L'estàndard ASTM A333/A333M-18 es va desenvolupar per satisfer les necessitats específiques dels materials de canonades a pressió que operen en entorns criogènics a les indústries petroquímica, de gas natural liquat (GNL) i de refrigeració. En condicions criogèniques, l'acer al carboni tradicional experimenta una transició fràgil, el que el fa propens a fracturar-se; per tant, es requereixen estàndards de materials especialitzats per garantir el funcionament segur dels equips.
Graus de materials i requisits de composició química
La norma inclou nou graus d'acers ferrítics, cadascun dissenyat i aliat per a temperatures mínimes de servei específiques:
| Grau | Temperatura de prova d'impacte | Elements d'aliatge primari | Procés de fabricació |
|---|---|---|---|
| Grau 1 | -45 graus | C-Mn | Sense costures / Soldats |
| Grau 3 | -100 graus | 3,5 Ni | Sense costures / Soldats |
| Grau 4 | -100 graus | Baix-carboni Mn | Només sense costures |
| Grau 6 | -45 graus | C-Mn | Sense costures / Soldats |
| Grau 7 | -75 graus | 2,25 Ni | Sense costures / Soldats |
| Grau 8 | -195 graus | 9 Ni | Sense costures / Soldats |
| Grau 9 | -75 graus | 1,9Ni-0,8Cu | Sense costures / Soldats |
| Grau 10 | -60 graus | Alt Mn | Sense costures / Soldats |
| Grau 11 | -195 graus | 36 Ni | Sense costures / Soldats |
Els requisits de composició química es controlen estrictament, especialment per als elements d'impuresa com el sofre i el fòsfor. El contingut de sofre no ha de superar el 0,025% i el contingut de fòsfor es limita a un 0,025%–0,035% depenent del grau. Aquest control estricte és essencial per garantir una resistència adequada a baixa-temperatura.
Requisits de propietat mecànica
La norma especifica requisits clars per a les propietats de tracció i la resistència a l'impacte en tots els graus:
| Propietat | Grau 1 | Grau 3 | Grau 4 | Grau 8 | Grau 11 |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistència a la tracció mínima (MPa) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Resistència de rendiment mínima (MPa) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Elongació mínima (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Necessitat d'energia d'impacte | Major o igual a 18 J | Major o igual a 18 J | Major o igual a 18 J | Expansió lateral Major o igual a 0,38 mm | Major o igual a 18 J |
En particular, els graus 8 i 11 estan pensats per a serveis de temperatura ultra-baixa- (-195 graus ), i els requisits de les proves d'impacte difereixen d'altres graus. El grau 8 exigeix una expansió lateral d'almenys 0,38 mm, mentre que el grau 11, tot i que requereix el mateix valor d'energia d'impacte (més o igual a 18 J) que altres graus, funciona a una temperatura de servei encara més baixa.
Requisits de fabricació
4.1 Mètode de fabricació
Els tubs d'acer s'han de fabricar mitjançant processos de soldadura o sense soldadura, sense afegir metall d'aportació durant la soldadura. No obstant això, el grau 4 s'ha de produir exclusivament mitjançant el procés sense fissures. Per al grau 11, l'ús de metall d'aportació a la soldadura és opcional i pot ser determinat pel fabricant.
4.2 Requisits especials de soldadura
Per als tubs de grau 11 soldats amb metall d'aportació, s'apliquen els requisits estrictes següents:
Les juntes s'han de penetrar i fusionar completament, ja sigui com a juntes a tope soldades- o dobles-.
Es prohibeixen els processos de soldadura amb anells de suport.
L'alçada de la tapa de soldadura no ha de superar els 3 mm.
Totes les soldadures s'han de sotmetre a proves radiogràfiques al 100%.
4.3 Requisits de tractament tèrmic
Les especificacions del tractament tèrmic varien segons el grau:
Grau 1-7, 9 i 10: Tractament normalitzador a una temperatura d'escalfament no inferior a 815 graus.
Grau 8: trempat i tremp, o doble normalització seguida de tremp.
Grau 11: El recuit està subjecte a un acord mutu entre proveïdor i comprador.
Requisits tècnics de la prova d'impacte
8.1 Requisits d'energia d'impacte
Per a tots els graus, excepte el grau 8, l'energia d'impacte mitjana de tres exemplars d'un conjunt no ha de ser inferior a 18 J, i cap exemplar individual no ha de baixar de 14 J. Si un exemplar està per sota del mínim individual, o si dos exemplars estan per sota de la mitjana però no per sota del mínim individual, es permetrà tornar a provar.
8.2 Requisit especial per al grau 8
El grau 8 requereix una expansió lateral d'almenys 0,38 mm per mostra. Aquest criteri, derivat dels principis de la mecànica de fractura, proporciona una avaluació més precisa de la resistència del material a l'esquerdament en condicions d'ultra-baixa-temperatura.
13.1 Dimensions de la mostra
S'utilitzaran mostres d'impacte Charpy V-osca. La mida preferida és 10×10 mm. Quan el gruix del material és insuficient, s'ha d'utilitzar la mostra de sub-mida més gran possible, amb l'ajust corresponent de la temperatura de prova tal com s'especifica.
14.1.2 Ajust de temperatura de prova
Quan s'utilitza una mostra de mida inferior -i l'amplada de l'osca és inferior al 80% del gruix real del material, la temperatura de prova s'ha de reduir del valor especificat a la taula 4. La quantitat de reducció s'ha de calcular d'acord amb la taula 6 de la norma.
Requisits d'inspecció i assaig
15.1 Proves elèctriques hidrostàtiques o no-destructives
Cada tub s'ha de sotmetre a una prova hidrostàtica o a una prova elèctrica no-destructiva. El fabricant pot seleccionar el tipus de prova tret que s'especifiqui el contrari a l'ordre de compra.
15.3 Criteris d'acceptació per a la inspecció no-destructiva
Algunes imperfeccions visuals són acceptables si compleixen les condicions següents:
Profunditat inferior a 0,1 mm, o
Profunditat inferior al 12,5% del gruix de paret especificat (el que sigui més gran).
Les imperfeccions permeses inclouen rascades, rugositat de la superfície, sagnats i marques de redreçament.
Requisits de marcatge
A més de les marques exigides per A999/A999M, s'han de marcar les següents:
Treballat en calent / Estirat en fred
Sense costures / Soldats
Número de comanda
Les lletres "LT" seguides de la temperatura de prova d'impacte
Si les dimensions del tub acabat són insuficients per obtenir una mostra d'impacte de mida inferior -, el marcatge ha de no incloure "LT" o la temperatura de prova, tret que s'especifiqui el requisit suplementari S1.
Casos pràctics d'aplicació a la indústria
Aplicacions de projectes de GNL
En els projectes de GNL, els gasoductes ASTM A333 de grau 3 i grau 8 s'utilitzen àmpliament en entorns d'ultra-baixa-temperatura a -162 graus . En un projecte de terminal receptora de GNL a gran-escala, es van utilitzar canonades de grau 3 al sistema de recuperació BOG (Boil-Off Gas), mentre que les canonades de grau 8 es van desplegar a les principals línies de transmissió de GNL. Mitjançant un control rigorós dels processos de tractament tèrmic i la validació mitjançant proves d'impacte, es va assegurar totalment la integritat del material i la seguretat de les canonades en condicions criogèniques extremes.
Aplicacions de la indústria petroquímica
A les unitats de producció d'etilè, les canonades ASTM A333 de grau 6 s'apliquen en sistemes de separació de baixa-temperatura que funcionen a -45 graus . Un projecte d'etilè d'un milió de -tones-per-any va implementar canonades de grau 6 al sistema d'alimentació del desmetanitzador. Mitjançant l'aplicació de protocols d'inspecció de materials estrictes i controls de qualitat de la soldadura, la instal·lació va aconseguir un funcionament a llarg termini, segur i estable.
Aplicacions de la indústria de l'energia nuclear
En els sistemes auxiliars de les centrals nuclears, els materials ASTM A333 s'utilitzen en aplicacions de baixa-temperatura, com ara l'Important Service Water System. En un projecte nuclear específic, es van seleccionar canonades de grau 1 per a sistemes de refrigeració d'aigua de mar. Mitjançant un disseny de composició química optimitzada i processos de fabricació refinats, el material va complir els estrictes requisits dels components de grau-nuclear.