Guida completa ai tubi in acciaio legato: da ASTM A335 da P5 a P92

Cos'è il tubo in acciaio legato? In cosa differisce dall'acciaio al carbonio?

I tubi in acciaio legato contengono aggiunte intenzionali di elementi di lega - cromo, molibdeno, nichel, vanadio e altri - per migliorare le proprietà oltre ciò che l'acciaio al carbonio può fornire. Questi elementi di lega trasformano la microstruttura e le caratteristiche prestazionali del materiale. Il cromo (Cr) migliora l'ossidazione e la resistenza alla corrosione formando uno strato stabile di ossido di cromo. Il molibdeno (Mo) aumenta la resistenza alla trazione e allo scorrimento alle alte-temperature attraverso il rafforzamento della soluzione solida. Il vanadio (V) e il niobio (Nb) affinano la struttura del grano e forniscono un rafforzamento delle precipitazioni. La combinazione di questi elementi crea materiali che mantengono la forza e resistono al degrado a temperature alle quali l’acciaio al carbonio cederebbe rapidamente.

La differenza fondamentale tra acciaio legato e acciaio al carbonio risiede nel contenuto totale di lega. L'acciaio al carbonio contiene tipicamente solo quantità residue (meno dell'1,6% totale) di elementi oltre al carbonio, manganese, silicio e impurità controllate. L'acciaio legato aggiunge deliberatamente più dell'1% di elementi leganti per raggiungere obiettivi di proprietà specifici. Questo contenuto aggiuntivo di lega rende i tubi in acciaio legato significativamente più costosi - in genere 2-5 volte il costo dell'acciaio al carbonio, ma consente il servizio in condizioni in cui l'acciaio al carbonio non sarebbe adatto.

Panoramica dello standard ASTM A335

ASTM A335 è lo standard principale relativo ai tubi in acciaio legato ferritico senza saldatura per servizi ad alta-temperatura. Lo standard copre i gradi P5, P9, P11, P22, P91 e P92, ciascuno con requisiti chimici e proprietà specifici. ASTM A335 viene indicato dall'ASME Sezione II Parte A come SA-335 e i valori di sollecitazione ammissibili sono forniti nella Sezione II Parte D per tutti i gradi. Il relativo standard ASTM A213 copre le stesse leghe ma in forma di tubo (diametri più piccoli) per applicazioni su caldaie e scambiatori di calore. Il prefisso "P" in A335 indica il tubo, mentre "T" in A213 indica il tubo.

Gradi di tubi in acciaio a bassa lega

A335 P5 (5% Cr, 0,5% Mo)

P5 contiene il 4,0-6,0% di cromo e lo 0,45-0,65% di molibdeno, garantendo un'eccellente resistenza all'ossidazione ad alta-temperatura e alla corrosione da solforazione. L'alto contenuto di cromo forma un ossido protettivo stabile che resiste alle incrostazioni a temperature fino a 650 gradi. P5 è comunemente utilizzato in applicazioni di raffineria come unità FCC (Fluid Catalytic Cracking), riscaldatori a coker e altre tubazioni di processo ad alta temperatura in cui sono presenti ambienti contenenti zolfo.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

P9 aumenta il contenuto di cromo all'8,0-10,0% con lo 0,90-1,10% di molibdeno. Questo livello di cromo più elevato migliora ulteriormente la resistenza all'ossidazione e alla corrosione rispetto al P5. P9 è specificato per le unità di idrodesolforazione delle raffinerie, gli impianti di recupero dello zolfo e il servizio di idrocarburi ad alta temperatura. Il suo contenuto di cromo del 9% gli conferisce una migliore resistenza alla tensocorrosione da acido politionico (PASCC) durante gli arresti.

A335 P11 (1,25% Cr, 0,5% Mo)

P11 è il grado di acciaio bassolegato più utilizzato-con 1,00-1,50% di cromo e 0,44-0,65% di molibdeno. Offre una migliore resistenza alle alte temperature rispetto all'acciaio al carbonio a un costo modesto. P11 viene utilizzato nelle tubazioni di riscaldamento a caldo delle centrali elettriche, nelle tubazioni dei processi di raffineria a temperature intermedie e nelle linee ad alta temperatura degli impianti chimici. È facilmente saldabile con preriscaldamento e PWHT.

A335 P22 (2,25% Cr, 1% Mo)

P22 è il cavallo di battaglia delle industrie petrolchimiche ed energetiche. Con 1,90-2,60% di cromo e 0,87-1,13% di molibdeno, fornisce un'eccellente resistenza allo scorrimento viscoso a temperature fino a 593 gradi. Il P22 è ampiamente utilizzato nelle tubazioni principali del vapore e di riscaldamento caldo delle centrali elettriche, nelle unità di idrocracking delle raffinerie e nei sistemi di vapore ad alta pressione. La sua combinazione di robustezza, resistenza alla corrosione e costo moderato lo rende la scelta predefinita per molte applicazioni ad alta temperatura prima di passare ai più costosi gradi 9Cr.

Gradi di tubi in acciaio altolegato - P91 e P92

A335 P91 (9% Cr, 1% Mo, V, Nb)

P91 è un acciaio 9Cr-1Mo modificato con aggiunte controllate di vanadio (0,18-0,25%) e niobio (0,06-0,10%). Questi elementi formano precipitati fini che migliorano notevolmente la resistenza allo scorrimento viscoso. P91 offre circa tre volte la resistenza alla rottura per scorrimento viscoso di P22 a 600 gradi, consentendo pareti più sottili e peso ridotto nei sistemi di tubazioni ad alta temperatura. P91 richiede un trattamento termico preciso (normalizzazione a 1040-1080 gradi seguita da rinvenimento a 730-780 gradi) per sviluppare la sua microstruttura ottimizzata della martensite temperata.

A335 P92 (9% Cr, 0,5% Mo, W, V)

P92 è un'evoluzione del P91, dove il tungsteno (1,5-2,0%) sostituisce parzialmente il molibdeno per migliorare ulteriormente la resistenza allo scorrimento viscoso. P92 offre una resistenza alla rottura per scorrimento viscoso superiore di circa il 15-20% rispetto al P91 a 600 gradi, rendendolo adatto per le sezioni a temperatura più elevata-delle centrali elettriche ultra-supercritiche. Tuttavia, il P92 è più difficile da saldare e richiede un controllo più rigoroso dei parametri del trattamento termico. La temperatura operativa massima per P92 è di circa 620 gradi per un servizio a lungo termine.

Applicazioni per tubi in acciaio legato

La raffinazione del petrolio e gli impianti petrolchimici sono i principali consumatori di tubi in acciaio legato. Le unità FCC utilizzano P5 e P9 per le tubazioni del reattore e del rigeneratore dove la corrosione da zolfo ad alta-temperatura è grave. Le unità di idrocracking utilizzano P22 e P91 per le tubazioni degli effluenti del reattore che operano a 400-450 gradi e 150-200 bar. Le unità di cokefazione utilizzano P5 e P9 per i tubi riscaldatori e le linee di trasferimento che operano a temperature superiori a 500 gradi. Le centrali elettriche ultra-supercritiche utilizzano P91 e P92 per le tubazioni principali del vapore che operano a 600-620 gradi e 250-300 bar. Per applicazioni dettagliate nel settore energetico, vedere il nostroGuida ai tubi della centrale elettrica.

Trattamento termico di tubi in acciaio legato

Tutti i tubi in acciaio legato richiedono un trattamento termico per sviluppare le proprietà meccaniche specificate. I gradi basso-legati (P5, P9, P11, P22) sono generalmente normalizzati a 900-980 gradi seguiti da rinvenimento a 650-750 gradi. La fase di normalizzazione affina la struttura del grano, mentre il rinvenimento fornisce la durezza e tenacità richieste. P91 e P92 richiedono un controllo più preciso: normalizzazione a 1040-1080 gradi (sopra la temperatura Ac3 per austenitizzare completamente), seguita da rinvenimento a 730-780 gradi. Anche la velocità di raffreddamento dopo il rinvenimento è fondamentale per evitare il nuovo indurimento. Il PWHT (trattamento termico post-saldatura) è obbligatorio per tutte le saldature di tubi in acciaio legato, in genere a 680-760 gradi per 1 ora per 25 mm di spessore. Vedi il nostroGuida al processo di trattamento termico(51) per i parametri dettagliati.

Considerazioni sulla saldatura per l'acciaio legato

La saldatura di tubi in acciaio legato richiede particolare attenzione al preriscaldamento, alla temperatura di interpass e al PWHT. P11 richiede un preriscaldamento di 150-200 gradi, mentre P22 richiede 200-300 gradi. La saldatura P91 è particolarmente impegnativa: preriscaldamento di 200-250 gradi, rigoroso controllo della temperatura di interpass (max 300 gradi) e PWHT immediato dopo la saldatura. L'uso di elettrodi per saldatura a basso-idrogeno e una corretta conservazione degli elettrodi sono fondamentali per la saldatura di tutti gli acciai legati per prevenire cricche a freddo-indotte dall'idrogeno. Le saldature di metalli diversi tra acciai bassolegati e altolegati richiedono un'attenta selezione del metallo d'apporto e parametri di trattamento termico post-saldatura che adattino entrambi i materiali.

Riferimento incrociato agli standard internazionali-

ASTM A335 P11 è equivalente a EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 e GB/T 5310 15CrMoG. P22 è equivalente a EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 e GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 è equivalente a EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 e GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Vedi il nostroConfronto degli standard dei tubiper riferimenti incrociati completi.

Come procurarsi tubi in acciaio legato

Quando si ordinano tubi in acciaio legato, fornire quanto segue: standard e qualità (ad es. ASTM A335 P91), dimensioni e pianificazione (ad es. 12" SCH 80), condizioni di consegna (normalizzate e temperate) ed eventuali requisiti speciali. I tubi in acciaio legato devono essere forniti con MTC completo che mostri analisi chimiche, proprietà meccaniche e dettagli del trattamento termico. ManufacturerPipe fornisce tutti i gradi ASTM A335 da P5 a P92, con trattamento termico completo e funzionalità NDT e può organizzare ispezione-di terze parti per la verifica della qualità.