Los tubos sin costura de baja temperatura se utilizan principalmente en la producción de etileno, propileno, urea, amoníaco sintético, fertilizantes compuestos NPK y en la industria farmacéutica para lavado, purificación, desulfuración y desengrasado, entre otros procesos.
También se utilizan en la fabricación de equipos criogénicos, almacenamiento en frío de temperatura ultrabaja, tuberías para el transporte de gases licuados de temperatura ultrabaja y sus componentes asociados. A nivel internacional, el sistema de tuberías sin costura de baja temperatura está representado por la norma ASTM A333/A333M—2011, apta para entornos de baja temperatura de hasta -196 °C.
Entre los nueve grados de tuberías de baja temperatura de la norma ASTM A333/A333M, el Gr.6 se utiliza ampliamente en la industria petroquímica y el transporte de fluidos en regiones de baja temperatura y gran altitud. La composición química del Gr.6 en la versión 2010 de la norma incluye solo cinco elementos comunes: C, Si, Mn, P y S, mientras que la versión 2011 añade elementos de aleación como Cr, Ni, Mo, Cu, V y Nb. Desde la implementación de la norma 2011, el Gr.6 cumple plenamente con las nuevas especificaciones y ahora se clasifica como un sistema de acero de baja aleación para tuberías de baja temperatura.
Desde la perspectiva de la tenacidad a baja temperatura, elementos como C, Si, P, S y N se consideran perjudiciales, siendo el P el más perjudicial, mientras que el Mn y el Ni son beneficiosos. La norma anterior se basaba principalmente en el Mn para mejorar el rendimiento a baja temperatura, mientras que la nueva norma mejora aún más las propiedades a baja temperatura añadiendo Ni, V, Nb y otros elementos de aleación.
Los datos estadísticos muestran que por cada aumento de 1% en Ni, la temperatura de transición frágil puede disminuir en aproximadamente 20 °C, aunque esto aumenta el costo.
Comparación de la composición química
| Elemento | Versión 2010 (antigua) Composición | Versión 2011 (Nueva) Composición |
| Carbono (C) | Máx. 0,30% | Máx. 0,30% |
| Silicio (Si) | Máx. 0,15% | Máx. 0,15% |
| Manganeso (Mn) | 0.90% – 1.35% | 0.90% – 1.35% |
| Fósforo (P) | Máx. 0,03% | Máx. 0,03% |
| Azufre (S) | Máx. 0,03% | Máx. 0,03% |
| Cromo (Cr) | / | Máx. 0,30% |
| Níquel (Ni) | / | Máx. 0,50% |
| Molibdeno (Mo) | / | Máx. 0,12% |
| Cobre (Cu) | / | Máx. 0,35% |
| Vanadio (V) | / | Máx. 0,08% |
| Niobio (Nb) | / | Máx. 0,05% |
Razones e impactos de los cambios en el contenido de los elementos
La adición de elementos como Cromo (Cr), Níquel (Ni), Molibdeno (Mo), Cobre (Cu), Vanadio (V) y Niobio (Nb) tiene como objetivo mejorar el rendimiento a baja temperatura y la resistencia a la fragilidad de la tubería, mejorando su tenacidad y resistencia en entornos de baja temperatura.
La versión 2010 (antigua) se basaba principalmente en elementos como C, Si, Mn, P y S, y se utilizaba Mn para mejorar el rendimiento a baja temperatura.
La versión 2011 (Nueva) introdujo elementos de aleación adicionales (como Cr, Ni, Mo, Cu, V y Nb), que ayudan a mejorar la tenacidad y la resistencia de la tubería, particularmente en entornos de baja temperatura.
La inclusión de estos elementos de aleación contribuye a mejorar la resistencia al impacto a baja temperatura de la tubería, reduciendo la temperatura de transición frágil y mejorando significativamente la estabilidad del material, especialmente en entornos de temperatura ultra baja (por ejemplo, -196 °C).
Comparación de propiedades mecánicas
| Propiedad | Versión 2010 (antigua) | Versión 2011 (Nueva) |
| Fuerza de fluencia (YS) | Mínimo 415 MPa | Mínimo 415 MPa |
| Resistencia a la tracción (TS) | 515 – 690 MPa | 515 – 690 MPa |
| Elongación (El) | Mínimo 20% | Mínimo 20% |
| Dureza (HRB) | Mínimo 95 | Mínimo 95 |
El límite elástico (YS) y la resistencia a la tracción (TS) se mantienen constantes entre las versiones 2010 y 2011, lo que garantiza que el material cumple con los requisitos de resistencia a la presión para tuberías de baja temperatura.
El alargamiento y la dureza también permanecen inalterados, lo que indica que la ductilidad y la resistencia del material a la deformación no se ven afectadas significativamente.
Comparación de tenacidad a baja temperatura
| Propiedad | Versión 2010 (antigua) | Versión 2011 (Nueva) |
| Dureza al impacto | Mínimo 27 J (-46 °C) | Mínimo 27 J (-46 °C) |
| Temperatura de transición frágil | -46°C | -50°C |
| Resistencia al impacto a baja temperatura | Más débil | Más fuerte |
La temperatura de transición frágil disminuye en la versión 2011 (de -46 °C a -50 °C), lo que significa que el material sigue siendo más resistente a temperaturas más bajas.
La tenacidad al impacto a baja temperatura se ha mejorado en la versión 2011, ya que la adición de Ni, V, Nb y otros elementos de aleación mejora aún más la capacidad de la tubería para resistir la fragilidad a temperaturas extremadamente bajas.
Comparación de propiedades físicas
| Propiedad | Versión 2010 (antigua) | Versión 2011 (Nueva) |
| Densidad | 7,85 g/cm³ | 7,85 g/cm³ |
| Módulo elástico | 210 GPa | 210 GPa |
| Conductividad térmica | 46 W/m·K | 46 W/m·K |
La densidad, el módulo elástico y la conductividad térmica no muestran cambios significativos entre las dos versiones, lo que sugiere que las propiedades físicas básicas del material son esencialmente las mismas.
Estas propiedades son fundamentales para determinar la expansión térmica y la resistencia a la compresión de la tubería, pero la mejora del rendimiento a baja temperatura depende principalmente de las mejoras en la composición química.
Conclusión
Composición química: La versión 2011 introduce más elementos de aleación (como Ni, V, Nb), mejorando significativamente el rendimiento del material a baja temperatura.
Propiedades mecánicas: La resistencia al rendimiento, la resistencia a la tracción y el alargamiento permanecen constantes entre las dos versiones, lo que garantiza su idoneidad para aplicaciones de baja temperatura.
Propiedades físicas: La densidad, el módulo elástico y la conductividad térmica no cambian, y las mejoras provienen principalmente de los cambios en la composición química.
Tenacidad a bajas temperaturas: La versión 2011 exhibe una mejor tenacidad, especialmente en temperaturas extremadamente bajas, debido a la adición de elementos de aleación beneficiosos.
Por lo tanto, la versión 2011 de ASTM A333 GR6 proporciona un rendimiento y una tenacidad mejorados a baja temperatura en comparación con la versión 2010, lo que la hace más adecuada para condiciones de temperatura extremadamente baja.
Más recursos:
Tubería ASTM A333
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