El acero ASTM A333 Gr6 es un acero al carbono C-Mn ampliamente utilizado para el transporte de fluidos en la industria petroquímica y en regiones de baja temperatura y frío extremo. La demanda del mercado en Norteamérica y Europa supera las 20 000 toneladas anuales. Este artículo analiza la producción de tubos de acero sin costura ASTM A333 Gr6 para aplicaciones de baja temperatura.
Diseño de composición de acero ASTM A333 Gr6
Principios básicos de la aleación
El acero ASTM A333 Grado 6 se clasifica como acero al carbono C-Mn. Los requisitos de composición para este grado se describen en la norma ASTM A333, que especifica la composición química (fracción másica) del acero ASTM A333 Grado 6.
| Estándar | do | Si | Minnesota | PAG | S | Cu | Cr | Ni | Mes | V | AI |
| ASTM A333 | ≤0,30 | ≥0,10 | 0,29～1,06 | ≤0,025 | ≤0,025 | / | / | / | / | / | / |
| Rango de control | ≤0,12 | 0.17~0.35 | 1.00~1.30 | ≤0,02 | ≤0,010 | ≤0,020 | ≤0,025 | ≤0,025 | ≤0,15 | ≤0,08 | ≤0,05 |
- La norma ASTM A333 establece que por cada reducción de 0,01% de carbono por debajo del contenido máximo de carbono especificado, el contenido de manganeso puede incrementarse en 0,05%, pero el contenido de manganeso no debe superar 1,35%.
- Como ≤ 0,030%, Sn ≤ 0,020%, As + Sn + Pb + Sb + Bi ≤ 0,050%.
Papel de los elementos en el acero y rangos de control
Carbón: El carbono tiene un impacto significativo en el rendimiento del acero. A medida que aumenta el contenido de carbono, mejora la resistencia del acero a temperatura ambiente, pero disminuye la plasticidad y la tenacidad, lo que afecta especialmente a la tenacidad a baja temperatura. Un alto contenido de carbono también puede afectar negativamente el rendimiento de la soldadura. La norma ASTM A333 especifica C ≤ 0,301 TP₃T. En la práctica, niveles más altos afectan negativamente la plasticidad y la tenacidad. Para garantizar la resistencia y minimizar el carbono equivalente, nuestra empresa controla el contenido de carbono a un máximo de 0,121 TP₃T.
Manganeso: El manganeso puede disolverse en la ferrita y formar carburos de tipo cementita, lo que reduce la temperatura crítica de transformación y refina la estructura de la perlita, mejorando así la resistencia. Para garantizar la resistencia de las tuberías ASTM A333 Gr6 y reducir adecuadamente el contenido de carbono, se debe aumentar el contenido de manganeso. Por lo tanto, controlamos el contenido de manganeso para que esté entre 1,001 TP³T y 1,301 TP³T para una tenacidad óptima.
Silicio: El silicio actúa principalmente como desoxidante y reductor durante la fabricación de acero. Mejora la resistencia a la oxidación y también promueve la grafitización, por lo que su contenido no debe ser demasiado alto, manteniéndose entre 0,171 TP₃T y 0,351 TP₃T.
Aluminio: El aluminio tiene una fuerte afinidad por el nitrógeno y el oxígeno del acero y se utiliza principalmente para la desoxidación y el control del nitrógeno durante la fabricación de acero. Cuando el contenido de aluminio es inferior a 0,051 TP3T, refina el tamaño de grano intrínseco del acero, aumenta la temperatura de engrosamiento del grano, inhibe el envejecimiento en aceros bajos en carbono, mejora la tenacidad al impacto, reduce la temperatura de transición a la fragilidad y mejora la tenacidad a bajas temperaturas.
Azufre y fósforo: Estos elementos son perjudiciales para el rendimiento del acero y deben minimizarse.
Otros elementos: Elementos como el cromo, el níquel, el cobre, el molibdeno y el vanadio se consideran impurezas; cantidades excesivas pueden aumentar el equivalente de carbono del acero, por lo que se requiere un control estricto.
Cinco elementos nocivos: El arsénico, el estaño, el plomo, el antimonio y el bismuto reducen el rendimiento del acero y deben controlarse estrictamente. Considerando estos factores, nuestra empresa controla la composición química del acero ASTM A333 Gr6 según la Tabla 1.
Proceso de normalización de tuberías de acero
La norma ASTM A333 estipula que las tuberías de acero Gr6 deben entregarse normalizadas. Tras la normalización, sus propiedades mecánicas deben cumplir los requisitos especificados en la Tabla 1.
| Requisitos de propiedades mecánicas de las tuberías de acero | ||||
| Propiedad | Resistencia a la tracción Rm/MPa | Límite elástico Ra/MPa | Alargamiento A50mm/% | Akv(-45℃)/J |
| Requisitos | ≥415 | ≥240 | ≥30① | ≥18② |
| Nota: ① Para muestras de tiras longitudinales con un espesor inferior a 8 mm, la tasa de alargamiento mínima permitida está relacionada con el espesor real de la muestra: A50 mm = 1,87 t + 15,00 | ||||
| dónde: Una tasa de alargamiento mínima admisible de 50 mm, %; t — espesor real de la muestra, mm. | ||||
| ②La tabla muestra que la energía de impacto requerida para la muestra de 10 mm x 10 mm x 55 mm es Akv. Para las muestras de 10 mm x 7,5 mm x 55 mm, 10 mm x 5 mm x 55 mm y 10 mm x 2,5 mm x 55 mm, las energías de impacto mínimas son 14 J, 9 J y 5 J, respectivamente. | ||||
La prueba normalizada se realizó en un horno de tratamiento térmico protegido con nitrógeno para tubos de acero con especificaciones de Φ60,3 mm × 5,54 mm, sometido a una temperatura de 915 °C durante 15 minutos. Tras la normalización, se tomaron muestras para comprobar las propiedades mecánicas de los tubos de acero según los requisitos de la norma y se observó su microestructura. Las propiedades mecánicas tras la normalización se muestran en la tabla.
| Propiedad | Resistencia a la tracción Rm/MPa | Límite elástico Ra/MPa | Alargamiento A50mm/% | Akv(-45℃)/J |
| Requisitos | ≥415 | ≥240 | ≥30 | ≥18 |
| Resultados de la prueba | 465 | 340 | 33 | 92,88,97 |
Las propiedades mecánicas de los tubos de acero tras la normalización cumplen plenamente los requisitos de la norma, especialmente con una energía de impacto muy alta a baja temperatura, lo cual beneficia su seguridad. Los resultados de la observación microscópica indican que la microestructura consiste en una estructura de “ferrita + perlita”, con un tamaño de grano de 10. Un alto tamaño de grano favorece la tenacidad a baja temperatura de los tubos de acero.
Flujo del proceso de producción y puntos clave de control
1. Flujo del proceso de producción de tubos en bruto
- Hierro en bloque prensado en caliente + arrabio de alta calidad, chatarra de acero → Horno eléctrico → Refinación secundaria → Desgasificación al vacío → Colada continua → Corte de piezas fundidas a la longitud especificada → Inspección de piezas fundidas
- Rango de especificaciones del producto: Tubos redondos en bruto de Φ120–150 mm
- Puntos clave de control del proceso:
Utilizamos chatarra de acero y arrabio de alta calidad, combinados con hierro esponjado, para controlar el contenido residual de elementos nocivos. La fabricación de acero emplea la fundición en horno de arco eléctrico de ultraalta potencia, con colada excéntrica de fondo para garantizar la separación y la eliminación de escoria. El proceso completo de refinado en cuchara incluye la inyección de argón para la agitación. El acero fundido se somete a desgasificación al vacío y se trata con alambre de Si-Ca. Se utiliza colada continua, y durante el proceso de vertido, se utiliza una boquilla larga y tecnología de protección con argón para aislar el acero fundido del aire y evitar la oxidación secundaria.
2. Flujo del proceso de producción de tubos de acero
Se cuenta con tres líneas de producción de tubos de acero ASTM A333 Gr6: las de Φ108 mm, Φ89 mm y Φ50 mm. Los flujos de proceso son los siguientes:
(1) Flujo de proceso de línea de Φ108 mm
- Calentamiento de pieza bruta de tubo → Perforación cónica de dos rodillos → Laminado de tubo de tres rodillos → Extracción de varilla → Recalentamiento → Desincrustación con agua a alta presión → Reducción de microtensión → Enderezamiento → Inspección manual → Normalización → Prueba de corrientes de Foucault → Reinspección → Marcado → Pesaje → Almacenamiento
- Rango de especificaciones del producto: Φ45–127 mm × 7–27 mm
- Puntos clave de control del proceso:
Asegúrese de que la superficie de los rodillos y moldes sea buena para minimizar los daños en la superficie de la tubería. La presión de desincrustación con agua a alta presión debe ser superior a 10 MPa y todas las boquillas deben funcionar correctamente para reducir las picaduras en la superficie de la tubería.
(2) Flujo de proceso de línea de Φ89 mm
- Calentamiento de pieza bruta de tubo → Perforación cónica → Laminación continua con mandril semiflotante → Extracción de varilla → Corte de cabezal → Recalentamiento → Reducción de tensión → Corte con sierra → Normalización → Enderezamiento → Prueba de fugas por corrientes de Foucault y flujo magnético + medición ultrasónica de diámetro y espesor → Inspección manual → Corte a longitud especificada → Reinspección → Marcado → Pesaje → Almacenamiento
- Rango de especificaciones del producto: Φ25–127 mm × 2,5–16 mm
- Puntos clave de control del proceso:
Asegúrese de que la superficie de los rodillos y moldes sea buena para minimizar los daños en la superficie de la tubería. La presión de desincrustación con agua a alta presión debe ser superior a 15 MPa y todas las boquillas deben funcionar correctamente para reducir las picaduras en la superficie de la tubería.
(3) Flujo de proceso de línea de Φ50 mm
- Rango de especificaciones del producto: Φ16–76 mm × 2–8 mm.
- Puntos clave de control del proceso:
Controle estrictamente la temperatura y el tiempo de decapado de las tuberías de acero para evitar que un decapado excesivo provoque deformaciones y defectos de conformidad. La temperatura final de normalización debe mantenerse entre 900 y 930 °C para garantizar que las propiedades mecánicas de las tuberías de acero cumplan con las especificaciones.
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Preguntas frecuentes
Se utiliza comúnmente en las industrias de petróleo y gas, procesamiento químico y generación de energía donde intervienen bajas temperaturas.
Tiene una excelente tenacidad y resistencia al impacto a baja temperatura, normalmente con un límite elástico mínimo de 240 MPa (35 000 psi).
Si bien está diseñado para bajas temperaturas, se puede utilizar en aplicaciones de alta presión, siempre que cumpla con los requisitos de ingeniería específicos.
La soldadura debe realizarse mediante procesos con bajo contenido de hidrógeno y puede ser necesario precalentar para evitar el agrietamiento.
Más información sobre la tubería ASTM A333:
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