Низкотемпературные бесшовные трубы в основном используются в производстве этилена, пропилена, мочевины, синтетического аммиака, комплексных удобрений NPK, а также в фармацевтической промышленности для промывки, очистки, десульфурации и обезжиривания, среди прочих процессов.
Они также используются в производстве криогенного оборудования, холодильных камер сверхнизкой температуры, трубопроводов для транспортировки сжиженных газов сверхнизкой температуры и их связанных трубных компонентов. На международном уровне система бесшовных труб для низких температур представлена стандартом ASTM A333/A333M—2011, который подходит для низкотемпературных сред до -196°C.
Среди 9 марок низкотемпературных труб в стандарте ASTM A333/A333M, Gr.6 широко используется в нефтехимической промышленности и транспортировке жидкостей в низкотемпературных, высокогорных регионах. Химический состав Gr.6 в версии стандарта 2010 года включает только пять общих элементов — C, Si, Mn, P и S, тогда как в версии 2011 года добавлены легирующие элементы, такие как Cr, Ni, Mo, Cu, V и Nb. С момента внедрения стандарта 2011 года Gr.6 полностью соответствует новым спецификациям и теперь классифицируется как система низколегированной стали для низкотемпературных труб.
С точки зрения низкотемпературной вязкости такие элементы, как C, Si, P, S и N, считаются вредными, причем P является наиболее вредным, в то время как Mn и Ni являются полезными элементами. Старый стандарт в первую очередь полагался на Mn для улучшения низкотемпературных характеристик, тогда как новый стандарт дополнительно улучшает низкотемпературные свойства путем добавления Ni, V, Nb и других легирующих элементов.
Статистические данные показывают, что при каждом увеличении содержания Ni на 1% температура хрупкого перехода может снизиться примерно на 20°C, хотя это и увеличивает стоимость.
Сравнение химического состава
| Элемент | Версия 2010 (старая) Состав | Версия 2011 года (новая) Состав |
| Углерод (С) | Макс 0.30% | Макс 0.30% |
| Кремний (Si) | Макс 0.15% | Макс 0.15% |
| Марганец (Mn) | 0.90% – 1.35% | 0.90% – 1.35% |
| Фосфор (P) | Макс 0.03% | Макс 0.03% |
| Сера (S) | Макс 0.03% | Макс 0.03% |
| Хром (Cr) | / | Макс 0.30% |
| Никель (Ni) | / | Макс 0.50% |
| Молибден (Mo) | / | Макс 0.12% |
| Медь (Cu) | / | Макс 0.35% |
| Ванадий (V) | / | Макс 0.08% |
| Ниобий (Nb) | / | Макс 0.05% |
Причины и последствия изменения содержания элементов
Добавление таких элементов, как хром (Cr), никель (Ni), молибден (Mo), медь (Cu), ванадий (V) и ниобий (Nb), направлено на улучшение низкотемпературных характеристик и устойчивости трубы к хрупкости, повышая ее прочность и ударную вязкость в условиях низких температур.
Версия 2010 года (старая) в основном использовала такие элементы, как C, Si, Mn, P и S, причем Mn использовался для улучшения низкотемпературных характеристик.
В версии 2011 года (новой) введены дополнительные легирующие элементы (такие как Cr, Ni, Mo, Cu, V и Nb), которые помогают повысить прочность и ударную вязкость трубы, особенно в условиях низких температур.
Включение этих легирующих элементов способствует повышению ударопрочности трубы при низких температурах, снижению температуры перехода в хрупкое состояние и значительному повышению стабильности материала, особенно в условиях сверхнизких температур (например, -196°C).
Сравнение механических свойств
| Свойство | Версия 2010 (старая) | Версия 2011 г. (новая) |
| Предел текучести (YS) | Мин. 415 МПа | Мин. 415 МПа |
| Предел прочности на разрыв (TS) | 515 – 690 МПа | 515 – 690 МПа |
| Удлинение (Эл) | Мин 20% | Мин 20% |
| Твердость (HRB) | Мин 95 | Мин 95 |
Предел текучести (YS) и предел прочности на растяжение (TS) остаются неизменными в версиях 2010 и 2011 годов, что гарантирует соответствие материала требованиям по выдерживанию давления для низкотемпературных трубопроводов.
Удлинение и твердость также остаются неизменными, что свидетельствует о том, что пластичность материала и его устойчивость к деформации существенно не изменяются.
Сравнение вязкости при низких температурах
| Свойство | Версия 2010 (старая) | Версия 2011 г. (новая) |
| Ударная вязкость | Мин. 27 Дж (-46°C) | Мин. 27 Дж (-46°C) |
| Температура перехода в хрупкое состояние | -46°С | -50°С |
| Ударопрочность при низких температурах | Слабее | Сильнее |
Температура перехода в хрупкое состояние снижена в версии 2011 года (с -46°C до -50°C), что означает, что материал остается более прочным при более низких температурах.
В версии 2011 года повышена ударная вязкость при низких температурах, поскольку добавление Ni, V, Nb и других легирующих элементов дополнительно повышает способность трубы противостоять хрупкости при экстремально низких температурах.
Сравнение физических свойств
| Свойство | Версия 2010 (старая) | Версия 2011 г. (новая) |
| Плотность | 7,85 г/см³ | 7,85 г/см³ |
| Модуль упругости | 210 ГПа | 210 ГПа |
| Теплопроводность | 46 Вт/м·К | 46 Вт/м·К |
Плотность, модуль упругости и теплопроводность не демонстрируют существенных изменений между двумя версиями, что позволяет предположить, что основные физические свойства материала по сути одинаковы.
Эти свойства имеют решающее значение для определения теплового расширения и прочности трубы на сжатие, но улучшение низкотемпературных характеристик в первую очередь зависит от улучшения химического состава.
Заключение
Химический состав: в версии 2011 года введено больше легирующих элементов (таких как Ni, V, Nb), что значительно улучшает низкотемпературные характеристики материала.
Механические свойства: предел текучести, прочность на разрыв и относительное удлинение остаются неизменными для двух версий, что обеспечивает их пригодность для применения при низких температурах.
Физические свойства: плотность, модуль упругости и теплопроводность остаются неизменными, улучшения в основном обусловлены изменениями химического состава.
Прочность при низких температурах: версия 2011 года демонстрирует лучшую прочность, особенно при экстремально низких температурах, благодаря добавлению полезных легирующих элементов.
Таким образом, версия ASTM A333 GR6 2011 года обеспечивает улучшенные низкотемпературные характеристики и прочность по сравнению с версией 2010 года, что делает ее более подходящей для условий экстремально низких температур.
Дополнительные ресурсы：
Труба ASTM A333
RU 
EN 
DE 
FA 
ID