Стандарт ASTM A333/A333M-18 был разработан для удовлетворения особых потребностей материалов для напорных трубопроводов, работающих в криогенных средах в нефтехимической промышленности, производстве сжиженного природного газа (СПГ) и холодильной промышленности. В криогенных условиях традиционная углеродистая сталь подвергается хрупкому переходу, что делает ее склонной к хрупкому разрушению; поэтому для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования необходимы специализированные стандарты материалов.
Требования к маркам материалов и химическому составу
Стандарт охватывает девять марок ферритных сталей, каждая из которых разработана и легирована для определенных минимальных рабочих температур:
| Оценка | Температура испытания на удар | Первичные легирующие элементы | Производственный процесс |
|---|---|---|---|
| 1 класс | -45 градусов | C-Mn | Бесшовные/Сварные |
| 3 класс | -100 градусов | 3,5Ни | Бесшовные/Сварные |
| 4 класс | -100 градусов | Низко-углеродистый Mn | Только бесшовные |
| 6 класс | -45 градусов | C-Mn | Бесшовные/Сварные |
| 7 класс | -75 градусов | 2,25Ни | Бесшовные/Сварные |
| 8 класс | -195 градусов | 9Ни | Бесшовные/Сварные |
| 9 класс | -75 градусов | 1,9Ни-0,8Си | Бесшовные/Сварные |
| 10 класс | -60 градусов | Высокий Мн | Бесшовные/Сварные |
| 11 класс | -195 градусов | 36Ни | Бесшовные/Сварные |
Требования к химическому составу строго контролируются, особенно в отношении таких примесных элементов, как сера и фосфор. Содержание серы не должно превышать 0,025 %, а содержание фосфора ограничивается 0,025–0,035 % в зависимости от марки. Этот строгий контроль необходим для обеспечения достаточной прочности при низких-температурах.
Требования к механическим свойствам
Стандарт устанавливает четкие требования к свойствам растяжения и ударной вязкости для всех марок:
| Свойство | 1 класс | 3 класс | 4 класс | 8 класс | 11 класс |
|---|---|---|---|---|---|
| Минимальная прочность на разрыв (МПа) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Минимальный предел текучести (МПа) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Минимальное удлинение (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Требование к энергии удара | Больше или равно 18 Дж | Больше или равно 18 Дж | Больше или равно 18 Дж | Боковое расширение Больше или равно 0,38 мм | Больше или равно 18 Дж |
Примечательно, что класс 8 и класс 11 предназначены для эксплуатации при сверх-низких-температурах (-195 градусов), и требования к их ударным испытаниям отличаются от требований других классов. Класс 8 требует бокового расширения не менее 0,38 мм, в то время как класс 11, хотя и требует того же значения энергии удара (больше или равного 18 Дж), что и другие классы, работает при еще более низкой рабочей температуре.
Производственные требования
4.1 Метод изготовления
Стальные трубы должны изготавливаться либо бесшовным способом, либо сваркой, без добавления присадочного металла во время сварки. Однако сорт 4 должен производиться исключительно бесшовным способом. Для класса 11 использование присадочного металла при сварке не является обязательным и может быть определено изготовителем.
4.2 Особые требования к сварке
К трубам класса 11, сваренным присадочным металлом, предъявляются следующие строгие требования:
Соединения должны быть полностью проварными и полностью проплавленными, будь то одинарные- или двойные-сварные стыковые соединения.
Сварочные процессы с использованием подкладных колец запрещены.
Высота приварного колпачка не должна превышать 3 мм.
Все сварные швы должны пройти 100% радиографический контроль.
4.3 Требования к термообработке
Характеристики термообработки различаются в зависимости от марки:
1–7, 9, 10 классы: Нормализующая обработка при температуре нагрева не менее 815 градусов.
8 класс: Закалка и отпуск или двойная нормализация с последующим отпуском.
11 класс: Отжиг осуществляется по взаимному согласию между поставщиком и покупателем.
Технические требования к испытаниям на удар
8.1 Требования к энергии удара
Для всех классов, кроме класса 8, средняя энергия удара трех образцов в наборе должна быть не менее 18 Дж, и ни один образец не должен опускаться ниже 14 Дж. Если один образец ниже индивидуального минимума или два образца ниже среднего, но не ниже индивидуального минимума, допускается повторное испытание.
8.2 Особые требования для 8 класса
Для класса 8 требуется боковое расширение не менее 0,38 мм на образец. Этот критерий, основанный на принципах механики разрушения, обеспечивает более точную оценку устойчивости материала к растрескиванию в условиях сверх-низких-температур.
13.1 Размеры образца
Должны использоваться ударные образцы по Шарпи с V-надрезом. Предпочтительный размер – 10×10 мм. Если толщина материала недостаточна, следует использовать образец наибольшего возможного размера меньшего- размера с соответствующей регулировкой температуры испытания, как указано.
14.1.2 Регулировка испытательной температуры
Если используется образец меньшего- размера и ширина надреза составляет менее 80 % фактической толщины материала, температура испытания должна быть снижена по сравнению со значением, указанным в таблице 4. Величина уменьшения должна рассчитываться в соответствии с таблицей 6 стандарта.
Требования к проверкам и испытаниям
15.1 Гидростатические или не-электрические испытания
Каждая трубка должна пройти либо гидростатическое испытание, либо не-неразрушающее электрическое испытание. Производитель может выбрать тип испытания, если иное не указано в заказе на поставку.
15.3 Критерии приемки не-неразрушающего контроля
Определенные визуальные недостатки допустимы, если они соответствуют следующим условиям:
Глубина менее 0,1 мм, или
Глубина менее 12,5 % от указанной толщины стены (в зависимости от того, что больше).
К допустимым дефектам относятся царапины, шероховатости поверхности, вмятины и следы от выпрямления.
Требования к маркировке
Помимо маркировки, требуемой А999/А999М, должно быть маркировано следующее:
Горячая обработка/холодная вытяжка
Бесшовные/Сварные
Номер заказа
Буквы «LT», за которыми следует температура испытания на удар.
Если размеры готовой трубы недостаточны для получения ударного образца меньшего-размера, маркировка должна быть нет включать «LT» или температуру испытания, если не указано дополнительное требование S1.
Примеры применения в промышленности
Заявки на проекты СПГ
В проектах СПГ трубопроводы ASTM A333 классов 3 и 8 широко используются в условиях сверх-низких-температур при -162 градусах. В проекте крупномасштабного-терминала по приему СПГ трубы класса 3 использовались в системе рекуперации отпарного газа (отпарного газа), а трубы класса 8 были установлены на основных линиях передачи СПГ. Благодаря строгому контролю процессов термообработки и проверке ударными испытаниями была полностью обеспечена целостность материала и безопасность трубопроводов в экстремальных криогенных условиях.
Применение в нефтехимической промышленности
На установках по производству этилена трубопроводы ASTM A333 класса 6 применяются в низкотемпературных системах разделения, работающих при -45 градусах. В рамках проекта по производству этилена мощностью в миллион-тонн-в-год в системе подачи деметанизатора установлены трубы класса 6. Благодаря соблюдению строгих протоколов проверки материалов и контроля качества сварки предприятие добилось долгосрочной, безопасной и стабильной работы.
Применение в атомной энергетике
Во вспомогательных системах атомных электростанций материалы ASTM A333 используются при низких-температурах, таких как система важного технического водоснабжения. В конкретном ядерном проекте для систем охлаждения морской водой были выбраны трубы класса 1. Благодаря оптимизированному химическому составу и усовершенствованным производственным процессам материал соответствует строгим требованиям, предъявляемым к компонентам ядерного-класса.