Les joints annulaires métalliques de type Ring Type Joint (RTJ) ont été initialement développés pour des applications à haute pression et haute température, typiques de l'industrie pétrolière. Bien qu’ils soient principalement utilisés dans le secteur Oil & Gas, ils sont également largement employés dans les vannes, les brides de pipeline et les équipements sous pression dans divers domaines industriels. Leur conception robuste les rend adaptés aux solutions d’étanchéité couvrant l’ensemble du spectre des services industriels, quelles que soient les conditions de pression et de température.
| Flange | API 6A | API 6B | API 17D |
|---|---|---|---|
| Pressure Range | up to 20.000 psi | up to 5.000 psi | up to 20.000 psi |
| Ring Type Joint - RTJ | R, RX, BX | R (Oval and Octagonal) | SRX*, SBX |
| Field of application | Valves, Wellheads, Oil & Gas production systems | Industrial piping, standard connections | Subsea |
*The latest API 17D no longer supports the use of SRX, but they can still be used as replacement parts for existing equipment.
Les joints annulaires RTJ peuvent être fabriqués dans une large gamme de matériaux métalliques, chacun étant caractérisé par une dureté maximale spécifiée selon les échelles Brinell (HB) et Rockwell (HRC). Pour des matériaux tels que le fer doux, l'acier à faible teneur en carbone, F5, F410 et les aciers inoxydables austénitiques, les valeurs maximales de dureté sont définies par les normes ASME B16.20 et API 6A. Pour les alliages, les valeurs de dureté indiquées dans le tableau de référence représentent les limites maximales de dureté recommandées par le département technique de Carrara. Notez que, selon les spécifications API 6A et API 17D, les joints de type Ring Type Joint (RTJ) fabriqués en fer doux et en acier à faible teneur en carbone doivent être protégés par une galvanisation électrolytique jusqu'à une épaisseur maximale de 8μm. En effet, le fer doux et l'acier à faible teneur en carbone sont des matériaux sensibles à la corrosion, donc le revêtement en zinc préserve l'intégrité du joint pendant le stockage et aide à prolonger sa durée de vie en service.
Typiquement, le matériau du joint annulaire RTJ doit avoir une dureté inférieure de 20 à 30 HB par rapport à celle de la rainure de la bride afin d'éviter les dommages et d'assurer une déformation adéquate du joint pour une étanchéité efficace. La dureté de chaque matériau est partiellement spécifiée dans les normes ASME B16.20 et API, mais les Alliages et Superalliages ne sont pas inclus dans ces listes.
Dans certains cas, il peut être nécessaire de réduire la dureté de surface des joints annulaires RTJ, et dans de telles situations, il est essentiel de contacter Carrara pour confirmer la faisabilité technique de la réduction demandée.
| MATERIAL | UNS | Max HB | Max HRC | Material Code |
|---|---|---|---|---|
| Soft Iron | - | 90 | 56 | D |
| Low CS | - | 120 | 78 | F |
| 4-6 Cr 1/2 Mo | K41545 | 130 | 72 | F5 |
| F 410 | S41000 | 170 | 86 | S 410 |
| F 304 | S30400 | 160 | 83 | S 304 |
| F 316 | S31600 | 160 | 83 | S 316 |
| F 347 | S34700 | 160 | 83 | S 347 |
| F 44 (SMO 254) | S31254 | 180 | 90 | S31254 |
| F51 (DUPLEX) | S31803 | 230 | 99 | S31803 |
| F55 (SUPER DUPLEX) | S32760 | 200 | 93 | S32760 |
| M400 (Monel®400) | N04400 | 200 | 93 | N04400 |
| Alloy 600 | N06600 | 200 | 93 | N06600 |
| Alloy 625 | N06625 | 200 | 93 | N06625 |
| Alloy 800 | N08800 | 200 | 93 | N08800 |
| Alloy 825 | N08825 | 200 | 93 | N08825 |
| Alloy C276 | N10276 | 200 | 93 | N10276 |
| Titanium Gr.2 | R50400 | 215 | 97 | R50400 |
Pourquoi Réduire la Dureté de Surface des Joints Annulaires RTJ ?
La principale raison de réduire la dureté de surface des joints annulaires RTJ est d'améliorer la résistance à la corrosion. Plus précisément, l'objectif est de dissoudre les carbures le long des joints de grain, qui se forment pendant le processus de fabrication, afin de restaurer complètement la résistance à la corrosion du matériau. Cela est réalisé par un traitement thermique de dissolution à haute température.
Ci-dessous, nous décrivons la corrélation entre la réduction de la dureté et la fissuration sous contrainte de sulfure (SSC). La nécessité de réduire la dureté de surface est indirectement liée à la réduction du risque de fissuration sous contrainte de sulfure (SSC) et d'autres formes de fissuration assistée par l'environnement dans des conditions corrosives.
Plusieurs normes industrielles, en particulier NACE MR0175/ISO 15156, réglementent le contrôle de la dureté des matériaux pour améliorer la résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements de service acide typiques de l'industrie du pétrole et du gaz.
Pour une compréhension plus approfondie des processus de traitement thermique, il est recommandé de se référer au ASM Handbook, publié par ASM International (American Society for Metals). Plus précisément, le Volume 4 du Heat Treating Handbook fournit des informations détaillées sur les effets du traitement thermique sur les superalliages tels que l'Inconel 625, expliquant comment ces traitements peuvent réduire la dureté tout en influençant simultanément d'autres propriétés mécaniques.
Une fois l'objectif principal - obtenir un joint annulaires RTJ avec une résistance élevée à la corrosion et une insensibilité au SSC - clairement établi, il est important de souligner que le traitement thermique de dissolution affecte également d'autres propriétés des matériaux. Voici un résumé des principaux changements :
En conclusion, la réduction de la dureté de surface par un traitement thermique de dissolution est une étape cruciale pour garantir que les joints annulaires RTJ conservent un haut niveau de résistance à la corrosion, tout en équilibrant les propriétés mécaniques pour les environnements de fonctionnement exigeants.
Les joints annulaires métalliques Ring Type Joint - RTJ sont des joints métalliques. Les matériaux utilisés pour leur fabrication, y compris les barres et les anneaux forgés, sont fournis avec un certificat 3.1, qui qualifie leur composition chimique, leurs traitements thermiques et leurs propriétés mécaniques conformément aux normes ASTM ou autres normes de référence. Dans les cas où des traitements thermiques supplémentaires sont appliqués, comme pour réduire la dureté de surface, le rapport de traitement thermique de dissolution peut également être inclus dans la documentation.
Les essais non destructifs (NDT) pouvant être réalisés sur les joints RTJ finis incluent :
L’inspection dimensionnelle et visuelle (VD) est un processus de contrôle non destructif permettant de vérifier la conformité d'un composant aux spécifications de conception, aux dessins techniques et aux normes de référence. Cette inspection comprend deux aspects principaux :
L’essai de dureté sur les joints RTJ est une mesure essentielle du contrôle qualité pour garantir que ces éléments d'étanchéité répondent aux exigences de résistance mécanique et sont compatibles avec les surfaces d'appui.
La dureté des joints RTJ est partiellement réglementée par les normes API 6A et ASME B16.20, car tous les métaux ne sont pas couverts, et ces normes définissent en détail les procédures d'essai. L’essai de dureté Brinell (HB) est réalisé selon des méthodes non destructives, et l'inspection est effectuée sur au moins un point du RTJ, comme prescrit par API 6A.
L’essai par ressuage (PT) est une méthode d'inspection non destructive utilisée pour détecter les discontinuités de surface dans les matériaux métalliques. Le processus commence par la préparation de la surface, qui doit être soigneusement nettoyée afin d'éliminer toute contamination pouvant empêcher la pénétration du liquide.
Une fois préparée, la surface est recouverte d’un liquide pénétrant, généralement rouge ou fluorescent, qui, grâce à sa faible tension superficielle, s’infiltre dans les discontinuités existantes.
Après un temps de pénétration, l'excès de liquide est soigneusement éliminé sans perturber celui emprisonné dans les défauts. Ensuite, un révélateur est appliqué, absorbant le pénétrant et le ramenant à la surface, rendant ainsi les défauts visibles sous lumière blanche ou ultraviolette, selon le type de pénétrant utilisé. L'inspection visuelle permet ensuite d'identifier les imperfections, apparaissant sous forme d’indications colorées ou fluorescentes. Une fois l'essai terminé, la surface est nettoyée de tout résidu.
De plus, pour les échantillons de matériau utilisés en production, des essais mécaniques supplémentaires peuvent être réalisés, tels que :
Aussi connu sous le nom d’essai Charpy, cette méthode évalue la résistance à la rupture d'un matériau, ou sa capacité à absorber de l'énergie avant de se casser sous un choc soudain.
L'essai consiste à frapper un échantillon métallique, généralement de 55 mm de longueur, 10 mm de largeur et 10 mm d'épaisseur, en son centre. L'énergie absorbée avant la rupture est calculée comme la différence entre l'énergie initiale du pendule et l'énergie résiduelle après l'impact.
Cette valeur, généralement exprimée en Joules (J) ou en pied-livres (ft-lb), indique la résistance aux chocs du matériau testé. L'essai Charpy permet d’évaluer le comportement des matériaux sous contrainte dynamique et de déterminer la température de transition ductile-fragile (DBTT), soit la température à laquelle un matériau passe d’un comportement ductile à un comportement fragile.
Certains matériaux, comme les aciers, ont tendance à devenir plus fragiles à basse température. C'est pourquoi l'essai est souvent réalisé à différentes températures afin d’identifier le seuil critique de transition.
L’essai Charpy est largement utilisé dans les industries nécessitant une forte résistance aux chocs et des conditions extrêmes. Il constitue également une exigence clé du contrôle qualité, garantissant que les matériaux respectent les normes de sécurité spécifiques à leurs applications.
L’essai de corrosion intergranulaire est une procédure essentielle permettant d’évaluer la résistance à la corrosion d’un matériau métallique, en particulier des aciers inoxydables et des alliages de nickel, face à la corrosion qui se développe le long des joints de grain.
Ce phénomène, appelé corrosion intergranulaire, peut se produire lorsqu’un matériau est exposé à des températures élevées ou à des traitements thermiques inappropriés, entraînant la précipitation de carbures de chrome aux joints de grain. Cette condition peut considérablement réduire la résistance à la corrosion, rendant le matériau vulnérable à la dégradation même dans des environnements modérément agressifs.
L’essai consiste à immerger des échantillons dans des solutions chimiques agressives, conçues pour simuler des conditions de service pouvant déclencher la corrosion intergranulaire. Le choix de la méthode d’essai dépend de la composition de l’alliage et de son environnement d’utilisation.
Parmi les méthodes les plus courantes, certaines utilisent des solutions à base d’acide sulfurique, d’acide nitrique ou de solutions ferriques, selon le matériau analysé.
Il existe plusieurs normes internationales régissant l’exécution des essais de corrosion intergranulaire, notamment :
En suivant ces procédures normalisées, les fabricants et les ingénieurs peuvent garantir la fiabilité des matériaux métalliques dans des conditions de service corrosives, prévenir les défaillances potentielles et prolonger la durée de vie des composants critiques.
