Tubería de acero de baja temperatura ASTM A333 Grado 6

ASTM A333 - Especificación estándar para tubos sin costura y tubos de acero soldados para servicio a baja temperatura y otras aplicaciones con tenacidad de entalla requerida.

ASTM A333 es una norma para materiales de tuberías diseñada para entornos de baja temperatura. Es adecuada para la fabricación de recipientes a presión y sistemas de tuberías para intercambiadores de calor de baja temperatura. Esta norma, desarrollada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), abarca principalmente tuberías de acero sin costura y tuberías de acero soldadas. Se utiliza ampliamente en diversos equipos y sistemas en entornos de baja temperatura.

Esta especificación abarca tubos de acero al carbono y de acero aleado, tanto sin costura como soldados, de pared gruesa para uso a baja temperatura. Los tubos deben fabricarse mediante procesos sin costura o soldados, sin añadir metal de aportación durante el proceso de soldadura. Algunas especificaciones de producto podrían no estar contempladas en esta norma debido al efecto adverso de un espesor de pared excesivo en el rendimiento de impacto a baja temperatura. La norma incluye múltiples grados de acero ferrítico.

Materiales y especificaciones:
La norma ASTM A333 incluye varios grados, que se pueden dividir en Grado 1, Grado 3, Grado 4, Grado 6, Grado 7, Grado 8, Grado 9, Grado 10 y Grado 11, según el material.

Entre ellos, los grados A333 Gr.6 y Gr.3 son los más utilizados.

Diámetro exterior (DE): 1/2" (21,3 mm) ~ 36" (914,4 mm)
Espesor de pared (WT): SCH 10S ~ XXS (2,11 ~ 60 mm)

Aplicación del producto:

Aplicable a tuberías de acero sin costura para tuberías de recipientes a presión de baja temperatura y tuberías de intercambiadores de calor de baja temperatura a temperaturas de -45 °C a -195 °C.
Se utiliza principalmente para el transporte de medios de baja temperatura como gas natural licuado (GNL), nitrógeno líquido y oxígeno líquido.
Se utiliza comúnmente en la industria petroquímica, el procesamiento de gas natural, los sistemas de refrigeración y otros sectores.

Grados principales y temperaturas de aplicación:

La norma ASTM A333 incluye varios grados, cada uno con diferente composición química y temperatura de aplicación.

Nota: Los grados 6 y 3 son los más utilizados, mientras que los grados 7 y 8 se emplean para temperaturas ultrabajas (como tanques de almacenamiento de GNL).
Acero sin níquel (grados 1, 6 y 10): económico, apto para entornos de -45 °C a -60 °C.
Acero con níquel (grados 3, 7, 8, 9 y 11): apto para temperaturas más bajas (-75 °C a -196 °C), pero con un coste superior.

Características de rendimiento:
1. Tenacidad a bajas temperaturas: La tubería de acero ASTM A333 ha recibido un tratamiento especial y presenta una excelente tenacidad a bajas temperaturas, manteniendo excelentes propiedades mecánicas y resistencia al impacto en entornos de bajas temperaturas de -45 °C a -195 °C.
2. Alta resistencia: Estos tubos de acero presentan alta resistencia a la tracción y al límite elástico, y pueden soportar mayor presión y carga.

3. Buena soldabilidad: Los tubos de acero ASTM A333 presentan buena soldabilidad y pueden conectarse mediante diversos métodos de soldadura, como soldadura por arco, soldadura por resistencia, etc.
4. Resistencia a la corrosión: Presentan buena resistencia a la corrosión en entornos de baja temperatura y pueden resistir la erosión de diversos medios corrosivos.

Requisitos químicos de la norma ASTM A333:

Requisitos clave de rendimiento:

Resistencia al impacto: Debe superar la prueba de impacto Charpy con entalla en V (temperatura de -45 °C o inferior).
Tratamiento térmico: Se requiere un tratamiento de normalización o temple y revenido para garantizar el rendimiento a baja temperatura.
Ensayos no destructivos: Pruebas radiográficas o ultrasónicas 100 %.

Aplicaciones típicas:

Las tuberías de acero ASTM A333 se utilizan principalmente en los siguientes campos:
Recipientes a presión criogénicos: como tanques de almacenamiento de gas natural licuado (GNL), tanques de almacenamiento de oxígeno líquido, etc.
Intercambiadores de calor criogénicos: como intercambiadores de calor en equipos de separación de aire, condensadores en sistemas de refrigeración, etc. Otros equipos criogénicos: como tuberías de transmisión criogénica, válvulas criogénicas, etc.

Además, las tuberías de acero ASTM A333 se utilizan ampliamente en las industrias petroquímica, de transmisión de gas natural, energética, aeroespacial y naval. Como principales materiales estructurales para la fabricación de tuberías de recipientes a presión criogénicos, tuberías de transmisión de gas natural, condensadores, calderas y otros equipos de energía en el sector petroquímico, y como principales materiales estructurales para sistemas hidráulicos, sistemas de combustible y otros equipos en el sector aeroespacial.

Proceso de fabricación:

- Las tuberías de acero se pueden fabricar mediante dos procesos: sin costura o soldadas, pero no se permite la adición de metal de aportación durante el proceso de soldadura. Ambos métodos de fabricación requieren el control de la microestructura de la tubería de acero para garantizar su calidad y rendimiento.

- Las tuberías de acero sin costura se suelen fabricar mediante laminación en caliente, estirado en frío y otros procesos, lo que garantiza una alta precisión dimensional y una buena calidad superficial. Las tuberías de acero soldadas se fabrican mediante laminación de placas de acero para formar tubos y soldadura, con una alta eficiencia de producción y un costo relativamente bajo.

Requisitos de calidad superficial:

- La superficie de la tubería de acero debe estar libre de grietas, pliegues, cicatrices, delaminación y otros defectos evidentes. Los defectos superficiales se consideran defectos si penetran más del 12,5 % del espesor nominal de la pared o superan el espesor mínimo de pared. En el caso de tuberías de acero con defectos, se puede proceder al rectificado para eliminarlos (siempre que el espesor de pared restante se encuentre dentro del rango especificado), a la reparación según las normas de reparación por soldadura, al corte de la sección defectuosa de la tubería dentro del rango de longitud requerido o al rechazo directo.

Dimensiones y tolerancias:

La norma estipula claramente las dimensiones de las tuberías de acero, como el diámetro exterior, el espesor de la pared, la longitud y el rango de tolerancia correspondiente, para garantizar la precisión dimensional y la intercambiabilidad de las tuberías de acero. Por ejemplo, las tolerancias del diámetro exterior y del espesor de la pared deben cumplir ciertos requisitos de precisión para garantizar que la tubería de acero se pueda conectar e instalar correctamente con otros accesorios o equipos de tubería.

Requisitos de rendimiento mecánico:

- Propiedades de tracción: Las tuberías de acero deben cumplir con los indicadores de rendimiento de tracción especificados, como la resistencia a la tracción y el límite elástico. Estos indicadores reflejan la capacidad de las tuberías de acero para resistir la deformación y el daño al ser sometidas a fuerza.

- Tenacidad al impacto: Dado que se utiliza en entornos de baja temperatura, la tenacidad al impacto es un indicador de rendimiento muy importante. Las tuberías de acero deben someterse a pruebas de impacto en condiciones específicas de baja temperatura para garantizar que tengan la tenacidad suficiente a bajas temperaturas para evitar la fractura frágil. Por ejemplo, algunos grados de tuberías de acero pueden requerir pruebas de impacto a -45 °C o temperaturas inferiores y tener un valor mínimo promedio de impacto con entalla.

Métodos de ensayo:

- Ensayo de tracción: El ensayo de tracción se realiza de acuerdo con los métodos y definiciones de ensayo especificados en la norma ASTM A370 para determinar la resistencia a la tracción, el límite elástico y otras propiedades mecánicas de las tuberías de acero.
- Ensayo de impacto: El método de ensayo de impacto con barra con entalla especificado en la norma ASTM E23 se utiliza para comprobar la tenacidad al impacto de las tuberías de acero a bajas temperaturas.

- Prueba hidrostática: Según sea necesario, la tubería de acero se somete a una prueba hidrostática para verificar su estanqueidad y resistencia. Parámetros como la presión y la duración de la prueba hidrostática deben realizarse de acuerdo con las disposiciones de la norma.
- Pruebas no destructivas: Los fabricantes pueden optar por realizar pruebas eléctricas no destructivas, como pruebas de corrientes de Foucault, pruebas ultrasónicas, etc., para detectar defectos en el interior y la superficie de la tubería de acero.

Comparación con otras tuberías de baja temperatura:

ASTM A334: Tuberías sin costura para baja temperatura, diseñadas para tubos de intercambio de calor.
ASTM A350: Piezas forjadas para baja temperatura, utilizadas para bridas de tuberías, válvulas, etc.
API 5L: Temperatura convencional, no apta para baja temperatura.

Recomendaciones para la selección de materiales:

Por encima de -45 °C: Grado 1/Grado 6 opcional
Alrededor de -100 °C: Grado 3 requerido
Por debajo de -195 °C: Grado 7/Grado 8 requerido

Esta norma garantiza que la tubería de acero mantenga una tenacidad suficiente.

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