Область применения ASTM A333/A333M
ASTM A333/A333M — это стандартная спецификация для бесшовных и сварных стальных труб, предназначенных для эксплуатации при низких-температурах, а также для трубопроводных систем, в которых прочность на надрез является конструктивным требованием. Стандарт написан вокруг риска хрупкого разрушения: ферритная сталь, которая ведет себя пластично при комнатной температуре, может внезапно сломаться, когда она холодная, и чем ниже температура, тем выше риск. A333 устраняет этот риск путем определения химического состава, термической обработки и, прежде всего, обязательного испытания на удар по Шарпи с V-надрезом при температуре, соответствующей предполагаемому использованию.
Этот стандарт широко используется для трубопроводов для сжиженного газа и холодильного оборудования, для низкотемпературных технологических линий на газоперерабатывающих и нефтехимических заводах, а также для трубопроводов, подвергающихся воздействию низких температур окружающей среды. Трубы производятся нескольких марок, каждая из которых имеет различное содержание никеля и различную температуру испытаний на удар, поэтому процесс выбора начинается с минимальной расчетной температуры металла системы, а затем возвращается к марке и толщине стенки, которые ее удовлетворяют.
Марки и химический состав
| Элемент, % | 1 класс | 3 класс | 6 класс | 8 класс |
|---|---|---|---|---|
| Углерод, не более | 0.30 | 0.19 | 0.30 | 0.13 |
| Марганец | 0.40 - 1.06 | 0.31 - 0.64 | 0.29 - 1.06 | 0,90 макс. |
| Кремний | не указан | 0.18 - 0.37 | 0,10 мин. | 0.13 - 0.37 |
| Никель | - | 3.18 - 3.82 | 3.18 - 3.82 | 8.40 - 9.60 |
| Фосфор, не более | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 |
| Сера, не более | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 |
Марки различаются главным образом содержанием никеля, а никель является элементом, который снижает температуру перехода от пластичного -к-хрупкому состоянию ферритной стали. Марка 1 — это низко-углеродистая сталь без преднамеренных легирующих добавок, используемая там, где температура эксплуатации лишь умеренно низкая. 3 и 6 марки содержат около 3,5 % никеля и поставляются в нормализованном состоянии. Марка 8 содержит около 9 % никеля и используется для самых глубоких криогенных условий. Другие марки, указанные в спецификации, охватывают промежуточные комбинации никеля и других элементов; перечисленные здесь четыре – это те, которые чаще всего заказываются для обслуживания сжиженного газа и холодильного оборудования.
Механические свойства и температуры испытаний на удар
| Свойство | 1 класс | 3 класс | 6 класс | 8 класс |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности, мин | 380 МПа | 450 МПа | 415 МПа | 690 МПа |
| Предел текучести, мин | 205 МПа | 240 МПа | 240 МПа | 380 МПа |
| Температура испытания на удар | -46 градусов по Цельсию | -101 градус Цельсия | -46 градусов по Цельсию | -196 градусов Цельсия |
Указанные выше температуры ударных испытаний указаны в спецификации для каждого класса. Если минимальная расчетная температура металла ниже указанной температуры испытания, покупатель заказывает проведение испытаний при более низкой температуре, при этом четко указывается требуемая потребляемая энергия. Образцы с V-надрезом по Шарпи отбираются в продольном направлении от тела трубы, а для сварных труб дополнительные образцы покрывают металл сварного шва и зону термического-влияния, так что приемку определяет самое слабое место соединения.
Почему испытания на воздействие контролируют выбор
Испытание на растяжение измеряет прочность; испытание на удар измеряет энергию, которую материал поглощает до того, как он сломается, и именно эта энергия определяет, пойдет ли небольшая трещина или она остановится. Таким образом, испытание по Шарпи при фиксированной температуре ниже-нулевой температуры показывает, что труба, ее сварной шов и зона термического-воздействия обладают достаточной прочностью при температуре, которую система фактически будет наблюдать во время холодного запуска-, разгерметизации или сбоя.
Из этого следуют три практических следствия. Во-первых, значение имеет режим термообработки: никель-содержащие марки нормализуются так, чтобы структура зерен была однородной, а температура перехода низкой. Во-вторых, затраты на сварку должны быть аттестованы вместе с самой процедурой, поскольку достаточно прочный, но недостаточно вязкий присадочный металл не выдержит испытание на ударный удар, даже если тело трубы выдержит испытание. В-третьих, в информации для заказа должны быть указаны температура испытания и приемочная энергия, поскольку сертификат, в котором указаны только показатели прочности, не подтверждает пригодность к низким-температурам.
Приложения
Трубопроводы для транспортировки, хранения и регазификации сжиженного природного газа
Трубопроводы холодильных и аммиачных установок
Низко-технологические линии на газоперерабатывающих и нефтехимических заводах
Трубопроводы в холодном климате и в арктических условиях
Трубопроводы компрессора и насосной станции подвергаются воздействию отрицательных температур окружающей среды-
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Как мне выбрать между 1-м, 3-м, 6-м и 8-м классом?
Работайте при минимальной расчетной температуре металла и требуемой температуре испытаний на удар. Марка 1 подходит для умеренно низких температур, марки с содержанием никеля 3,5 % охватывают промежуточный диапазон, а марка 8 с содержанием никеля около 9 % используется для самых тяжелых криогенных условий.
Вопрос: Обязательно ли проведение испытаний на удар?
Да. Целью спецификации является ударная вязкость над надрезом, а испытание по Шарпи с V-надрезом при указанной или заказанной температуре является обязательным приемочным испытанием для тела трубы, а в случае сварных труб - для сварного шва и зоны термического-воздействия.
Вопрос: Можно ли проводить испытание на удар при температуре ниже, чем указано в таблице?
Да, когда этого требует дизайн. Покупатель указывает требуемую температуру испытания и приемочную энергию в заказе на поставку, а результаты заносятся в отчет о заводских испытаниях.
Вопрос: Почему марки никеля с содержанием 3,5 % нуждаются в нормализации?
Нормализация уточняет и гомогенизирует зеренную структуру, что снижает температуру перехода от пластичного-к-хрупкому состоянию и делает результаты испытаний на удар воспроизводимыми от партии к партии.
Вопрос: Какой присадочный металл используется для сварной трубы A333?
Присадочный металл, прошедший испытания на ударную вязкость вместе с процедурой сварки при расчетной температуре. Одной только силы недостаточно; вязкость металла сварного шва и зоны термического-влияния также является требованием приемки.
Вопрос: Что должно быть указано в заказе на поставку?
Марка, внешний диаметр, толщина стенки, длина, бесшовная или сварная конструкция, температура испытания на удар и приемочная энергия, требования к термообработке, а также протоколы испытаний и осмотров, которые должны сопровождать отчет о заводских испытаниях.
