لوله های بدون درز دمای پایین عمدتاً در تولید اتیلن، پروپیلن، اوره، آمونیاک مصنوعی، کودهای ترکیبی NPK و در صنعت داروسازی برای شستشو، خالص سازی، گوگردزدایی و چربی زدایی و سایر فرآیندها استفاده می شود.
آنها همچنین در ساخت تجهیزات برودتی، ذخیره سازی سرد با دمای بسیار پایین، خطوط لوله برای انتقال گازهای مایع با دمای بسیار پایین و اجزای لوله مرتبط با آنها استفاده می شوند. در سطح بین‌المللی، سیستم لوله بدون درز دمای پایین توسط استاندارد ASTM A333/A333M-2011 ارائه شده است که برای محیط‌های با دمای پایین تا 196- درجه سانتیگراد مناسب است.
در بین 9 گرید لوله های دمای پایین در استاندارد ASTM A333/A333M، Gr.6 به طور گسترده در صنعت پتروشیمی و حمل سیال در مناطق با دمای پایین و ارتفاع زیاد استفاده می شود. ترکیب شیمیایی Gr.6 در نسخه 2010 استاندارد فقط شامل پنج عنصر رایج است - C، Si، Mn، P و S- در حالی که نسخه 2011 عناصر آلیاژی مانند Cr، Ni، Mo، Cu، V و Nb را اضافه می کند. از زمان اجرای استاندارد 2011، Gr.6 به طور کامل با مشخصات جدید مطابقت داشته و اکنون به عنوان یک سیستم فولادی کم آلیاژ برای لوله های با دمای پایین طبقه بندی می شود.
از منظر چقرمگی در دمای پایین، عناصری مانند C، Si، P، S و N مضر در نظر گرفته می‌شوند که P مضرترین آنهاست، در حالی که منگنز و نیکل عناصر مفید هستند. استاندارد قدیمی عمدتاً به منگنز برای بهبود عملکرد در دمای پایین متکی بود، در حالی که استاندارد جدید با افزودن Ni، V، Nb و سایر عناصر آلیاژی، خواص دمای پایین را بیشتر افزایش می‌دهد.
داده های آماری نشان می دهد که به ازای هر افزایش 1% در نیکل، دمای انتقال شکننده می تواند حدود 20 درجه سانتی گراد کاهش یابد، اگرچه این هزینه را افزایش می دهد.
مقایسه ترکیب شیمیایی
| عنصر | نسخه 2010 (قدیمی) ترکیب | 2011 نسخه (جدید) ترکیب |
| کربن (C) | حداکثر 0.30% | حداکثر 0.30% |
| سیلیکون (Si) | حداکثر 0.15% | حداکثر 0.15% |
| منگنز (Mn) | 0.90% – 1.35% | 0.90% – 1.35% |
| فسفر (P) | حداکثر 0.03% | حداکثر 0.03% |
| گوگرد (S) | حداکثر 0.03% | حداکثر 0.03% |
| کروم (کروم) | / | حداکثر 0.30% |
| نیکل (Ni) | / | حداکثر 0.50% |
| مولیبدن (Mo) | / | حداکثر 0.12% |
| مس (مس) | / | حداکثر 0.35% |
| وانادیوم (V) | / | حداکثر 0.08% |
| نیوبیم (Nb) | / | حداکثر 0.05% |
دلایل و تأثیرات تغییرات محتوای عنصر
افزودن عناصری مانند کروم (Cr)، نیکل (Ni)، مولیبدن (Mo)، مس (مس)، وانادیوم (V) و نیوبیم (Nb) با هدف بهبود عملکرد در دمای پایین و مقاومت در برابر شکنندگی لوله، افزایش چقرمگی و استحکام آن در محیط‌های با دمای پایین است.
نسخه 2010 (قدیمی) عمدتاً بر عناصری مانند C، Si، Mn، P و S متکی بود و منگنز برای بهبود عملکرد در دمای پایین استفاده می شد.
نسخه 2011 (جدید) عناصر آلیاژی اضافی (مانند Cr، Ni، Mo، Cu، V و Nb) را معرفی کرد که به افزایش چقرمگی و استحکام لوله، به ویژه در محیط‌های با دمای پایین کمک می‌کند.
گنجاندن این عناصر آلیاژی به بهبود مقاومت ضربه ای لوله در دمای پایین، کاهش دمای انتقال شکننده و افزایش قابل توجهی پایداری مواد، به ویژه در محیط های با دمای بسیار پایین (به عنوان مثال، -196 درجه سانتیگراد) کمک می کند.
مقایسه خواص مکانیکی
| اموال | نسخه 2010 (قدیمی) | نسخه 2011 (جدید) |
| قدرت تسلیم (YS) | حداقل 415 مگاپاسکال | حداقل 415 مگاپاسکال |
| مقاومت کششی (TS) | 515 - 690 مگاپاسکال | 515 - 690 مگاپاسکال |
| ازدیاد طول (El) | حداقل 20% | حداقل 20% |
| سختی (HRB) | حداقل 95 | حداقل 95 |
استحکام تسلیم (YS) و استحکام کششی (TS) بین نسخه‌های 2010 و 2011 ثابت باقی می‌ماند و تضمین می‌کند که این ماده با الزامات تحمل فشار برای خطوط لوله با دمای پایین مطابقت دارد.
ازدیاد طول و سختی نیز بدون تغییر باقی می مانند، که نشان می دهد شکل پذیری و مقاومت مواد در برابر تغییر شکل به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار نمی گیرد.
مقایسه چقرمگی در دمای پایین
| اموال | نسخه 2010 (قدیمی) | نسخه 2011 (جدید) |
| چقرمگی ضربه | حداقل 27 J (-46 درجه سانتیگراد) | حداقل 27 J (-46 درجه سانتیگراد) |
| دمای انتقال شکننده | -46 درجه سانتی گراد | -50 درجه سانتی گراد |
| مقاومت در برابر ضربه در دمای پایین | ضعیف تر | قوی تر |
دمای انتقال شکننده در نسخه 2011 کاهش می یابد (از -46 درجه سانتیگراد به -50 درجه سانتیگراد)، به این معنی که مواد در دماهای پایین تر سخت تر می مانند.
چقرمگی ضربه در دمای پایین در نسخه 2011 افزایش یافته است، زیرا افزودن Ni، V، Nb و سایر عناصر آلیاژی توانایی لوله را برای مقاومت در برابر شکنندگی در دماهای بسیار پایین بهبود می بخشد.
مقایسه خواص فیزیکی
| اموال | نسخه 2010 (قدیمی) | نسخه 2011 (جدید) |
| تراکم | 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب | 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب |
| مدول الاستیک | 210 گیگا پاسکال | 210 گیگا پاسکال |
| هدایت حرارتی | 46 W/m·K | 46 W/m·K |
چگالی، مدول الاستیک و رسانایی حرارتی تغییرات قابل توجهی را بین دو نسخه نشان نمی‌دهند، که نشان می‌دهد خواص فیزیکی اساسی مواد اساساً یکسان است.
این ویژگی ها برای تعیین انبساط حرارتی و مقاومت فشاری لوله بسیار مهم هستند، اما افزایش عملکرد در دمای پایین در درجه اول به بهبود ترکیب شیمیایی بستگی دارد.
نتیجه گیری
ترکیب شیمیایی: نسخه 2011 عناصر آلیاژی بیشتری را معرفی می کند (مانند Ni، V، Nb)، که به طور قابل توجهی عملکرد مواد در دمای پایین را بهبود می بخشد.
خواص مکانیکی: استحکام تسلیم، استحکام کششی و ازدیاد طول بین دو نسخه ثابت می ماند و از مناسب بودن آنها برای کاربردهای در دمای پایین اطمینان حاصل می کند.
ویژگی‌های فیزیکی: چگالی، مدول الاستیک و هدایت حرارتی بدون تغییر هستند و بهبودها عمدتاً ناشی از تغییرات ترکیب شیمیایی است.
چقرمگی در دمای پایین: نسخه 2011 به دلیل افزودن عناصر آلیاژی مفید، چقرمگی بهتری را به ویژه در دماهای بسیار پایین نشان می دهد.
بنابراین، نسخه 2011 ASTM A333 GR6 عملکرد و چقرمگی در دمای پایین را در مقایسه با نسخه 2010 ارائه می دهد و آن را برای شرایط شدید دمای پایین مناسب تر می کند.
منابع بیشتر：
لوله ASTM A333
FA 
EN 
DE 
RU 
ID