A333 Gr6 مقابل A106 Gr.B – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
ASTM A333 الدرجة 6 و ASTM A106 الدرجة B هما درجتان شائعتان من أنابيب الصلب الكربوني المحددة في أنظمة الضغط، النفط والغاز، والصناعات العامة. غالبًا ما يقارن المهندسون والمهنيون في مجال الشراء بين هاتين الدرجتين عند اختيار الأنابيب أو الألواح للأنظمة التي توازن بين التكلفة، وقابلية اللحام، والأداء الميكانيكي، ودرجة حرارة الخدمة. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار للخدمة الكريوجينية أو ذات درجات الحرارة المنخفضة مقابل النقل عند درجات حرارة أعلى، وأولويات مثل ضمان صلابة التأثير مقابل اقتصاديات التصنيع.
التمييز العملي الرئيسي هو الأداء المضمون لصدمات درجات الحرارة المنخفضة في A333 الدرجة 6 مقابل التركيز العام على درجات الحرارة المرتفعة في A106 الدرجة B. نظرًا لأن كلاهما من الفولاذ الكربوني العادي/السبائك المنخفضة مع مستويات قوة مشابهة، يتركز المقارنة على الصلابة عند درجات الحرارة، ومعايير الاختبار والقبول المحددة، والآثار اللاحقة على اللحام، والتفتيش، والتدابير الوقائية.
1. المعايير والتسميات
- ASTM/ASME:
- A333 الدرجة 6 — "أنابيب فولاذية غير ملحومة وملحومة للخدمة عند درجات حرارة منخفضة." غالبًا ما تستخدم للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة أو الكريوجينية حيث يتطلب الأمر صلابة التأثير عند درجة حرارة منخفضة محددة.
- A106 الدرجة B — "أنابيب فولاذية كربونية غير ملحومة للخدمة عند درجات حرارة مرتفعة." شائعة في أنابيب التكرير، والبتروكيماويات، وعملية الأنابيب حيث تكون قوة درجات الحرارة المرتفعة والاقتصاد من الاعتبارات الأساسية.
- EN (الأوروبية): توجد معادلات قابلة للمقارنة ولكن ليست متطابقة في معايير EN (مثل عائلة P265/275/355) — يتطلب الاختيار الرجوع إلى متطلبات الميكانيكا والصدمات.
- JIS/GB: تشمل المعايير اليابانية والصينية متغيرات درجات الحرارة المنخفضة؛ يجب التحقق من المعادلة المباشرة من خلال المواصفات الميكانيكية والصدمية.
- التصنيف: كلاهما من الفولاذ الكربوني/السبائك المنخفضة (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، ليس فولاذ أدوات، ليس HSLA بالمعنى الدقيق). A333 الدرجة 6 هو فولاذ كربوني منخفض الحرارة مع اختبار صدمات إلزامي؛ A106 الدرجة B هو فولاذ كربوني عام للخدمة عند درجات حرارة مرتفعة أو محيطة.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
الدرجتان بسيطتان عمدًا في الكيمياء: تعتمد على الكربون والمنغنيز كمساهمين رئيسيين في القوة، مع حدود ضيقة على الفوسفور والكبريت لتجنب الهشاشة ومشاكل مرتبطة بالهيدروجين. العناصر السبائكية بخلاف C و Mn و Si إما غائبة أو موجودة فقط بكميات ضئيلة.
جدول: التركيب الكيميائي النموذجي (wt%) — استشر تقرير اختبار المصنع (MTR) والمواصفة ASTM المعمول بها للقيم على مستوى العقد. يظهر الجدول الحدود التمثيلية التي يتم الاستشهاد بها عادة في الممارسة الصناعية.
| عنصر | A333 الدرجة 6 (حدود نموذجية) | A106 الدرجة B (حدود نموذجية) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.30 (حد أقصى) | ≤ 0.30 (حد أقصى) |
| Mn | ≈ 0.30–1.20 (نموذجي) | ≈ 0.29–1.06 (نموذجي) |
| Si | ≤ 0.10–0.35 | ≤ 0.10–0.35 |
| P | ≤ 0.035 (حد أقصى) | ≤ 0.035 (حد أقصى) |
| S | ≤ 0.035 (حد أقصى) | ≤ 0.035 (حد أقصى) |
| Cr | عادةً ما تكون ضئيلة | عادةً ما تكون ضئيلة |
| Ni | عادةً ما تكون ضئيلة | عادةً ما تكون ضئيلة |
| Mo | عادةً ما تكون ضئيلة | عادةً ما تكون ضئيلة |
| V, Nb, Ti, B, N | غير محدد / ضئيل في معظم الصهرات | غير محدد / ضئيل في معظم الصهرات |
ملاحظات: - القيم هي حدود نموذجية إرشادية وممارسة صناعية؛ يتم تحديد الحدود التعاقدية الدقيقة بواسطة المواصفة ASTM ذات الصلة ومتطلبات المشتري. - يتم التحكم في كيمياء A333 Gr6 لضمان صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة؛ وهذا يعني عادةً مستويات نظافة أكثر صرامة ومستويات منخفضة من الشوائب بدلاً من إضافات سبائكية كبيرة. - لا يتم تصميم أي من الدرجتين كفولاذ مقاوم للصدأ أو عالي السبيكة؛ يجب تحقيق مقاومة التآكل من خلال الطلاءات، والتبطين، أو اختيار سبائك مقاومة للصدأ إذا لزم الأمر.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة إذا كان مفرطًا. - يساهم المنغنيز في القدرة على التصلب والقوة الشدّة ويساعد في مواجهة تأثير الكبريت الهش من خلال تشكيل كبريتيدات المنغنيز. - السيليكون هو مزيل للأكسدة وقد يزيد بشكل طفيف من القوة. - تزيد العناصر السبائكية مثل Cr و Ni و Mo من القدرة على التصلب والقوة عند درجات الحرارة العالية إذا كانت موجودة؛ فهي ليست ذات أهمية في هذه الدرجات الأساسية.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية: - يتم عادةً تزويد كلا الدرجتين في الحالة المدرفلة أو المعالجة حراريًا لأنظمة الأنابيب. البنية المجهرية هي في الغالب فيريت-بيرلايت لعمليات المطاحن التقليدية. - غالبًا ما يتم معالجة A333 الدرجة 6 حراريًا أو التحكم فيها أثناء الإنتاج لضمان بنية فيريت-بيرلايت ذات حبيبات دقيقة مع صلابة تأثير جيدة عند درجات الحرارة المنخفضة. - عادةً ما يتم تزويد A106 الدرجة B كمعالجة حرارية أو مدرفلة، مخصصة لقوة درجات الحرارة المرتفعة والثبات الأبعاد بدلاً من صلابة الكريوجين.
أثر المعالجات الحرارية: - تعمل المعالجة الحرارية على تحسين حجم الحبيبات، مما يحسن الصلابة ويجعل الخصائص الميكانيكية أكثر تجانسًا؛ تستفيد كلا الدرجتين من المعالجة الحرارية. - التبريد والتخمير ليسا قياسيين لهذه الدرجات، ولكن من خلال زيادة السبيكة والمعالجة الحرارية المنضبطة، يمكن زيادة القوة على حساب اللدونة والصلابة؛ وهذا ليس شائعًا للأنابيب المحددة لـ A106 أو A333. - يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المنضبطة) القوة والصلابة في كلا الفولاذين من خلال تحسين الحبيبات والتحكم في الترسبات، وهي أكثر شيوعًا حيث يتم تحديد المواد لقوة أعلى مع صلابة.
4. الخصائص الميكانيكية
تتراوح الخصائص الميكانيكية التمثيلية لأشكال المنتجات التجارية النموذجية (الأنابيب) كما هو موضح أدناه. تحقق دائمًا من الجدول ASTM المعمول به للحد الأدنى من العقد وقيم MTR.
| الخاصية | A333 الدرجة 6 (نموذجي) | A106 الدرجة B (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (UTS) | ~415–550 ميغاباسكال (نطاق نموذجي) | ~415–550 ميغاباسكال (نطاق نموذجي) |
| قوة الخضوع (0.2% انزلاق) | ~240–350 ميغاباسكال (تعتمد على الجدار/السماكة) | ~240–350 ميغاباسكال (تعتمد على الجدار/السماكة) |
| التمدد (في 2 بوصة / 50 مم) | ≥ 20–30% (تختلف حسب الحجم) | ≥ 20–30% (تختلف حسب الحجم) |
| صلابة التأثير (شربي V-notch) | الحد الأدنى المحدد عند درجة حرارة منخفضة (مثل، -29°C إلى -46°C حسب المواصفة) | عادةً لا يوجد متطلب ضمان لصدمات درجات الحرارة المنخفضة (يتم اختباره عند درجة حرارة محيطة إن وُجد) |
| الصلابة | متوسطة (نطاق HRC المنخفض/العالي) | متوسطة |
التفسير: - من حيث الشد/الخضوع، تحتل كلا الدرجتين نطاقات مشابهة؛ لا تعتبر أي منهما لوحة عالية القوة مصممة بشكل خاص. - يتم تحديد A333 الدرجة 6 للاحتفاظ بصلابة التأثير المقبولة عند درجات الحرارة المنخفضة المحددة؛ هذه هي ميزتها الميكانيكية المحددة مقابل A106 الدرجة B. - تفتقر A106 الدرجة B إلى قبول صدمات درجات الحرارة المنخفضة الإلزامية؛ صلابتها عند درجات الحرارة المنخفضة غير مضمونة دون اختبار أو مواصفة إضافية.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام بشكل رئيسي على المعادل الكربوني (CE) والتحكم في إدخال حرارة العملية. بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي مثل A333 Gr6 و A106 GrB، تكون قابلية اللحام عمومًا جيدة لعمليات اللحام القياسية مع التسخين المسبق والإجراءات المناسبة، ولكن الخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة تتطلب تحكمًا أكثر صرامة لتجنب التشقق البارد وفقدان الصلابة في منطقة التأثير الحراري.
مؤشرات قابلية اللحام المفيدة: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - المعادل الأكثر تحفظًا $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - عادةً ما تحتوي كلا الدرجتين على كربون منخفض ومنغنيز معتدل، مما ينتج قيم CE متوسطة تشير إلى أن اللحام الروتيني ممكن مع المواد الاستهلاكية القياسية. - بالنسبة لـ A333 Gr6 (الخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة)، غالبًا ما يتم تحديد التسخين المسبق، ودرجة حرارة التداخل المنضبطة، والتحكم في الحرارة بعد اللحام لحماية صلابة HAZ؛ يجب تأهيل إجراءات اللحام للأداء المطلوب لصدمات درجات الحرارة المنخفضة. - A106 GrB شائعة وسهلة اللحام للخدمات عند درجات الحرارة المحيطة والمرتفعة؛ ومع ذلك، عند استخدامها في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة، تكون هناك حاجة لاختبارات/تحكم إضافية لأن صلابة المعدن الأساسي غير مضمونة.
6. التآكل وحماية السطح
- لا A333 Gr6 ولا A106 GrB هما فولاذ مقاوم للتآكل. يتم تحقيق حماية التآكل من خلال الطلاء، والطلاءات، والتبطين، والحماية الكاثودية، أو الجلفنة حيثما كان ذلك مناسبًا.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) ينطبق على الدرجات المقاومة للصدأ وليس له صلة بهذه الفولاذات الكربونية: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- يجب أن يأخذ الاختيار للبيئات التآكلية في الاعتبار الترقية إلى سبائك مقاومة للصدأ أو مقاومة للتآكل؛ بالنسبة للتعرضات المائية المحايدة أو الجوية، تكون الطلاءات والحماية الكاثودية هي الحلول القياسية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل: كلا الدرجتين تعملان بشكل مشابه حيث أن الكيمياء قابلة للمقارنة؛ قابلية التشغيل نموذجية للفولاذات منخفضة الكربون. يجب ضبط سرعات القطع والأدوات للفولاذ الكربوني متوسط القوة.
- قابلية التشكيل والانحناء: كلاهما يتشكل بشكل جيد في الحالة المعالجة حراريًا/المدرفلة أو المعالجة. تتطلب متطلبات الصلابة الأكثر صرامة لـ A333 Gr6 تحكمًا أكثر دقة في الدرفلة/المعالجة الحرارية، ولكن تشكيل الحقل قابل للمقارنة.
- اللحام، المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT): نادرًا ما تكون PWHT مطلوبة لأي من الدرجتين ما لم يتم تحديدها لظروف الخدمة (مثل تقليل الضغوط المتبقية أو للخدمة عند درجات حرارة مرتفعة). بالنسبة للخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة مع A333، فإن تأهيل الإجراءات للحفاظ على صلابة HAZ أمر مهم.
8. التطبيقات النموذجية
| A333 الدرجة 6 | A106 الدرجة B |
|---|---|
| أنابيب كريوجينية أو ذات درجات حرارة منخفضة وأوعية ضغط حيث يتم تحديد صدمة شربي عند درجة حرارة منخفضة (مثل، أنابيب LNG، خطوط التغذية الباردة، أنظمة التبريد) | خطوط بخار عالية الحرارة، أنابيب عملية، أنابيب تكرير، قنوات عامة للسوائل عند درجات حرارة محيطة إلى مرتفعة |
| خطوط بحرية وتحت البحر حيث تتطلب صلابة درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للكسر الهش | خطوط نقل، أنابيب غلايات، وأنابيب عملية حيث تكون قوة درجات الحرارة المرتفعة والاقتصاد من الأولويات |
| أي تطبيق أنابيب حيث يتطلب اختبار صدمات درجات الحرارة المنخفضة المحددة تعاقديًا | مجموعة واسعة من أنابيب الصناعة حيث تلبي الخصائص الكيميائية والميكانيكية القياسية لـ A106 الأهداف التصميمية والتكلفة |
مبررات الاختيار: - اختر A333 Gr6 حيث تقترب درجة حرارة التصميم أو تنخفض عن درجة حرارة الانتقال من اللدونة إلى الهشاشة ويجب ضمان صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة من خلال المواصفة والاختبار. - اختر A106 GrB حيث تكون درجة حرارة التشغيل من المحيطة إلى المرتفعة ويفضل المشتري درجة أنابيب اقتصادية متاحة بشكل شائع وعالية الحجم.
9. التكلفة والتوافر
- A106 الدرجة B هي واحدة من أكثر أنابيب الصلب الكربوني غير الملحومة إنتاجًا وتخزينًا على مستوى العالم؛ لذلك، تميل إلى أن تكون أكثر اقتصادية وأسهل في الشراء في مجموعة واسعة من الأحجام والجداول.
- A333 الدرجة 6 قد تحمل سعرًا إضافيًا بسبب متطلبات اختبار صدمات درجات الحرارة المنخفضة الإضافية وأي معالجة إضافية للمصنع (المعالجة الحرارية، الدرفلة المنضبطة، التحكم الأكثر صرامة في الجودة). التوافر عمومًا جيد ولكن قد يكون أكثر محدودية في الأحجام غير المعتادة أو أوقات التسليم القصيرة.
- شكل المنتج مهم: غير ملحوم مقابل ملحوم مقابل ERW؛ ستؤثر الأقسام ذات القطر الكبير أو الجدران الثقيلة على وقت التسليم والتكلفة لكلا الدرجتين.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي)
| المعيار | A333 الدرجة 6 | A106 الدرجة B |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة، ولكن يجب أن تحافظ إجراءات اللحام على صلابة HAZ للخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة | جيدة للتطبيقات العامة؛ عادةً ما تكون إجراءات اللحام القياسية كافية |
| توازن القوة–الصلابة | نطاقات شد/خضوع مشابهة؛ صلابة منخفضة الحرارة مضمونة متفوقة | نطاقات شد/خضوع مشابهة؛ الصلابة غير مضمونة عند درجات الحرارة المنخفضة |
| التكلفة | متوسطة — قد تكون أعلى بسبب الاختبار والمعالجة | عمومًا أقل — متاحة على نطاق واسع، اقتصادية |
التوصية: - اختر A333 الدرجة 6 إذا كانت تطبيقاتك تتطلب ضمان صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة، إذا كان يجب تقليل خطر الكسر الهش، أو إذا كانت درجة حرارة التصميم المحددة في نطاق درجات الحرارة المنخفضة/الكريوجينية. اختر أيضًا A333 Gr6 عندما تكون اختبارات درجات الحرارة المنخفضة المطلوبة تعاقديًا أو معايير قبول الصلابة محددة. - اختر A106 الدرجة B إذا كنت بحاجة إلى أنبوب فولاذي كربوني غير ملحوم اقتصادي ومتاحة على نطاق واسع للخدمة عند درجات حرارة محيطة إلى مرتفعة حيث لا تكون صلابة درجات الحرارة المنخفضة متطلبًا أساسيًا، وحيث تكفي ممارسات اللحام والتصنيع القياسية.
ملاحظة نهائية: كل من ASTM A333 Gr6 و A106 GrB هما درجتان من فولاذ الكربون القوي. يعتمد الاختيار الصحيح ليس فقط على أرقام الشد الاسمية ولكن على درجة حرارة الخدمة المطلوبة، واختبار الصدمات المحدد، وتأهيل إجراءات اللحام، واستراتيجية حماية التآكل على مدى دورة الحياة. دائمًا ما يُرجى الرجوع إلى الجداول ASTM/ASME المعمول بها، وطلب تقارير اختبار المصنع، وتأهيل إجراءات اللحام عندما تقترب ظروف الخدمة من حدود صلابة المادة.