Les tuyaux sans soudure à basse température sont principalement utilisés dans la production d'éthylène, de propylène, d'urée, d'ammoniac synthétique, d'engrais composés NPK et dans l'industrie pharmaceutique pour le lavage, la purification, la désulfuration et le dégraissage, entre autres processus.
Ils sont également utilisés dans la fabrication d'équipements cryogéniques, d'entrepôts frigorifiques à très basse température, de pipelines pour le transport de gaz liquéfiés à très basse température et de leurs composants. À l'échelle internationale, les systèmes de tuyauterie sans soudure basse température sont représentés par la norme ASTM A333/A333M—2011, adaptée aux environnements à basse température, jusqu'à -196 °C.
Parmi les neuf nuances de tubes basse température de la norme ASTM A333/A333M, le Gr.6 est largement utilisé dans l'industrie pétrochimique et le transport de fluides dans les régions à basse température et à haute altitude. La composition chimique du Gr.6 dans la version 2010 de la norme ne comprend que cinq éléments communs : C, Si, Mn, P et S, tandis que la version 2011 ajoute des éléments d'alliage tels que Cr, Ni, Mo, Cu, V et Nb. Depuis la mise en œuvre de la norme 2011, le Gr.6 est pleinement conforme aux nouvelles spécifications et est désormais classé comme acier faiblement allié pour tubes basse température.
Du point de vue de la ténacité à basse température, les éléments tels que C, Si, P, S et N sont considérés comme nocifs, P étant le plus nocif, tandis que Mn et Ni sont bénéfiques. L'ancienne norme s'appuyait principalement sur le Mn pour améliorer les performances à basse température, tandis que la nouvelle norme renforce encore les propriétés à basse température en ajoutant Ni, V, Nb et d'autres éléments d'alliage.
Les données statistiques montrent que pour chaque augmentation de 1% en Ni, la température de transition fragile peut diminuer d'environ 20°C, bien que cela augmente le coût.
Comparaison de la composition chimique
| Élément | Version 2010 (ancienne) Composition | Version 2011 (nouvelle) Composition |
| Carbone (C) | Max 0,30% | Max 0,30% |
| Silicium (Si) | Max 0,15% | Max 0,15% |
| Manganèse (Mn) | 0.90% – 1.35% | 0.90% – 1.35% |
| Phosphore (P) | Max 0,03% | Max 0,03% |
| Soufre (S) | Max 0,03% | Max 0,03% |
| Chrome (Cr) | / | Max 0,30% |
| Nickel (Ni) | / | Max 0,50% |
| Molybdène (Mo) | / | Max 0,12% |
| Cuivre (Cu) | / | Max 0,35% |
| Vanadium (V) | / | Max 0,08% |
| Niobium (Nb) | / | Max 0,05% |
Raisons et impacts des modifications du contenu des éléments
L'ajout d'éléments tels que le chrome (Cr), le nickel (Ni), le molybdène (Mo), le cuivre (Cu), le vanadium (V) et le niobium (Nb) vise à améliorer les performances à basse température et la résistance à la fragilité du tuyau, améliorant ainsi sa ténacité et sa résistance dans les environnements à basse température.
La version 2010 (ancienne) s'appuyait principalement sur des éléments comme C, Si, Mn, P et S, le Mn étant utilisé pour améliorer les performances à basse température.
La version 2011 (Nouveau) a introduit des éléments d'alliage supplémentaires (tels que Cr, Ni, Mo, Cu, V et Nb), qui contribuent à améliorer la ténacité et la résistance du tuyau, en particulier dans les environnements à basse température.
L'inclusion de ces éléments d'alliage contribue à améliorer la résistance aux chocs à basse température du tuyau, à réduire la température de transition fragile et à améliorer considérablement la stabilité du matériau, en particulier dans les environnements à très basse température (par exemple, -196 °C).
Comparaison des propriétés mécaniques
| Propriété | Version 2010 (ancienne) | Version 2011 (nouvelle) |
| Limite d'élasticité (YS) | Minimum 415 MPa | Minimum 415 MPa |
| Résistance à la traction (TS) | 515 – 690 MPa | 515 – 690 MPa |
| Allongement (El) | Min 20% | Min 20% |
| Dureté (HRB) | Min 95 | Min 95 |
La limite d'élasticité (YS) et la résistance à la traction (TS) restent cohérentes entre les versions 2010 et 2011, garantissant que le matériau répond aux exigences de résistance à la pression pour les pipelines à basse température.
L'allongement et la dureté restent également inchangés, ce qui indique que la ductilité et la résistance à la déformation du matériau ne sont pas significativement affectées.
Comparaison de la ténacité à basse température
| Propriété | Version 2010 (ancienne) | Version 2011 (nouvelle) |
| Résistance aux chocs | Min 27 J (-46°C) | Min 27 J (-46°C) |
| Température de transition fragile | -46°C | -50°C |
| Résistance aux chocs à basse température | Plus faible | Plus fort |
La température de transition fragile diminue dans la version 2011 (de -46°C à -50°C), ce qui signifie que le matériau reste plus résistant à des températures plus basses.
La résistance aux chocs à basse température est améliorée dans la version 2011, car l'ajout de Ni, V, Nb et d'autres éléments d'alliage améliore encore la capacité du tuyau à résister à la fragilité à des températures extrêmement basses.
Comparaison des propriétés physiques
| Propriété | Version 2010 (ancienne) | Version 2011 (nouvelle) |
| Densité | 7,85 g/cm³ | 7,85 g/cm³ |
| Module d'élasticité | 210 GPa | 210 GPa |
| Conductivité thermique | 46 W/m·K | 46 W/m·K |
La densité, le module d'élasticité et la conductivité thermique ne présentent pas de changements significatifs entre les deux versions, ce qui suggère que les propriétés physiques de base du matériau sont essentiellement les mêmes.
Ces propriétés sont essentielles pour déterminer la dilatation thermique et la résistance à la compression du tuyau, mais l’amélioration des performances à basse température dépend principalement des améliorations de la composition chimique.
Conclusion
Composition chimique : La version 2011 introduit davantage d'éléments d'alliage (comme Ni, V, Nb), améliorant considérablement les performances du matériau à basse température.
Propriétés mécaniques : La limite d'élasticité, la résistance à la traction et l'allongement restent cohérents entre les deux versions, garantissant leur adéquation aux applications à basse température.
Propriétés physiques : La densité, le module d'élasticité et la conductivité thermique restent inchangés, les améliorations provenant principalement des changements de composition chimique.
Ténacité à basse température : La version 2011 présente une meilleure ténacité, en particulier à des températures extrêmement basses, grâce à l'ajout d'éléments d'alliage bénéfiques.
Par conséquent, la version 2011 de la norme ASTM A333 GR6 offre des performances et une ténacité à basse température améliorées par rapport à la version 2010, la rendant plus adaptée aux conditions de températures extrêmement basses.
Plus de ressources :
Tuyau ASTM A333
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