Qué establece el límite de temperatura-bajo de las tuberías de acero al carbono
El acero al carbono pierde ductilidad a medida que baja la temperatura. A una temperatura conocida como temperatura de transición dúctil-a-frágil, o DBTT, el modo de fractura cambia de desgarro dúctil a escisión frágil, y una tubería que se comporta de manera confiable a temperatura ambiente puede agrietarse repentinamente bajo impacto o concentración de tensión. Por lo tanto, el límite de baja-temperatura de una tubería de acero al carbono no es un número fijo para todos los aceros, sino una función de la composición, el tamaño del grano, el tratamiento térmico, el espesor de la pared y la severidad de la carga aplicada.
Límites de temperatura baja-típicos por grado
| Material | Límite de servicio inferior típico | Notas |
|---|---|---|
| Acero al carbono ASTM A106/A53 | Alrededor de -29C | Tubería de acero al carbono estándar; Normalmente no se requieren pruebas de impacto por encima de esta temperatura. |
| ASTM A333 Gr.6 | Alrededor de -46C | Acero al carbono de baja-temperatura con composición controlada y entrega normalizada |
| ASTM A333 Gr.3 | Alrededor de -101C | Acero de baja-temperatura aleado con níquel-utilizado para servicios muy fríos |
| Grado GB/T 6479 | Alrededor de -50 ° C | Norma china para tuberías de baja presión-temperatura utilizada en plantas de clima-frío |
Estos límites son valores de referencia típicos. El código de tuberías vigente y las especificaciones del proyecto definen la temperatura mínima de diseño real para una instalación determinada, y se requiere la prueba de impacto Charpy cuando la temperatura de diseño cae por debajo del umbral del código.
Factores clave que controlan la tenacidad a baja-temperatura
El contenido de carbono es el factor dominante: cada aumento de aproximadamente un 0,1 % de carbono aumenta la temperatura de transición en aproximadamente 10 °C, por lo que se prefieren los aceros de bajo-carbono con un contenido de carbono de 0,25 % o menos para el servicio a baja-temperatura. El tratamiento térmico también es importante: la normalización refina la estructura del grano y mejora considerablemente la resistencia al impacto. Las aleaciones como el níquel reducen aún más la temperatura de transición, por lo que se eligen grados que contienen níquel-como A333 Gr.3 para las tareas más frías.
Cómo se verifica el rendimiento de-temperatura baja
La prueba de impacto con muesca Charpy V-, realizada según ASTM A370 o la norma equivalente, es el método de verificación estándar. Las muestras se mecanizan a partir de la tubería y se rompen a la temperatura mínima de diseño; Los criterios de aceptación típicos requieren una energía absorbida mínima de 20 J o más, con el valor exacto establecido por la especificación. Para secciones gruesas y componentes críticos, es posible que se requieran pruebas adicionales de temperatura de transición de ductilidad nula mediante métodos de caída de peso para caracterizar la aparición del comportamiento frágil.
Reglas de selección de materiales
Para temperaturas de diseño de hasta -29 °C, suele ser aceptable una tubería de acero al carbono estándar con la calificación de impacto adecuada. Por debajo de -29 °C, se deben utilizar grados de baja-temperatura como ASTM A333 o GB/T 6479. Para servicios de tipo GNL y criogénico-, el A333 Gr.6 es una opción común con requisitos de energía de impacto verificados a -46 °C, mientras que los aceros al níquel se especifican para temperaturas más bajas. Los consumibles de soldadura deben ser bajos en hidrógeno y las soldaduras en campo deben evitar la introducción de factores que aumenten la tensión; La flexión en frío debe minimizarse en el rango de temperatura de transición porque la deformación local puede fragilizar el material.
Preguntas frecuentes
¿Se pueden utilizar tuberías de acero al carbono a -50 ° C?
Los grados estándar como A106 no son adecuados a -50 °C sin una calificación especial. Se deben especificar los grados de baja temperatura de ASTM A333 o GB/T 6479, con prueba de impacto Charpy a la temperatura de diseño.
¿Qué es DBTT?
DBTT es la temperatura de transición de dúctil-a-frágil, por debajo de la cual el modo de fractura de un acero se vuelve frágil y su resistencia a la carga de impacto cae bruscamente.
¿La normalización mejora la resistencia a bajas-temperaturas?
Sí. La normalización produce una estructura de grano más fina y uniforme, lo que reduce la temperatura de transición y aumenta la energía de impacto Charpy.
¿Qué prueba demuestra que una tubería es adecuada para bajas temperaturas?
La prueba de impacto de muesca Charpy V-a la temperatura mínima de diseño es la prueba de aceptación estándar, complementada cuando sea necesario con pruebas de transición de caída-de peso o nula-ductibilidad.
¿Por qué se añade níquel a los aceros-de baja temperatura?
El níquel reduce la temperatura de transición de dúctil-a-frágil, lo que permite que el acero conserve su tenacidad a temperaturas de servicio mucho más bajas, razón por la cual los grados de níquel se utilizan para las tareas más frías.