Norma ASTM A333/A333M-18 razvijena je kako bi zadovoljila specifične potrebe materijala za tlačne cjevovode koji rade u kriogenim okruženjima u petrokemijskoj industriji, industriji ukapljenog prirodnog plina (LNG) i rashladnoj industriji. Pod kriogenim uvjetima, tradicionalni ugljični čelik prolazi krti prijelaz, što ga čini sklonim krtom lomu; stoga su potrebni posebni standardi materijala kako bi se osigurao siguran rad opreme.
Zahtjevi za stupnjeve materijala i kemijski sastav
Standard obuhvaća devet razreda feritnih čelika, od kojih je svaki dizajniran i legiran za određene minimalne radne temperature:
| Razred | Temperatura ispitivanja udarom | Primarni legirajući elementi | Proces proizvodnje |
|---|---|---|---|
| 1. stupanj | -45 stupnjeva | C-Mn | Bešavne/zavarene |
| 3. stupanj | -100 stupnjeva | 3.5Ni | Bešavne/zavarene |
| 4. razred | -100 stupnjeva | Nisko-ugljični Mn | Samo besprijekorno |
| 6. razred | -45 stupnjeva | C-Mn | Bešavne/zavarene |
| 7. razred | -75 stupnjeva | 2.25Ni | Bešavne/zavarene |
| 8. razred | -195 stupnjeva | 9Ni | Bešavne/zavarene |
| 9. razred | -75 stupnjeva | 1,9Ni-0,8Cu | Bešavne/zavarene |
| 10. razred | -60 stupnjeva | Visoki Mn | Bešavne/zavarene |
| 11. razred | -195 stupnjeva | 36Ni | Bešavne/zavarene |
Zahtjevi za kemijski sastav su strogo kontrolirani, posebno za nečistoće kao što su sumpor i fosfor. Sadržaj sumpora ne smije prelaziti 0,025%, a sadržaj fosfora ograničen je na 0,025%–0,035% ovisno o stupnju. Ova stroga kontrola neophodna je kako bi se osigurala odgovarajuća otpornost-na niske temperature.
Zahtjevi mehaničkih svojstava
Norma utvrđuje jasne zahtjeve za vlačna svojstva i udarnu žilavost za sve stupnjeve:
| Vlasništvo | 1. stupanj | 3. stupanj | 4. razred | 8. razred | 11. razred |
|---|---|---|---|---|---|
| Minimalna vlačna čvrstoća (MPa) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Minimalna čvrstoća razvlačenja (MPa) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Minimalno istezanje (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Potreba za energijom udara | Veći ili jednak 18 J | Veći ili jednak 18 J | Veći ili jednak 18 J | Bočna ekspanzija Veća ili jednaka 0,38 mm | Veći ili jednak 18 J |
Naime, stupanj 8 i stupanj 11 namijenjeni su za rad na ultra-niskim-temperaturama (-195 stupnjeva), a njihovi zahtjevi za ispitivanje udarom razlikuju se od ostalih razreda. Stupanj 8 nalaže bočno širenje od najmanje 0,38 mm, dok stupanj 11, iako zahtijeva istu vrijednost energije udarca (veću ili jednaku 18 J) kao i drugi stupnjevi, radi na još nižoj radnoj temperaturi.
Zahtjevi za proizvodnju
4.1 Metoda proizvodnje
Čelične cijevi se proizvode ili bešavnim postupkom ili postupkom zavarivanja, bez dodavanja dodatnog metala tijekom zavarivanja. Međutim, stupanj 4 mora se proizvoditi isključivo bešavnim postupkom. Za stupanj 11, upotreba dodatnog metala u zavarivanju nije obavezna i može je odrediti proizvođač.
4.2 Posebni zahtjevi za zavarivanje
Za cijevi razreda 11 zavarene dodatnim metalom vrijede sljedeći strogi zahtjevi:
Spojevi moraju biti potpuno probušeni i potpuno spojeni, bilo kao jedno- ili dvostruko-zavareni sučeoni spojevi.
Zabranjeni su postupci zavarivanja s potpornim prstenovima.
Visina zavarene kapice ne smije biti veća od 3 mm.
Svi zavari moraju biti podvrgnuti 100% radiografskom ispitivanju.
4.3 Zahtjevi za toplinsku obradu
Specifikacije toplinske obrade razlikuju se ovisno o stupnju:
Razred 1–7, 9, 10: Normaliziranje tretmana na temperaturi grijanja ne nižoj od 815 stupnjeva.
8. razred: Kaljenje i popuštanje ili dvostruka normalizacija nakon koje slijedi popuštanje.
11. razred: Žarenje je predmet međusobnog dogovora između dobavljača i kupca.
Tehnički zahtjevi za ispitivanje udarom
8.1 Zahtjevi za energiju udara
Za sve stupnjeve osim stupnja 8, prosječna energija udarca tri uzorka u kompletu ne smije biti manja od 18 J, a niti jedan uzorak ne smije pasti ispod 14 J. Ako je jedan uzorak ispod pojedinačnog minimuma, ili su dva uzorka ispod prosjeka, ali ne ispod pojedinačnog minimuma, dopušteno je ponovno ispitivanje.
8.2 Posebni zahtjevi za 8. razred
Stupanj 8 zahtijeva bočno širenje od najmanje 0,38 mm po uzorku. Ovaj kriterij, izveden iz principa mehanike loma, daje točniju procjenu otpornosti materijala na pucanje u uvjetima ultra-niske-temperature.
13.1 Dimenzije uzorka
Moraju se koristiti Charpyjevi udarni uzorci s V-zarezom. Poželjna veličina je 10×10 mm. Kada je debljina materijala nedovoljna, upotrijebit će se uzorak najveće moguće pod-veličine, uz odgovarajuću prilagodbu ispitne temperature kako je navedeno.
14.1.2 Podešavanje temperature ispitivanja
Kada se koristi uzorak manje veličine, a širina zareza je manja od 80% stvarne debljine materijala, temperatura ispitivanja mora se sniziti s vrijednosti navedene u tablici 4. Količina smanjenja mora se izračunati u skladu s tablicom 6 standarda.
Zahtjevi za inspekciju i testiranje
15.1 Hidrostatsko ili ne-destruktivno električno ispitivanje
Svaka cijev mora biti podvrgnuta ili hidrostatskom ispitivanju ili ne-destruktivnom električnom ispitivanju. Proizvođač može odabrati vrstu ispitivanja osim ako nije drugačije navedeno u narudžbenici.
15.3 Kriteriji prihvaćanja za ne-destruktivnu inspekciju
Određene vizualne nesavršenosti su prihvatljive ako ispunjavaju sljedeće uvjete:
Dubina manja od 0,1 mm, ili
Dubina manja od 12,5% navedene debljine stijenke (što god je veće).
Dopuštene nesavršenosti uključuju ogrebotine, hrapavost površine, udubljenja i tragove ispravljanja.
Zahtjevi za označavanje
Uz oznake koje zahtijeva A999/A999M, mora biti označeno sljedeće:
Vruće obrađeno/hladno vučeno
Bešavne/zavarene
Broj narudžbe
Slova "LT" iza kojih slijedi temperatura ispitivanja udarom
Ako dimenzije gotove cijevi nisu dovoljne za dobivanje udarnog uzorka ispod-veličine, oznaka mora ne uključite "LT" ili ispitnu temperaturu, osim ako nije naveden dodatni zahtjev S1.
Studije slučaja primjene u industriji
Prijave LNG projekta
U LNG projektima, ASTM A333 Grade 3 i Grade 8 cjevovodi se naširoko koriste u okruženjima ultra-niskih-temperatura na -162 stupnja. U -projektu terminala za prijem LNG-a velikih razmjera, cijevi stupnja 3 korištene su u sustavu za oporavak BOG-a (Boil-Off Gas), dok su cijevi stupnja 8 postavljene u glavnim LNG prijenosnim vodovima. Kroz rigoroznu kontrolu procesa toplinske obrade i validaciju putem ispitivanja na udar, cjelovitost materijala i sigurnost cjevovoda u ekstremnim kriogenim uvjetima bili su u potpunosti osigurani.
Primjene u petrokemijskoj industriji
U jedinicama za proizvodnju etilena, ASTM A333 Grade 6 cjevovodi se primjenjuju u sustavima za odvajanje niske-temperature koji rade na -45 stupnjeva. Milijun{6}}tona-po-godišnjem projektu etilena implementirane su cijevi stupnja 6 u sustav napajanja demetanizera. Provođenjem strogih protokola za inspekciju materijala i kontrole kvalitete zavarivanja, postrojenje je postiglo dugotrajan, siguran i stabilan rad.
Primjene u industriji nuklearne energije
U pomoćnim sustavima nuklearnih elektrana, materijali ASTM A333 koriste se u primjenama s niskim-temperaturama kao što je važan sustav opskrbne vode. U specifičnom nuklearnom projektu, cijevi Grade 1 odabrane su za sustave hlađenja morskom vodom. Zahvaljujući optimiziranom dizajnu kemijskog sastava i rafiniranim proizvodnim procesima, materijal je ispunio stroge zahtjeve za komponente nuklearnog -razreda.