionnelle. Il est particulièrement adapté à la production de trois têtes avec des géométries internes complexes.
4.3 processus de soudage (le cas échéant)
- Sélection de la méthode de soudage : lorsque le soudage est nécessaire pour joindre les différentes parties de la tête à trois ou pour raccorder la tête à trois au pipeline, plusieurs méthodes de soudage peuvent être utilisées. Le soudage à l'arc au tungstène-gaz (GTAW), également connu sous le nom de soudage TIG, est souvent utilisé pour le soudage de haute qualité de l'acier au carbone. Il permet un contrôle précis du processus de soudage et peut produire des soudures de haute qualité avec de bonnes propriétés mécaniques et un état de surface lisse. Le soudage à l'arc sous gaz ou MIG (GMAW) est une autre méthode populaire. Il est plus rapide que GTAW et convient à une production à grande échelle. Le soudage à l'arc métallique blindé (SMAW), également appelé soudage par manche, est une méthode plus traditionnelle encore largement utilisée, en particulier dans les réparations sur le terrain et la fabrication à petite échelle.
- Optimisation des paramètres de soudage : les paramètres de soudage, tels que le courant de soudage, la tension, la vitesse de soudage et le débit de gaz (pour les méthodes de soudage à gaz - blindage), doivent être soigneusement optimisés en fonction de l'épaisseur de l'acier au carbone, du type de méthode de soudage et des exigences spécifiques de l'application. Par exemple, lors du soudage d'une tête à trois parois épaisses en acier au carbone à l'aide de GTAW, un courant de soudage relativement élevé et une vitesse de soudage plus lente peuvent être nécessaires pour assurer une pénétration et une fusion correctes de la soudure.
- Contrôle de la qualité de soudure : après le soudage, des mesures de contrôle de la qualité strictes sont mises en œuvre pour garantir l'intégrité de la soudure. Une inspection visuelle est effectuée pour vérifier l'absence de défauts de surface tels que fissures, porosité et fusion incomplète. Des méthodes d'essai non destructives, telles que les tests ultrasoniques et radiographiques, sont utilisées pour détecter les défauts internes. Dans certaines applications critiques, comme dans l'industrie aérospatiale ou nucléaire, des essais destructifs supplémentaires peuvent être effectués pour évaluer les propriétés mécaniques de la soudure.
4.4 procédé d'usinage
- Coupe et fraisage : après les processus de formage et de soudage, la tête en acier au carbone à trois points peut avoir besoin d'être coupée et découpée pour obtenir les dimensions finales. Des outils de coupe de précision, tels que des scies à pointe en acier rapide ou en carbure, sont utilisés pour couper la tête à trois dents à la longueur correcte. Le fraisage est également effectué pour éliminer tout excès de matériau ou de bavures de la surface de la tête à trois.
- Usinage des orifices : les orifices de la tête à trois orifices nécessitent souvent un usinage pour assurer un bon ajustement et une bonne connexion avec les tuyaux. Cela peut impliquer l'usinage des diamètres intérieur et extérieur des orifices selon les tolérances spécifiées, ainsi que la création de filetages (si des raccords filetés sont utilisés) ou de biseaux pour le soudage. Les centres d'usinage CNC (Computer Numerical Control) sont couramment utilisés pour réaliser un usinage de haute précision des ports, garantissant une qualité constante et une précision dimensionnelle.
4.5 traitement de surface
- Peinture : la peinture est une méthode de traitement de surface courante pour les trois têtes en acier au carbone afin de les protéger de la corrosion. Un apprêt est d'abord appliqué sur la surface de la tête à trois pour améliorer l'adhérence. Ensuite, une ou plusieurs couches de peinture sont appliquées. Le type de peinture utilisé dépend de l'environnement d'application. Par exemple, dans un environnement marin, une peinture à haute résistance au sel - à la corrosion - à la peinture à base d'époxy, est souvent utilisée.
- Galvanisation : la galvanisation consiste à recouvrir la tête en acier au carbone à trois surfaces d'une couche de zinc. Cela peut être fait par galvanisation à chaud - par immersion ou électro - par galvanisation. La galvanisation à chaud par immersion fournit un revêtement en zinc plus épais et plus durable, qui offre une excellente protection contre la corrosion. Le revêtement en zinc agit comme une anode sacrificielle, protégeant l'acier au carbone sous-jacent de la corrosion, même lorsque le revêtement est rayé ou endommagé.
- Tir à l'explosif : le tir à l'explosif est utilisé pour nettoyer et polir la surface de la tête en acier au carbone à trois faces avant d'appliquer un traitement de surface. Dans ce processus, de petits coups de métal sont propulsés à grande vitesse sur la surface des trois - têtes. Cela élimine la rouille, le tartre et d'autres contaminants de la surface et crée également une texture de surface rugueuse qui améliore l'adhérence du revêtement suivant.
5. Paramètres de performance
5.1 pression - capacité de roulement
- Pressions nominales : le produit à trois têtes en acier au carbone est conçu pour résister à différents niveaux de pression en fonction de sa taille, de son épaisseur de paroi et de la qualité du matériau. Les valeurs nominales de pression sont généralement spécifiées en termes de numéros de programme, tels que Sch5s, Sch10s, Sch10, Sch20, Sch30, Sch40s, STD, Sch40, Sch60, Sch80s, XS, Sch80, Sch100, Sch120, Sch140, Sch160 et XXS. Par exemple, une tête à trois têtes avec une pression nominale de Sch40 peut supporter un certain niveau de pression, tandis qu'une tête à trois têtes de Sch80 peut supporter une pression plus élevée. La capacité réelle de pression - relèvement peut être calculée en fonction des normes et formules pertinentes, en tenant compte de facteurs tels que la limite d'élasticité du matériau, le diamètre de la tête à trois et l'épaisseur de paroi.
- Pression de rupture : la pression de rupture est la pression maximale que la tête à trois points peut supporter avant qu'elle ne tombe en panne de manière catastrophique. Ce paramètre est essentiel pour assurer la sécurité du système de pipeline. Dans la conception et l'essai de trois têtes en acier au carbone, la pression de rupture est déterminée par des calculs théoriques et des essais expérimentaux. Les fabricants effectuent souvent des tests de pression d'éclatement sur les têtes d'échantillon trois afin de vérifier leur conception et leur qualité de fabrication. La pression d'éclatement d'une tête à trois est nettement supérieure à sa pression de fonctionnement normale pour fournir une marge de sécurité.
5.2 Paramètres liés au débit
- Capacité d'écoulement : la capacité d'écoulement d'une tête en acier au carbone à trois faces est liée à son diamètre interne et à la douceur de sa surface interne. Les têtes de plus grand diamètre, trois, peuvent permettre à un volume de liquide plus élevé de s'écouler. La surface interne lisse, obtenue grâce à des processus de fabrication et de finition appropriés, réduit la résistance à l'écoulement et permet un écoulement plus efficace. La capacité d'écoulement peut être calculée à l'aide des principes de dynamique des fluides, en tenant compte du nombre de Reynolds, du facteur de friction et de la géométrie des trois têtes.
- Coefficient de résistance au débit : le coefficient de résistance au débit est une mesure de la résistance des trois têtes au débit de fluide. Elle est affectée par des facteurs tels que la forme de la tête à trois, la rugosité de sa surface interne et la vitesse d'écoulement. Une tête à trois têtes bien conçue avec une surface interne lisse et une forme géométrique appropriée aura un coefficient de résistance à l'écoulement inférieur, ce qui se traduit par une perte d'énergie moindre pendant l'écoulement du fluide. Dans la conception du système de pipeline, le coefficient de résistance au débit de la tête à trois éléments est un paramètre important à prendre en compte lors du calcul de la chute de pression globale dans le système.
5.3 résistance thermique
- Plage de températures de fonctionnement : le produit tête en acier au carbone à trois niveaux a une certaine plage de températures de fonctionnement selon la qualité de l'acier au carbone utilisé. En général, les aciers au carbone courants peuvent fonctionner dans une plage de températures allant de - 20 °C à 400 °C. Toutefois, dans certaines applications spéciales, comme dans les fours industriels à haute température ou les systèmes cryogéniques, des aciers au carbone modifiés ou des aciers au carbone avec des revêtements spéciaux résistants à la chaleur peuvent être utilisés pour étendre la plage de températures de fonctionnement. Par exemple, dans le système de tuyauterie à vapeur d'une centrale électrique, les trois têtes doivent résister à la vapeur à haute température et les aciers au carbone dotés de propriétés de résistance thermique appropriées sont sélectionnés.
- Effet de la température sur les propriétés mécaniques : à mesure que la température change, les propriétés mécaniques de l'acier au carbone changent également. À des températures élevées, la résistance et la dureté de l'acier au carbone ont tendance à diminuer, tandis que la ductilité peut augmenter. À basse température, l'acier peut devenir plus fragile, ce qui augmente le risque de rupture. Dans les applications où la tête à trois têtes est exposée à des températures extrêmes, une conception et une sélection de matériaux appropriés sont nécessaires pour garantir son fonctionnement fiable.
6. Contrôle et essais de qualité
6.1 normes d'inspection
- Normes nationales et internationales : les produits à trois têtes en acier au carbone sont requis pour satisfaire à diverses normes nationales et internationales. En Chine, des normes telles que GB/T 12459 (exigences générales pour les raccords de soudure en bout d'acier forgé) et GB/T 13401 (raccords de soudure en bout d'acier pour les industries du pétrole et du gaz naturel) sont couramment suivies. Au niveau international, les normes ASME B16.9 (usine - raccords à souder en acier forgé) et ISO 4200 (tubes en acier - Dimensions et masses par unité de longueur) sont largement reconnues. Ces normes précisent les exigences en matière de dimensions, de propriétés des matériaux, de procédés de fabrication et de contrôle de la qualité des produits à trois têtes.
- Normes spécifiques à l'industrie : outre les normes générales, différentes industries peuvent avoir leurs propres normes spécifiques. Par exemple, dans l'industrie pétrolière et gazière, les normes telles que les normes API (American Petroleum Institute) sont strictement respectées. Ces normes spécifiques à l'industrie tiennent compte des exigences et des préoccupations particulières de l'industrie en matière de sécurité, telles que la nécessité de résister à des environnements haute pression et corrosifs.
6.2 procédures de test
- Inspection visuelle : l'inspection visuelle est la méthode de test la plus simple et la plus couramment utilisée. Inspecteurs
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