Nahtlose Niedertemperaturrohre werden hauptsächlich bei der Herstellung von Ethylen, Propylen, Harnstoff, synthetischem Ammoniak, NPK-Mischdüngern und in der Pharmaindustrie unter anderem zum Waschen, Reinigen, Entschwefeln und Entfetten verwendet.
Sie werden auch bei der Herstellung von kryogenen Geräten, Tiefkühllagern, Pipelines zum Transport von tiefkalten Flüssiggasen und den dazugehörigen Rohrkomponenten verwendet. International wird das nahtlose Tieftemperatur-Rohrsystem durch den Standard ASTM A333/A333M—2011 repräsentiert, der für Tieftemperaturumgebungen bis zu -196 °C geeignet ist.
Unter den 9 Güteklassen für Niedertemperaturrohre im ASTM A333/A333M-Standard wird Gr.6 häufig in der petrochemischen Industrie und beim Flüssigkeitstransport in Regionen mit niedrigen Temperaturen und in großer Höhe verwendet. Die chemische Zusammensetzung von Gr.6 in der Version 2010 des Standards umfasst nur fünf gängige Elemente – C, Si, Mn, P und S – während in der Version 2011 Legierungselemente wie Cr, Ni, Mo, Cu, V und Nb hinzugefügt werden. Seit der Umsetzung des Standards 2011 entspricht Gr.6 vollständig den neuen Spezifikationen und wird nun als niedriglegiertes Stahlsystem für Niedertemperaturrohre klassifiziert.
Aus Sicht der Tieftemperaturzähigkeit gelten Elemente wie C, Si, P, S und N als schädlich, wobei P am schädlichsten ist, während Mn und Ni nützliche Elemente sind. Der alte Standard stützte sich hauptsächlich auf Mn, um die Tieftemperaturleistung zu verbessern, während der neue Standard die Tieftemperatureigenschaften durch Zugabe von Ni, V, Nb und anderen Legierungselementen weiter verbessert.
Statistische Daten zeigen, dass die Sprödübergangstemperatur bei jeder Erhöhung des Ni-Gehalts um 1% um etwa 20 °C sinken kann, allerdings steigen dadurch die Kosten.
Vergleich der chemischen Zusammensetzung
| Element | 2010 Version (alt) Zusammensetzung | 2011 Version (Neu) Zusammensetzung |
| Kohlenstoff (C) | Max 0,301 TP3T | Max 0,301 TP3T |
| Silizium (Si) | Max 0,151 TP3T | Max 0,151 TP3T |
| Mangan (Mn) | 0.90% – 1.35% | 0.90% – 1.35% |
| Phosphor (P) | Max 0,031 TP3T | Max 0,031 TP3T |
| Schwefel (S) | Max 0,031 TP3T | Max 0,031 TP3T |
| Chrom (Cr) | / | Max 0,301 TP3T |
| Nickel (Ni) | / | Max. 0,501 TP3T |
| Molybdän (Mo) | / | Max 0,121 TP3T |
| Kupfer (Cu) | / | Max 0,351 TP3T |
| Vanadium (V) | / | Max 0,081 TP3T |
| Niob (Nb) | / | Max 0,051 TP3T |
Gründe und Auswirkungen von Änderungen am Elementinhalt
Durch die Zugabe von Elementen wie Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Vanadium (V) und Niob (Nb) sollen die Leistungsfähigkeit des Rohrs bei niedrigen Temperaturen und seine Widerstandsfähigkeit gegen Sprödigkeit verbessert und so seine Zähigkeit und Festigkeit in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen erhöht werden.
Die Version von 2010 (alt) stützte sich hauptsächlich auf Elemente wie C, Si, Mn, P und S, wobei Mn zur Verbesserung der Leistung bei niedrigen Temperaturen verwendet wurde.
In der Version 2011 (Neu) wurden zusätzliche Legierungselemente (wie Cr, Ni, Mo, Cu, V und Nb) eingeführt, die dazu beitragen, die Zähigkeit und Festigkeit des Rohrs zu verbessern, insbesondere in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen.
Die Einbeziehung dieser Legierungselemente trägt dazu bei, die Schlagfestigkeit des Rohrs bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, die Sprödübergangstemperatur zu senken und die Materialstabilität insbesondere in Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen (z. B. -196 °C) deutlich zu erhöhen.
Vergleich mechanischer Eigenschaften
| Eigentum | Version 2010 (alt) | Version 2011 (Neu) |
| Streckgrenze (YS) | Min. 415 MPa | Min. 415 MPa |
| Zugfestigkeit (TS) | 515 – 690 MPa | 515 – 690 MPa |
| Dehnung (El) | Mindestens 20% | Mindestens 20% |
| Härte (HRB) | Mindestens 95 | Mindestens 95 |
Die Streckgrenze (YS) und die Zugfestigkeit (TS) bleiben zwischen den Versionen 2010 und 2011 konstant, wodurch sichergestellt wird, dass das Material die Druckbelastungsanforderungen für Niedertemperatur-Pipelines erfüllt.
Dehnung und Härte bleiben ebenfalls unverändert, was darauf hindeutet, dass die Duktilität und die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Verformung nicht wesentlich beeinträchtigt werden.
Vergleich der Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen
| Eigentum | Version 2010 (alt) | Version 2011 (Neu) |
| Schlagzähigkeit | Min. 27 J (-46°C) | Min. 27 J (-46°C) |
| Sprödübergangstemperatur | -46°C | -50°C |
| Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen | Schwächer | Stärker |
Die Sprödübergangstemperatur sinkt in der Version 2011 (von -46 °C auf -50 °C), was bedeutet, dass das Material bei niedrigeren Temperaturen zäher bleibt.
Die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen wurde in der Version 2011 verbessert, da die Zugabe von Ni, V, Nb und anderen Legierungselementen die Widerstandsfähigkeit des Rohrs gegen Sprödigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen weiter verbessert.
Vergleich der physikalischen Eigenschaften
| Eigentum | Version 2010 (alt) | Version 2011 (Neu) |
| Dichte | 7,85 g/cm³ | 7,85 g/cm³ |
| Elastizitätsmodul | 210 GPa | 210 GPa |
| Wärmeleitfähigkeit | 46 W/m²K | 46 W/m²K |
Dichte, Elastizitätsmodul und Wärmeleitfähigkeit weisen zwischen den beiden Versionen keine signifikanten Unterschiede auf. Dies lässt darauf schließen, dass die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen gleich sind.
Diese Eigenschaften sind für die Wärmeausdehnung und Druckfestigkeit des Rohrs von entscheidender Bedeutung, die Verbesserung der Leistung bei niedrigen Temperaturen hängt jedoch in erster Linie von der Verbesserung der chemischen Zusammensetzung ab.
Abschluss
Chemische Zusammensetzung: Die Version 2011 führt mehr Legierungselemente (wie Ni, V, Nb) ein, wodurch die Niedertemperaturleistung des Materials deutlich verbessert wird.
Mechanische Eigenschaften: Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung bleiben bei beiden Versionen konsistent, was ihre Eignung für Niedertemperaturanwendungen gewährleistet.
Physikalische Eigenschaften: Dichte, Elastizitätsmodul und Wärmeleitfähigkeit bleiben unverändert, wobei die Verbesserungen hauptsächlich auf die Änderungen der chemischen Zusammensetzung zurückzuführen sind.
Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen: Die Version 2011 weist aufgrund der Zugabe vorteilhafter Legierungselemente eine bessere Zähigkeit auf, insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen.
Daher bietet die Version 2011 von ASTM A333 GR6 im Vergleich zur Version 2010 eine verbesserte Leistung und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und ist somit besser für extrem niedrige Temperaturen geeignet.
Weitere Ressourcen:
ASTM A333 Rohr
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