Production d'aciers résistants à la fissuration par injection d'hydrogène
La fissuration induite par l'hydrogène (HIC) représente un défi courant, notamment dans l'industrie pétrolière et de raffinage où la pureté et la qualité globale de l'acier sont d'une importance capitale.
Le processus de production des aciers résistants à la fissuration induite par l'hydrogène (HIC) comprend des techniques de désulfuration critiques, notamment l'injection de magnésium et le brassage par injection d'argon par le bas.
La production d'acier propre repose sur des technologies permettant de contrôler et/ou d'éliminer les inclusions. Souvent, les types et les caractéristiques des inclusions non métalliques influencent considérablement les propriétés mécaniques de l'acier et déterminent également sa propreté. Une analyse précise de ces caractéristiques est donc nécessaire pour optimiser le procédé d'élaboration de l'acier et produire des aciers de qualité.
La fissuration induite par l'hydrogène (FIH) et la fissuration sous contrainte par les sulfures (FSC) représentent deux types de dommages spécifiques provoqués par l'hydrogène, fréquemment rencontrés dans l'industrie pétrolière et de raffinage. Dans le premier cas (FIH), il est généralement admis que la résistance des aciers dépend principalement de leurs caractéristiques microstructurales : inclusions non métalliques et bandes de ségrégation.
Les sulfures de manganèse allongés sont considérés comme les sites d'amorçage les plus dangereux. Dans le second cas (fissuration par corrosion sous contrainte), on considère que la résistance des aciers est principalement liée à leur niveau de résistance mécanique, les caractéristiques microstructurales étant moins importantes. Cet article est consacré à l'étude de la fissuration induite par l'hydrogène (FIH) et de la fissuration par corrosion sous contrainte dans des aciers au carbone-manganèse, qui diffèrent par leur traitement thermique (microstructure, propriétés mécaniques) et leur niveau de propreté.
L'inclusion de MnS est le principal initiateur de fissuration induite par l'hydrogène (FIH). Par conséquent, il est impératif de réduire la teneur en soufre des aciers utilisés en milieu acide. Grâce aux progrès réalisés dans les procédés d'élaboration de l'acier, cette teneur peut être abaissée à un niveau très bas, inférieur à 0,0008 % en poids (8 ppm).
Le traitement au calcium est généralement appliqué pour prévenir la formation de MnS allongé et contrôler l'inclusion des sulfures en une forme sphérique, à condition que la teneur en calcium soit appropriée pour une bonne résistance à la fissuration. Si la teneur en calcium est relativement élevée par rapport à la teneur en soufre, un excès de calcium peut former des oxydes susceptibles d'initier la fissuration induite par l'hydrogène (FIH). Plusieurs paramètres représentant la teneur en calcium efficace ont été introduits, et cette teneur doit être soigneusement contrôlée dans une plage étroite ; par exemple, 3
Tableau 1 : Exigences en matière de composition chimique pour l'acier à haute résistance pour tuyaux, [ppm]
La figure 1 illustre le procédé de production d'acier résistant à la fissuration induite par l'hydrogène (HIC). Avant le convertisseur à oxygène (BOF), la fonte est désulfurée par injection de magnésium et de CaO dans une station de désulfuration. Au convertisseur, seules des ferrailles à faible teneur en soufre sont chargées. L'aluminium nécessaire à la désoxydation et les agents de formation de laitier sont ajoutés lors de la coulée. L'alliage principal est également réalisé à ce moment-là.
La poche est ensuite transportée vers le poste de barbotage où de l'argon est insufflé par une lance supérieure afin de mélanger le métal et le laitier pour la désulfuration. La poche est ensuite transférée pour un traitement sous vide. L'acier est brassé par injection d'argon par le bas pour assurer une désulfuration et un dégazage complets.