Standard ASTM A333/A333M-18 je bil razvit za izpolnjevanje posebnih potreb materialov tlačnih cevovodov, ki delujejo v kriogenih okoljih v petrokemični industriji, industriji utekočinjenega zemeljskega plina (LNG) in hladilni industriji. V kriogenih pogojih je tradicionalno ogljikovo jeklo podvrženo krhkemu prehodu, zaradi česar je nagnjeno k krhkemu lomu; zato so za zagotovitev varnega delovanja opreme potrebni posebni standardi za materiale.
Stopnje materiala in zahteve glede kemične sestave
Standard zajema devet razredov feritnih jekel, od katerih je vsak zasnovan in legiran za določene najnižje delovne temperature:
| Ocena | Temperatura udarnega preskusa | Primarni legirni elementi | Proizvodni proces |
|---|---|---|---|
| 1. razred | -45 stopinj | C-Mn | Brezšivni/varjeni |
| 3. razred | -100 stopinj | 3,5Ni | Brezšivni/varjeni |
| 4. razred | -100 stopinj | Nizko{0}}ogljični Mn | Samo brezšivno |
| 6. razred | -45 stopinj | C-Mn | Brezšivni/varjeni |
| 7. razred | -75 stopinj | 2,25Ni | Brezšivni/varjeni |
| 8. razred | -195 stopinj | 9Ni | Brezšivni/varjeni |
| 9. razred | -75 stopinj | 1,9Ni-0,8Cu | Brezšivni/varjeni |
| 10. razred | -60 stopinj | Visok Mn | Brezšivni/varjeni |
| 11. razred | -195 stopinj | 36Ni | Brezšivni/varjeni |
Zahteve glede kemične sestave so strogo nadzorovane, zlasti glede elementov nečistoč, kot sta žveplo in fosfor. Vsebnost žvepla ne sme presegati 0,025 %, vsebnost fosforja pa je omejena na 0,025 %–0,035 %, odvisno od stopnje. Ta strog nadzor je bistven za zagotovitev ustrezne-nizkotemperaturne žilavosti.
Zahteve glede mehanskih lastnosti
Standard določa jasne zahteve glede nateznih lastnosti in udarne žilavosti v vseh razredih:
| Lastnina | 1. razred | 3. razred | 4. razred | 8. razred | 11. razred |
|---|---|---|---|---|---|
| Najmanjša natezna trdnost (MPa) | 380 | 450 | 415 | 690 | 450 |
| Najmanjša meja tečenja (MPa) | 205 | 240 | 240 | 515 | 240 |
| Najmanjši raztezek (%) | 35 | 30 | 30 | 22 | 18 |
| Zahteva po energiji udarca | Večji ali enak 18 J | Večji ali enak 18 J | Večji ali enak 18 J | Bočna ekspanzija Večja ali enaka 0,38 mm | Večji ali enak 18 J |
Stopnja 8 in 11 sta namenjena za uporabo pri ultra-nizkih-temperaturah (-195 stopinj), njune zahteve glede preskusa udarca pa se razlikujejo od drugih stopenj. Stopnja 8 zahteva stransko raztezanje najmanj 0,38 mm, medtem ko stopnja 11, čeprav zahteva enako vrednost energije udarca (večja ali enaka 18 J) kot druge stopnje, deluje pri še nižji delovni temperaturi.
Zahteve glede izdelave
4.1 Metoda izdelave
Jeklene cevi se izdelujejo z brezšivnimi ali varjenimi postopki, brez dodajanja polnilne kovine med varjenjem. Vendar se razred 4 izdeluje izključno po brezšivnem postopku. Za stopnjo 11 je uporaba dodajne kovine pri varjenju neobvezna in jo lahko določi proizvajalec.
4.2 Posebne zahteve za varjenje
Za cevi razreda 11, varjene z dodajno kovino, veljajo naslednje stroge zahteve:
Spoji morajo biti v celoti prebadani in popolnoma zataljeni, bodisi kot enojni- ali dvojno-varjeni sočelni spoji.
Varjenje z uporabo nosilnih obročev je prepovedano.
Višina zvarne kapice ne sme presegati 3 mm.
Vsi zvari morajo biti podvrženi 100-odstotnemu radiografskemu testiranju.
4.3 Zahteve za toplotno obdelavo
Specifikacije toplotne obdelave se razlikujejo glede na stopnjo:
1.–7., 9., 10. razred: Normaliziranje obdelave pri temperaturi ogrevanja, ki ni nižja od 815 stopinj.
8. razred: Kaljenje in popuščanje ali dvojna normalizacija, ki ji sledi popuščanje.
11. razred: Žarjenje je predmet medsebojnega dogovora med dobaviteljem in kupcem.
Tehnične zahteve za preskus udarca
8.1 Zahteve glede energije udarca
Za vse razrede, razen za razred 8, povprečna udarna energija treh vzorcev v nizu ne sme biti manjša od 18 J in noben posamezen vzorec ne sme pasti pod 14 J. Če je en vzorec pod posameznim minimumom ali sta dva primerka pod povprečjem, vendar ne pod posameznim minimumom, je dovoljeno ponovno preskušanje.
8.2 Posebne zahteve za 8. razred
Stopnja 8 zahteva stransko razširitev vsaj 0,38 mm na vzorec. To merilo, ki izhaja iz načel mehanike loma, zagotavlja natančnejšo oceno odpornosti materiala na razpoke pri ultra-nizkih-temperaturnih pogojih.
13.1 Mere vzorca
Uporabijo se udarni vzorci Charpy V-zareze. Zaželena velikost je 10×10 mm. Kadar debelina materiala ni zadostna, je treba uporabiti vzorec največje možne pod-velikosti z ustrezno prilagoditvijo preskusne temperature, kot je določeno.
14.1.2 Nastavitev preskusne temperature
Kadar se uporabi primerek pod-velikosti in je širina zareze manjša od 80 % dejanske debeline materiala, se preskusna temperatura zniža z vrednosti, navedene v preglednici 4. Količina zmanjšanja se izračuna v skladu s preglednico 6 standarda.
Zahteve za pregled in testiranje
15.1 Hidrostatični ali ne-destruktivni električni preskusi
Vsaka cev mora biti podvržena hidrostatičnemu preskusu ali neporušitvenemu električnemu preskusu. Proizvajalec lahko izbere vrsto preskusa, razen če je v naročilnici določeno drugače.
15.3 Merila sprejemljivosti za ne-porušitveni pregled
Določene vizualne pomanjkljivosti so sprejemljive, če izpolnjujejo naslednje pogoje:
Globina manj kot 0,1 mm, oz
Globina manj kot 12,5 % predpisane debeline stene (kar je večje).
Dovoljene nepravilnosti vključujejo praske, hrapavost površine, vdolbine in sledi ravnanja.
Zahteve za označevanje
Poleg oznak, ki jih zahteva A999/A999M, mora biti označeno naslednje:
Vroče obdelano/hladno vlečeno
Brezšivni/varjeni
Številka naročila
Črke "LT", ki jim sledi temperatura preskusa udarca
Če dimenzije končne cevi ne zadoščajo za pridobitev udarnega vzorca pod-velikosti, mora oznaka ne vključite "LT" ali preskusno temperaturo, razen če je navedena dodatna zahteva S1.
Študije primerov uporabe v industriji
Projektne aplikacije LNG
Pri projektih LNG se cevovodi ASTM A333 stopnje 3 in 8 pogosto uporabljajo v ultra{3}}nizkih{4}}temperaturnih okoljih pri -162 stopinjah. V obsežnem-projektu sprejemnega terminala za UZP so bile cevi stopnje 3 uporabljene v sistemu za rekuperacijo BOG (Boil-Off Gas), medtem ko so bile cevi stopnje 8 nameščene v glavnih daljnovodih za UZP. S strogim nadzorom postopkov toplotne obdelave in validacijo s preskusom udarcev sta bili v celoti zagotovljeni celovitost materiala in varnost cevovodov v ekstremnih kriogenih pogojih.
Aplikacije v petrokemični industriji
V enotah za proizvodnjo etilena se cevovodi ASTM A333 stopnje 6 uporabljajo v sistemih za nizko-temperaturno ločevanje, ki delujejo pri -45 stopinjah. Projekt etilena za milijon-ton-na-leto je v dovodni sistem demetanizatorja uvedel cevi stopnje 6. Z uveljavljanjem strogih protokolov za inšpekcijo materialov in nadzorom kakovosti varjenja je objekt dosegel dolgoročno, varno in stabilno delovanje.
Aplikacije v industriji jedrske energije
V pomožnih sistemih jedrskih elektrarn se materiali ASTM A333 uporabljajo pri nizko-temperaturnih aplikacijah, kot je sistem pomembne servisne vode. V posebnem jedrskem projektu so bile za hladilne sisteme z morsko vodo izbrane cevi razreda 1. Z optimizirano zasnovo kemične sestave in izpopolnjenimi proizvodnimi procesi je material izpolnil stroge zahteve za komponente jedrske-razrednosti.