Lo standard ASTM A333/A333M-18 è stato sviluppato per soddisfare le esigenze specifiche dei materiali delle tubazioni in pressione che operano in ambienti criogenici nei settori petrolchimico, del gas naturale liquefatto (GNL) e della refrigerazione. In condizioni criogeniche, l’acciaio al carbonio tradizionale subisce una transizione fragile, rendendolo soggetto a fratture fragili; pertanto, sono necessari standard di materiali specializzati per garantire il funzionamento sicuro delle apparecchiature.
Gradi dei materiali e requisiti di composizione chimica
Lo standard comprende nove gradi di acciai ferritici, ciascuno progettato e legato per specifiche temperature di servizio minime:
| Grado | Temperatura della prova d'impatto | Elementi di lega primari | Processo di produzione |
|---|---|---|---|
| Grado 1 | -45 gradi | C-Mn | Senza cuciture/saldato |
| Grado 3 | -100 gradi | 3,5 Ni | Senza cuciture/saldato |
| Grado 4 | -100 gradi | Mn. a basso-carbonio | Solo senza cuciture |
| Grado 6 | -45 gradi | C-Mn | Senza cuciture/saldato |
| Grado 7 | -75 gradi | 2,25 Ni | Senza cuciture/saldato |
| Grado 8 | -195 gradi | 9Ni | Senza cuciture/saldato |
| Grado 9 | -75 gradi | 1,9 Ni-0,8 Cu | Senza cuciture/saldato |
| Grado 10 | -60 gradi | Alto Mn | Senza cuciture/saldato |
| Grado 11 | -195 gradi | 36Ni | Senza cuciture/saldato |
I requisiti di composizione chimica sono rigorosamente controllati, in particolare per gli elementi impuri come zolfo e fosforo. Il contenuto di zolfo non deve superare lo 0,025% e il contenuto di fosforo è limitato allo 0,025%–0,035% a seconda del grado. Questo controllo rigoroso è essenziale per garantire un'adeguata resistenza alle basse-temperature.
Requisiti di proprietà meccanica
Lo standard specifica requisiti chiari per le proprietà tensili e la resilienza per tutti i gradi:
| Proprietà | Grado 1 | Grado 3 | Grado 4 | Grado 8 | Grado 11 |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione minima (MPa) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Carico di snervamento minimo (MPa) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Allungamento minimo (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Fabbisogno energetico d'impatto | Maggiore o uguale a 18 J | Maggiore o uguale a 18 J | Maggiore o uguale a 18 J | Espansione laterale Maggiore o uguale a 0,38 mm | Maggiore o uguale a 18 J |
In particolare, il Grado 8 e il Grado 11 sono destinati al servizio a temperatura ultra-bassa- (-195 gradi) e i requisiti delle prove di impatto differiscono da quelli degli altri gradi. Il grado 8 impone un'espansione laterale di almeno 0,38 mm, mentre il grado 11, sebbene richieda lo stesso valore di energia d'impatto (maggiore o uguale a 18 J) degli altri gradi, funziona a una temperatura di servizio ancora più bassa.
Requisiti di produzione
4.1 Metodo di produzione
I tubi di acciaio devono essere fabbricati mediante processi senza saldatura o di saldatura, senza l'aggiunta di metallo d'apporto durante la saldatura. Tuttavia, il Grado 4 sarà prodotto esclusivamente mediante il processo senza saldatura. Per il Grado 11, l'uso del metallo d'apporto nella saldatura è facoltativo e può essere determinato dal produttore.
4.2 Requisiti speciali di saldatura
Per i tubi di Grado 11 saldati con metallo d'apporto, si applicano i seguenti rigorosi requisiti:
I giunti devono essere completamente penetrati e completamente fusi, come giunti di testa saldati singoli- o doppi-.
Sono vietati i processi di saldatura con anelli di supporto.
L'altezza del cappuccio di saldatura non deve superare i 3 mm.
Tutte le saldature saranno sottoposte a test radiografico al 100%.
4.3 Requisiti del trattamento termico
Le specifiche del trattamento termico variano in base al grado:
Grado 1–7, 9, 10: trattamento normalizzante a una temperatura di riscaldamento non inferiore a 815 gradi.
Grado 8: Tempra e rinvenimento, o doppia normalizzazione seguita da rinvenimento.
Grado 11: La ricottura è soggetta ad accordo reciproco tra fornitore e acquirente.
Requisiti tecnici della prova di impatto
8.1 Requisiti energetici di impatto
Per tutti i gradi eccetto il Grado 8, l'energia d'impatto media di tre campioni in un set non deve essere inferiore a 18 J e nessun singolo campione deve scendere al di sotto di 14 J. Se un campione è al di sotto del minimo individuale, o due campioni sono al di sotto della media ma non al di sotto del minimo individuale, sarà consentita una nuova prova.
8.2 Requisito speciale per il Grado 8
Il grado 8 richiede un'espansione laterale di almeno 0,38 mm per provino. Questo criterio, derivato dai principi della meccanica della frattura, fornisce una valutazione più accurata della resistenza del materiale alla fessurazione in condizioni di temperatura ultra-bassa-.
13.1 Dimensioni del campione
Dovranno essere utilizzati provini di impatto con intaglio Charpy a V-. La dimensione preferita è 10×10 mm. Quando lo spessore del materiale è insufficiente, deve essere utilizzato il campione di dimensioni inferiori- più grande possibile, con la corrispondente regolazione della temperatura di prova come specificato.
14.1.2 Prova di regolazione della temperatura
Quando viene utilizzato un campione di dimensioni inferiori- e la larghezza dell'intaglio è inferiore all'80% dello spessore effettivo del materiale, la temperatura di prova deve essere abbassata rispetto al valore specificato nella Tabella 4. L'entità della riduzione deve essere calcolata in conformità con la Tabella 6 della norma.
Requisiti di ispezione e test
15.1 Test idrostatici o elettrici non-distruttivi
Ciascun tubo sarà sottoposto a una prova idrostatica o a una prova elettrica non-distruttiva. Il produttore può selezionare il tipo di prova se non diversamente specificato nell'ordine di acquisto.
15.3 Criteri di accettazione per l'ispezione non-distruttiva
Alcune imperfezioni visive sono accettabili se soddisfano le seguenti condizioni:
Profondità inferiore a 0,1 mm, O
Profondità inferiore al 12,5% dello spessore della parete specificato (a seconda di quale sia maggiore).
Le imperfezioni consentite includono graffi, ruvidità superficiale, rientranze e segni di raddrizzamento.
Requisiti di marcatura
Oltre ai contrassegni richiesti da A999/A999M, deve essere contrassegnato quanto segue:
Lavorato a caldo/Trafilato a freddo
Senza cuciture/saldato
Numero dell'ordine
Le lettere "LT" seguite dalla temperatura della prova di impatto
Se le dimensioni del tubo finito non sono sufficienti per ottenere un campione d'urto di dimensioni inferiori-, la marcatura dovrà non includere "LT" o la temperatura di prova, a meno che non sia specificato il requisito supplementare S1.
Casi di studio di applicazioni industriali
Applicazioni di progetti GNL
Nei progetti GNL, le tubazioni ASTM A333 Grado 3 e Grado 8 sono ampiamente utilizzate in ambienti a temperatura ultra-bassa-a -162 gradi . In un progetto di terminale di ricezione del GNL su larga scala-, i tubi di grado 3 sono stati utilizzati nel sistema di recupero BOG (Boil-Off Gas), mentre i tubi di grado 8 sono stati installati nelle principali linee di trasmissione del GNL. Attraverso un controllo rigoroso dei processi di trattamento termico e la convalida tramite test di impatto, l'integrità dei materiali e la sicurezza delle tubazioni in condizioni criogeniche estreme sono state pienamente garantite.
Applicazioni dell'industria petrolchimica
Nelle unità di produzione di etilene, le tubazioni ASTM A333 Grado 6 vengono applicate in sistemi di separazione a bassa-temperatura operanti a -45 gradi . Un progetto di etilene da un milione di-tonnellate-all'-anno ha implementato tubi di grado 6 nel sistema di alimentazione del demetanizzatore. Applicando rigorosi protocolli di ispezione dei materiali e controlli di qualità della saldatura, la struttura ha ottenuto un funzionamento stabile, sicuro e a lungo termine.
Applicazioni nel settore dell'energia nucleare
Nei sistemi ausiliari delle centrali nucleari, i materiali ASTM A333 vengono utilizzati in applicazioni a bassa-temperatura come l'Import Service Water System. In uno specifico progetto nucleare, sono stati selezionati tubi di grado 1 per i sistemi di raffreddamento dell'acqua di mare. Attraverso una progettazione ottimizzata della composizione chimica e processi di produzione perfezionati, il materiale ha soddisfatto i rigorosi requisiti per i componenti di grado nucleare-.