Tubería de acero de aleación de cromo-molibdeno ASTM A691 para servicio de alta-temperatura
Descripción general
ASTM A691cubreTubería de acero de aleación de cromo-molibdeno fabricada mediante soldadura eléctrica-fusión-(incluidos procesos ERW)destinado a servicios de alta-temperatura y alta-presión, normalmente enAplicaciones de generación de energía y refinerías.. Esta especificación es laequivalente soldado de ASTM A335tubería sin costura para condiciones de servicio similares.
Grados de materiales y rangos de aplicación
| Calificación | Designación de aleación | Números P-típicos (ASME) | Rango de temperatura de servicio primario |
|---|---|---|---|
| 1¼Cr-½Mo (CMSH) | 1,25Cr-0,5Mo-Si | P-4, P-5A | Hasta 1100 grados F (593 grados) |
| 2¼Cr-1Mo | 2,25Cr-1Mo | P-5B, P-5C | Hasta 1200 grados F (649 grados) |
| 5Cr-½Mes | 5Cr-0,5Mo | P-7 | Hasta 1200 grados F (649 grados) |
| 9Cr-1Mo | 9Cr-1Mo | P-9 | Hasta 1200 grados F (649 grados) |
| 9Cr-1Mo-V | 9Cr-1Mo-V (Grado 91) | P-91 | Hasta 1300 grados F (704 grados) |
Nota:Estos grados se designan por su contenido nominal de cromo y molibdeno. La tubería soldada debe someterse a un tratamiento térmico completo (normalización y templado) después de la soldadura para cumplir con los requisitos de propiedades mecánicas.
Propiedades mecánicas (requisitos mínimos)
| Calificación | Resistencia a la tracción | Fuerza de producción | Elongación en 2" (min) |
|---|---|---|---|
| 1¼Cr-½Mo | 60.000 psi (415 MPa) | 30.000 psi (205 MPa) | 20% |
| 2¼Cr-1Mo | 60.000 psi (415 MPa) | 30.000 psi (205 MPa) | 20% |
| 5Cr-½Mes | 60.000 psi (415 MPa) | 30.000 psi (205 MPa) | 20% |
| 9Cr-1Mo | 60.000 psi (415 MPa) | 30.000 psi (205 MPa) | 20% |
| 9Cr-1Mo-V (Gr.91) | 85.000 psi (585 MPa) | 60.000 psi (415 MPa) | 20% |
Las propiedades se aplican después del tratamiento térmico final. Las propiedades de tracción a temperaturas más altas se definen en ASME Sección II, Parte D.
Composición química (elementos clave, porcentaje en peso)
| Calificación | C | Minnesota | P (máx.) | S (máx.) | Si | cr | Mes | Otro |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1¼Cr-½Mo | 0,15 máx. | 0.30-0.60 | 0.025 | 0.025 | 0.50-1.00 | 1.00-1.50 | 0.44-0.65 | - |
| 2¼Cr-1Mo | 0,15 máx. | 0.30-0.60 | 0.025 | 0.025 | 0,50 máximo | 2.00-2.50 | 0.87-1.13 | - |
| 5Cr-½Mes | 0,15 máx. | 0.30-0.60 | 0.025 | 0.025 | 0,50 máximo | 4.00-6.00 | 0.45-0.65 | - |
| 9Cr-1Mo | 0,15 máx. | 0.30-0.60 | 0.025 | 0.025 | 0.25-1.00 | 8.00-10.00 | 0.90-1.10 | - |
| 9Cr-1Mo-V | 0.08-0.12 | 0.30-0.60 | 0.020 | 0.010 | 0.20-0.50 | 8.00-9.50 | 0.85-1.05 | V: 0.18-0.25 Nota: 0,06-0,10 N: 0.030-0.070 |
*El grado 91 (9Cr-1Mo-V) tiene estrictos controles de composición para mejorar la resistencia a la fluencia.*
Proceso de fabricación y tratamiento térmico
Secuencia de producción para ERW A691:
Producción de placas/bobinas:Acero aleado con control químico preciso.
Preparación de bordes:Bordes fresados para soldar.
Conformado y soldadura:Conformado en frío y soldado mediante proceso ERW.
Normalización-del cuerpo completo:Calentamiento por encima de la temperatura Ac₃ (normalmente 1600-1900 grados F/870-1040 grados, según el grado) seguido de enfriamiento por aire.
Templado:Recalentar por debajo de Ac₁ (normalmente 1100-1350 grados F/595-730 grados) y mantener para lograr la tenacidad y ductilidad requeridas.
Pruebas e inspección:Pruebas mecánicas y ECM en material-tratado térmicamente.
Crítico:ElLas propiedades mecánicas finales se establecen mediante este tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)., no por la condición-de soldadura.
Tamaños estándar y tolerancias dimensionales
| Parámetro | Rango típico | Tolerancias (según ASTM A691) |
|---|---|---|
| Diámetro externo | 4,5" a 42"+ | ±0,75 % del diámetro exterior especificado |
| Espesor de la pared | 0,188" a 4,0"+ | +12.5%, -10% del muro nominal |
| Longitud | Hasta 65 pies | +1/4", -0" para longitudes de corte |
Nota: A691 se produce comúnmente en diámetros más grandes y paredes más gruesas donde la soldadura es más económica que la fabricación sin costuras (A335).
Pruebas obligatorias y garantía de calidad
| Prueba | Requisito | Frecuencia | Objetivo |
|---|---|---|---|
| Prueba hidrostática | Presión según la fórmula especificada (mínimo 1000 psi). | 100% de la tubería | Verificación de estanqueidad. |
| Examen no-destructivo | Radiografía-de longitud completa (RT) o ultrasónica (UT) de la soldadura. | 100% de la tubería | Integridad de soldadura y detección de defectos planos. |
| Prueba de tracción | Uno por calor, por espesor de pared, por lote de tratamiento térmico. | Obligatorio | Verificar propiedades mecánicas. |
| Prueba de dureza | Brinell o Rockwell en cada pieza (a menudo con cupón). | 100% de la tubería (o por lote) | Verificar el tratamiento térmico y el temple adecuados. |
| Prueba de aplanamiento | Para material menor o igual a 8⅝" OD. | 2 por lote | Verificación de ductilidad. |
| Prueba de flexión | Ensayo de flexión transversal a través de la soldadura. | 2 por lote | Ductilidad de la zona de soldadura. |
Proceso de dar un título:El Certificado de prueba de fábrica (MTC) debe incluir análisis químicos, resultados de pruebas mecánicas, registros de tratamiento térmico e informes NDE.
Aplicaciones primarias
Generación de energía:
Líneas principales de vapor y líneas de recalentamiento en caliente(plantas de combustibles fósiles)
Tuberías de sobrecalentador y recalentador de caldera
Sistemas de encabezado de alta-temperatura
Tuberías del generador de vapor de recuperación de calor (HRSG)
Refinación de petróleo y petroquímica:
Tuberías para unidades de craqueador catalítico e hidrocraqueador
Líneas de transferencia de reformador y calentador
Tuberías de servicio de hidrógeno de alta-temperatura
Servicio general de alta-temperatura:
Tubería de procesoen plantas químicas
Syngas y bucles de síntesis
Consideraciones de diseño y fabricación
Ventajas clave sobre Seamless (A335):
Rentable-efectiva for large diameters (>16") y paredes gruesas.
Disponibilidadde longitudes largas y únicas.
Espesor de pared consistentealrededor de la circunferencia.
Notas críticas de fabricación:
Soldadura:Requiere precalentamiento, temperatura entre pasadas controlada ypost-tratamiento térmico de soldadura (PWHT)igualar o exceder la temperatura de templado original de la tubería.
Grado 91 (9Cr-1Mo-V):Tiene técnicas de soldadura de "cordones templados" específicas y requisitos estrictos de PWHT para mantener la resistencia a la fluencia.
Doblado:El doblado en caliente es estándar; La flexión por inducción se utiliza a menudo. Debe ir seguido de PWHT completo.
No apto para servicio cíclico severo:La soldadura longitudinal es un sitio potencial de inicio de fatiga a menos que se inspeccione minuciosamente.
Comparación con estándares clave
| Característica | ASTM A691 (REG) | ASTM A335 (sin costura) | ASTM A672 (EFW) |
|---|---|---|---|
| Proceso | Soldado por resistencia eléctrica | Sin costura | Soldadura por fusión eléctrica (SAW/arco sumergido) |
| Uso primario | Alta-temperatura/presión | Alta-temperatura/presión | Temperatura/presión moderada (a menudo para temperaturas bajas) |
| Tratamiento térmico | Requerido (normalizar y moderar) | Requerido (normalizar y moderar) | Requerido (variado) |
| Rango de tamaño típico | Diámetro exterior mediano a grande | Gama completa | Solo diámetro exterior grande |
| Controlador de costos | Económico para paredes grandes/pesadas | Mayor costo para todos los tamaños. | Económico para OD muy grande |
| Inspección de soldadura | RT o UT obligatorio | No aplicable | RT o UT obligatorio |
Resumen
Tubería ASTM A691 REGproporciona unAlternativa rentable-efectiva y de alto{{1}rendimiento a la tubería sin costura (A335)para servicio de acero de aleación de cromo-molibdeno a alta-temperatura, especialmente en diámetros grandes. Su idoneidad depende deCumplimiento estricto del tratamiento térmico post-soldadura.y un examen completo no destructivo para garantizar una integridad de la soldadura equivalente a la del metal base.
es unproducto especializadopara servicios críticos donde los ingenieros de diseño deben evaluar cuidadosamente las compensaciones-entre el costo, la presencia de una soldadura longitudinal y las condiciones específicas del servicio (especialmente la carga cíclica).
*Nota: Para todas las aplicaciones de aleaciones de alta-temperatura, el diseño debe seguir los códigos ASME B31.1 (tuberías de energía) o B31.3 (tuberías de proceso), y los procedimientos de soldadura deben estar calificados según la Sección IX de ASME.*
