Стандартът ASTM A333/A333M-18 е разработен, за да отговори на специфичните нужди от материали за тръбопроводи под налягане, работещи в криогенни среди в нефтохимическата промишленост, втечнения природен газ (LNG) и хладилната промишленост. При криогенни условия традиционната въглеродна стомана претърпява крехък преход, което я прави склонна към крехко счупване; следователно са необходими специални стандарти за материали, за да се гарантира безопасната работа на оборудването.
Степени на материала и изисквания за химичен състав
Стандартът обхваща девет степени на феритни стомани, всяка от които е проектирана и легирана за специфични минимални работни температури:
| Степен | Температура на изпитване на удар | Първични легиращи елементи | Производствен процес |
|---|---|---|---|
| 1 клас | -45 градуса | C-Mn | Безшевни / Заварени |
| 3 клас | -100 градуса | 3.5Ni | Безшевни / Заварени |
| 4 клас | -100 градуса | Ниско{0}}въглероден Mn | Само безшевни |
| 6 клас | -45 градуса | C-Mn | Безшевни / Заварени |
| 7 клас | -75 градуса | 2.25Ni | Безшевни / Заварени |
| 8 клас | -195 градуса | 9Ni | Безшевни / Заварени |
| 9 клас | -75 градуса | 1.9Ni-0.8Cu | Безшевни / Заварени |
| 10 клас | -60 градуса | Висок Mn | Безшевни / Заварени |
| 11 клас | -195 градуса | 36Ni | Безшевни / Заварени |
Изискванията за химичен състав са строго контролирани, особено за примесни елементи като сяра и фосфор. Съдържанието на сяра не трябва да надвишава 0,025%, а съдържанието на фосфор е ограничено до 0,025%–0,035% в зависимост от степента. Този строг контрол е от съществено значение за осигуряване на подходяща издръжливост при ниски-температури.
Изисквания за механични свойства
Стандартът определя ясни изисквания за свойства на опън и якост на удар във всички степени:
| Собственост | 1 клас | 3 клас | 4 клас | 8 клас | 11 клас |
|---|---|---|---|---|---|
| Минимална якост на опън (MPa) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Минимална граница на провлачване (MPa) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Минимално удължение (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Изискване за енергия на удара | По-голямо или равно на 18 J | По-голямо или равно на 18 J | По-голямо или равно на 18 J | Странично разширение По-голямо или равно на 0,38 mm | По-голямо или равно на 18 J |
Трябва да се отбележи, че степен 8 и степен 11 са предназначени за работа при ултра-ниски-температури (-195 градуса) и техните изисквания за изпитване на удар се различават от другите степени. Степен 8 изисква странично разширение от най-малко 0,38 mm, докато степен 11, въпреки че изисква същата стойност на енергията на удара (по-голяма или равна на 18 J), както другите степени, работи при дори по-ниска работна температура.
Изисквания за производство
4.1 Метод на производство
Стоманените тръби се произвеждат чрез безшевни или заваръчни процеси, без добавен метал по време на заваряването. Степен 4 обаче трябва да се произвежда изключително чрез безпроблемен процес. За клас 11 използването на добавъчен метал при заваряване не е задължително и може да се определи от производителя.
4.2 Специални изисквания за заваряване
За тръби от клас 11, заварени с добавъчен метал, се прилагат следните строги изисквания:
Съединенията трябва да бъдат напълно проникнати и напълно разтопени, като единични- или двойно-заварени челни съединения.
Процесите на заваряване с използване на опорни пръстени са забранени.
Височината на заварената капачка не трябва да надвишава 3 mm.
Всички заварки трябва да бъдат подложени на 100% радиографски тест.
4.3 Изисквания за термична обработка
Спецификациите за топлинна обработка варират според степента:
1–7 клас, 9, 10: Нормализиране на обработката при температура на нагряване не по-ниска от 815 градуса.
8 клас: Закаляване и темпериране или двойно нормализиране, последвано от темпериране.
11 клас: Отгряването е предмет на взаимно споразумение между доставчик и купувач.
Технически изисквания за изпитване на удар
8.1 Изисквания за енергия на удара
За всички степени, с изключение на степен 8, средната енергия на удара на три образеца в комплект не трябва да бъде по-малка от 18 J и нито един образец не трябва да пада под 14 J. Ако един образец е под индивидуалния минимум или два образеца са под средната стойност, но не под индивидуалния минимум, се разрешава повторно изпитване.
8.2 Специални изисквания за 8 клас
Степен 8 изисква странично разширение от поне 0,38 mm на образец. Този критерий, извлечен от принципите на механиката на счупването, осигурява по-точна оценка на устойчивостта на материала срещу напукване при свръх-ниски-температурни условия.
13.1 Размери на образеца
Трябва да се използват образци за удар с V-нарез на Шарпи. Предпочитаният размер е 10×10 мм. Когато дебелината на материала е недостатъчна, трябва да се използва най-големият възможен под-образец със съответната корекция на температурата на изпитване, както е посочено.
14.1.2 Регулиране на тестовата температура
Когато се използва образец с под{0}}размер и ширината на прореза е по-малка от 80% от действителната дебелина на материала, температурата на изпитване трябва да се понижи от стойността, посочена в таблица 4. Размерът на намалението се изчислява в съответствие с таблица 6 от стандарта.
Изисквания за проверка и изпитване
15.1 Хидростатично или не-разрушително електрическо изпитване
Всяка тръба трябва да бъде подложена или на хидростатичен тест, или на не-разрушителен електрически тест. Производителят може да избере типа тест, освен ако не е посочено друго в поръчката за покупка.
15.3 Критерии за приемане за не-разрушителен контрол
Някои визуални несъвършенства са приемливи, ако отговарят на следните условия:
Дълбочина по-малка от 0,1 mm, или
Дълбочина по-малка от 12,5% от определената дебелина на стената (което от двете е по-голямо).
Позволените несъвършенства включват драскотини, грапавост на повърхността, вдлъбнатини и следи от изправяне.
Изисквания за маркиране
В допълнение към маркировките, изисквани от A999/A999M, се маркира следното:
Горещо обработено / Студено изтеглено
Безшевни / Заварени
Номер на поръчката
Буквите „LT“, последвани от температурата на изпитване на удар
Ако размерите на завършената тръба не са достатъчни за получаване на образец за удар с под-размер, маркировката трябва не включете „LT“ или тестовата температура, освен ако не е посочено допълнително изискване S1.
Казуси от индустрията
Приложения за LNG проекти
В проектите за втечнен природен газ тръбопроводите ASTM A333 степен 3 и степен 8 се използват широко в среда с ултра-ниска-температура при -162 градуса. В широкомащабен -проект за приемен терминал за втечнен природен газ, тръби от степен 3 бяха използвани в системата за възстановяване на BOG (изпарен газ), докато тръби от степен 8 бяха разположени в главните преносни линии за втечнен природен газ. Чрез строг контрол на процесите на топлинна обработка и валидиране чрез изпитване на удар, целостта на материала и безопасността на тръбопроводите при екстремни криогенни условия бяха напълно осигурени.
Приложения в нефтохимическата промишленост
В съоръженията за производство на етилен тръбопроводите ASTM A333 степен 6 се прилагат в системи за разделяне при ниска-температура, работещи при -45 градуса. Проект за етилен с милион{6}}тона-на-година внедри тръби от клас 6 в захранващата система на деметанизатора. Чрез налагане на строги протоколи за инспекция на материалите и контрол на качеството на заваряване, съоръжението постигна дългосрочна, безопасна и стабилна работа.
Приложения в ядрената енергетика
В спомагателните системи на ядрени електроцентрали материалите ASTM A333 се използват в ниско-температурни приложения, като например системата за важна сервизна вода. В конкретен ядрен проект бяха избрани тръби от степен 1 за системи за охлаждане с морска вода. Чрез оптимизиран дизайн на химичния състав и усъвършенствани производствени процеси, материалът отговаря на строгите изисквания за компоненти с ядрен -клас.