A333 Gr6 против A106 Gr.B – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
ASTM A333 Grade 6 и ASTM A106 Grade B — это два часто указываемых класса труб из углеродной стали в системах трубопроводов под давлением, в нефтяной и газовой промышленности, а также в общем процессе. Инженеры и специалисты по закупкам часто сравнивают эти классы друг с другом при выборе труб или плит для систем, которые балансируют стоимость, свариваемость, механические характеристики и рабочую температуру. Типичные контексты принятия решений включают выбор для криогенного или низкотемпературного обслуживания по сравнению с транспортировкой при более высоких температурах, а также приоритеты, такие как гарантированная ударная вязкость по сравнению с экономией на производстве.
Основное практическое различие заключается в гарантированной ударной вязкости при низкой температуре для A333 Grade 6 по сравнению с общепромышленным, ориентированным на высокие температуры, A106 Grade B. Поскольку оба являются углеродными/низколегированными сталями с аналогичными уровнями прочности, сравнение сосредоточено на вязкости при температуре, специфицированных испытаниях и критериях приемки, а также на последствиях для сварки, инспекции и защитных мер.
1. Стандарты и обозначения
- ASTM/ASME:
- A333 Grade 6 — «Бесшовные и сварные стальные трубы для низкотемпературного обслуживания». Часто используется для низкотемпературных или криогенных приложений, где требуется ударная вязкость при заданной низкой температуре.
- A106 Grade B — «Бесшовные углеродные стальные трубы для высокотемпературного обслуживания». Обычно используется для трубопроводов на нефтеперерабатывающих заводах, в нефтехимии и в процессе, где основными факторами являются прочность при повышенной температуре и экономия.
- EN (Европейские): Существуют сопоставимые, но не идентичные эквиваленты в стандартах EN (например, семейство P265/275/355) — выбор требует перекрестной проверки механических и ударных требований.
- JIS/GB: Японские и китайские стандарты включают низкотемпературные варианты; прямая эквивалентность должна быть подтверждена механическими и ударными спецификациями.
- Классификация: Оба являются углеродными/низколегированными сталями (не нержавеющими, не инструментальными, не HSLA в строгом смысле). A333 Grade 6 — это углеродная сталь для низкотемпературного применения с обязательным испытанием на удар; A106 Grade B — это углеродная сталь общего назначения для высокотемпературного или обычного обслуживания.
2. Химический состав и стратегия легирования
Оба класса имеют преднамеренно простой химический состав: они полагаются на углерод и марганец как основные компоненты прочности, с жесткими ограничениями на фосфор и серу, чтобы избежать хрупкости и проблем, связанных с водородом. Легирующие элементы, кроме C, Mn, Si, либо отсутствуют, либо присутствуют только в следовых количествах.
Таблица: Типичный химический состав (вес.%) — обратитесь к отчету о испытаниях на заводе (MTR) и соответствующей спецификации ASTM для контрактных значений. Таблица показывает представительные пределы, обычно упоминаемые в отраслевой практике.
| Элемент | A333 Gr 6 (типичные пределы) | A106 Gr B (типичные пределы) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.30 (макс) | ≤ 0.30 (макс) |
| Mn | ≈ 0.30–1.20 (типично) | ≈ 0.29–1.06 (типично) |
| Si | ≤ 0.10–0.35 | ≤ 0.10–0.35 |
| P | ≤ 0.035 (макс) | ≤ 0.035 (макс) |
| S | ≤ 0.035 (макс) | ≤ 0.035 (макс) |
| Cr | обычно следы | обычно следы |
| Ni | обычно следы | обычно следы |
| Mo | обычно следы | обычно следы |
| V, Nb, Ti, B, N | не указано / следы в большинстве расплавов | не указано / следы в большинстве расплавов |
Примечания: - Значения являются ориентировочными типичными пределами и отраслевой практикой; точные контрактные пределы определяются соответствующей спецификацией ASTM и требованиями покупателя. - Химия A333 Gr6 контролируется для обеспечения ударной вязкости при низких температурах; это обычно подразумевает несколько более строгие требования к чистоте и низкому уровню примесей, а не значительные добавления легирующих элементов. - Ни один из классов не предназначен для использования в качестве нержавеющей или высоколегированной стали; коррозионная стойкость должна быть достигнута за счет покрытий, облицовок или выбора нержавеющих сплавов, если это необходимо.
Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность и твердость, но снижает свариваемость и вязкость, если его слишком много. - Марганец способствует закаляемости и прочности на растяжение и помогает противодействовать хрупкому эффекту серы, образуя сульфиды марганца. - Кремний является деоксидизатором и может незначительно увеличить прочность. - Легирующие элементы, такие как Cr, Ni, Mo, увеличивают закаляемость и прочность при высоких температурах, если они присутствуют; они незначительны в этих базовых классах.
3. Микроструктура и реакция на термическую обработку
Типичные микроструктуры: - Оба класса обычно поставляются в прокатанном или нормализованном состоянии для трубопроводов. Микроструктура в основном состоит из феррита и перлита для обычной обработки на заводе. - A333 Grade 6 часто нормализуется или термически обрабатывается/контролируется в процессе производства, чтобы обеспечить мелкозернистую ферритно-перлитную структуру с хорошей ударной вязкостью при низких температурах. - A106 Grade B обычно поставляется в нормализованном или прокатанном виде, предназначенном для прочности при высоких температурах и размерной стабильности, а не для криогенной вязкости.
Эффект термических обработок: - Нормализация уточняет размер зерна, улучшая вязкость и делая механические свойства более однородными; оба класса выигрывают от нормализации. - Закалка и отпуск не являются стандартными для этих классов, но за счет более высокого легирования и контролируемой термической обработки прочность может быть увеличена за счет пластичности и вязкости; это не типично для труб, специфицированных для A106 или A333. - Термомеханическая обработка (контролируемая прокатка) может повысить прочность и вязкость в обеих сталях за счет уточнения зерна и контроля осадков и более распространена там, где материал специфицирован для более высокой прочности с вязкостью.
4. Механические свойства
Представительные диапазоны механических свойств для типичных коммерческих форм продукта (труба) приведены ниже. Всегда проверяйте соответствующую таблицу ASTM для минимальных контрактных значений и значений MTR.
| Свойство | A333 Gr 6 (типично) | A106 Gr B (типично) |
|---|---|---|
| Прочность на растяжение (UTS) | ~415–550 МПа (типичный диапазон) | ~415–550 МПа (типичный диапазон) |
| Предельная прочность (0.2% смещение) | ~240–350 МПа (зависит от стенки/толщины) | ~240–350 МПа (зависит от стенки/толщины) |
| Удлинение (в 2 дюйма / 50 мм) | ≥ 20–30% (варьируется по размеру) | ≥ 20–30% (варьируется по размеру) |
| Ударная вязкость (Charpy V-образный вырез) | Специфицированный минимум при низкой температуре (например, -29°C до -46°C в зависимости от спецификации) | Обычно нет гарантированных требований к ударной вязкости при низкой температуре (испытания проводятся при обычной температуре, если вообще проводятся) |
| Твердость | Умеренная (типичные диапазоны HRC низкие/высокие HB) | Умеренная |
Интерпретация: - В терминах прочности/предельной прочности оба класса занимают аналогичные диапазоны; ни один из них не является высокопрочной микролегированной плитой по конструкции. - A333 Gr 6 специфицирован для сохранения приемлемой вязкости при заданных низких температурах; это его определяющее механическое преимущество по сравнению с A106 Gr B. - A106 Gr B не имеет обязательного принятия ударной вязкости при низких температурах; его вязкость при низкой температуре не гарантируется без дополнительных испытаний или спецификаций.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит в основном от углеродного эквивалента (CE) и контроля теплового ввода процесса. Для обычных углеродных сталей, таких как A333 Gr6 и A106 GrB, свариваемость обычно хороша для стандартной сварки с соответствующим предварительным подогревом и процедурой, но низкотемпературное обслуживание требует более строгого контроля, чтобы избежать холодных трещин и потери вязкости в зоне термического влияния.
Полезные индексы свариваемости: - Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более консервативный $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Оба класса обычно имеют низкий углерод и умеренный марганец, что приводит к умеренным значениям CE, которые подразумевают, что рутинная сварка возможна с использованием стандартных расходных материалов. - Для A333 Gr6 (низкотемпературное обслуживание) часто указываются предварительный подогрев, контролируемая температура между проходами и контроль тепла после сварки, чтобы защитить вязкость HAZ; сварочные процедуры должны быть квалифицированы для обеспечения требуемой ударной вязкости при низких температурах. - A106 GrB является обычным и легко свариваемым для обслуживания при обычной и повышенной температуре; однако, когда он используется в низкотемпературных условиях, требуются дополнительные испытания/контроль, поскольку вязкость основного металла не гарантируется.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни A333 Gr6, ни A106 GrB не являются коррозионно-стойкими сталями. Защита от коррозии достигается за счет покраски, покрытий, облицовок, катодной защиты или оцинковки, где это уместно.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) применяется к нержавеющим классам и не имеет отношения к этим углеродным сталям: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Выбор для коррозионных сред должен учитывать переход на нержавеющие или коррозионно-стойкие сплавы; для нейтральных водных или атмосферных воздействий покрытия и катодная защита являются стандартными решениями.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость: Оба класса обрабатываются аналогично, поскольку химия сопоставима; обрабатываемость типична для углеродных сталей с низким содержанием углерода. Скорости резания и инструменты должны быть установлены для углеродной стали средней прочности.
- Формуемость и гибкость: Оба хорошо формуются в отожженном/прокатанном или нормализованном состоянии. Более строгие требования к вязкости A333 Gr6 означают, что контроль прокатки/термической обработки более тщательный, но формование на месте сопоставимо.
- Сварка, термическая обработка после сварки (PWHT): PWHT редко требуется для любого из классов, если не указано для условий эксплуатации (например, для снижения остаточных напряжений или для высокотемпературного обслуживания). Для низкотемпературного обслуживания с A333 важно квалифицировать процедуру, чтобы сохранить вязкость HAZ.
8. Типичные применения
| A333 Grade 6 | A106 Grade B |
|---|---|
| Криогенные или низкотемпературные трубопроводы и сосуды под давлением, где специфицирована ударная вязкость при низкой температуре (например, трубопроводы для сжиженного природного газа, холодные линии подачи, холодильные системы) | Паровые линии высокого давления, процессные трубопроводы, трубопроводы на нефтеперерабатывающих заводах, общепромышленные каналы для жидкостей при обычных и повышенных температурах |
| Морские и подводные линии, где требуются низкотемпературная вязкость и устойчивость к хрупкому разрушению | Линии передачи, трубы котлов и процессные трубопроводы, где прочность при повышенной температуре и экономия являются приоритетами |
| Любое трубопроводное применение, где специфицированы испытания на ударную вязкость при низкой температуре | Широкий спектр промышленных трубопроводов, где стандартные химические и механические свойства A106 соответствуют проектным и ценовым целям |
Обоснование выбора: - Выбирайте A333 Gr6, если проектная температура приближается или опускается ниже температуры перехода от пластичного к хрупкому состоянию, и ударная вязкость при низких температурах должна быть гарантирована спецификацией и испытаниями. - Выбирайте A106 GrB, если рабочая температура находится в диапазоне от обычной до повышенной, и покупатель предпочитает общедоступный, экономичный, массовый класс труб.
9. Стоимость и доступность
- A106 Grade B является одним из самых широко производимых и хранимых бесшовных труб из углеродной стали в мире; поэтому он, как правило, более экономичен и легче доступен в широком диапазоне размеров и стандартов.
- A333 Grade 6 может иметь надбавку из-за дополнительных требований к испытаниям на удар при низкой температуре и любой дополнительной обработке на заводе (нормализация, контролируемая прокатка, более строгий контроль качества). Доступность, как правило, хорошая, но может быть более ограниченной в необычных размерах или при коротких сроках поставки.
- Форма продукта имеет значение: бесшовные против сварных против ERW; секции большого диаметра или с толстыми стенками повлияют на сроки поставки и стоимость для обоих классов.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы (качественное)
| Критерий | A333 Gr 6 | A106 Gr B |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая, но сварочная процедура должна сохранять вязкость HAZ для низкотемпературного обслуживания | Хорошая для общих применений; стандартные сварочные процедуры обычно достаточны |
| Баланс прочности и вязкости | Похожие прочность на растяжение/предельная прочность; превосходная гарантированная вязкость при низких температурах | Похожие прочность на растяжение/предельная прочность; вязкость не гарантируется при низких температурах |
| Стоимость | Умеренная — может быть выше из-за испытаний и обработки | Как правило, ниже — широко доступен, экономичен |
Рекомендация: - Выбирайте A333 Grade 6, если ваше применение требует гарантированной ударной вязкости при низких температурах, если риск хрупкого разрушения должен быть минимизирован или если специфицированная проектная температура находится в диапазоне низких температур/криогенных. Также выбирайте A333 Gr6, когда контрактно требуются испытания на низкую температуру или критерии приемки на ударную вязкость. - Выбирайте A106 Grade B, если вам нужна экономичная, широко доступная бесшовная труба из углеродной стали для обслуживания при обычной и повышенной температуре, где низкотемпературная вязкость не является первоочередным требованием, и где стандартные практики сварки и обработки достаточны.
Заключительная заметка: как ASTM A333 Gr6, так и A106 GrB являются рабочими классами углеродной стали. Правильный выбор зависит не только от номинальных значений прочности на растяжение, но и от требуемой более низкой рабочей температуры, специфицированных испытаний на удар, квалификации сварочных процедур и стратегии защиты от коррозии на протяжении всего жизненного цикла. Всегда обращайтесь к соответствующим таблицам ASTM/ASME, запрашивайте отчеты о испытаниях на заводе и квалифицируйте сварочные процедуры, когда условия эксплуатации приближаются к пределам вязкости материала.