El servicio de baja temperatura se rige por la tenacidad al impacto, no por la resistencia. Por debajo de la temperatura de transición dúctil-frágil el acero puede fallar por fractura frágil con esfuerzos muy por debajo de su límite elástico, así que el material no se califica por lo fuerte que sea sino por un ensayo de impacto Charpy V realizado a la temperatura que realmente va a ver.
Por qué la resistencia es la base equivocada para seleccionar
El instinto habitual cuando una línea tiene que trabajar más duro es especificar un grado más alto. En servicio de baja temperatura ese instinto es inseguro. Subir el límite elástico de un acero al carbono normalmente sube también su temperatura de transición, lo que acerca el riesgo de fractura frágil al rango de operación. El enfoque correcto es mantener la resistencia moderada, refinar el grano, añadir níquel donde sea necesario y demostrar la tenacidad ensayando a la temperatura mínima de diseño.
Tres especificaciones que viajan juntas
El tubo de baja temperatura se compra bajo ASTM A333, que cubre tubo de acero soldado y sin costura para servicio de baja temperatura y exige ensayo de impacto en cada grado. Sus compañeras son la ASTM A420 para accesorios de acero al carbono y aleado forjados — los grados WPL6, WPL9 y WPL3 son los que se ven normalmente — y la ASTM A350 para forjados, donde el LF2 es el grado con el que se fabrican la mayoría de las bridas de baja temperatura. Especificar una sin las otras dos deja una línea cuyo tubo está calificado para el frío y cuyos accesorios no lo están.
Los grados y hasta qué frío llegan
El níquel es lo que compra temperatura. El Grado 1 y el Grado 6 son aceros al carbono-manganeso comunes y se ensayan al impacto a −45 °C. El Grado 3 lleva nominalmente 3,5 % de níquel y se ensaya al impacto a −100 °C (−150 °F). El Grado 8 usa nominalmente 9 % de níquel y llega a −195 °C, que es el rango que ocupan el gas natural licuado y el nitrógeno líquido. El ensayo de impacto es obligatorio en todos los grados, con una aceptación típica en probeta completa de 18 J de promedio y ningún ejemplar por debajo de 14 J.
| Necesidad del servicio | Producto | Norma y grado |
|---|---|---|
| Tubo de baja temperatura | Tubo de acero para baja temperatura ASTM A333 | ASTM A333 Grado 1, 3, 6, 8; ensayado al impacto según la especificación |
| Líneas criogénicas y de GNL | Tubo de acero inoxidable ASTM A312 | ASTM A312 TP304 / 304L, TP316 / 316L para servicio criogénico |
| Tubería de línea con ensayo de impacto | Tubo de acero sin costura API 5L | API 5L PSL2 con ensayo de impacto Charpy a baja temperatura |
| Líneas de baja temperatura de gran diámetro | Tubo de acero soldado LSAW API 5L | API 5L PSL2, ensayado al impacto a la temperatura mínima de diseño |
| Accesorios de baja temperatura | Accesorios de acero aleado | ASTM A420 WPL6, WPL9, WPL3 |
| Accesorios inoxidables para servicio criogénico | Accesorios soldados a tope inoxidables | ASTM A403 WP304 / WP316, según la especificación del tubo |
| Bridas de baja temperatura | Bridas de tubería | ASTM A350 LF2 / LF3, o A182 F304 / F316 para austeníticos |
| Codos, tees y reductores | Codo soldado a tope | ASME B16.9, ASTM A420 WPL6 |
| Líneas frías recubiertas y aisladas | Tubo de acero con recubrimiento anticorrosivo | Recubrimiento exterior y aislamiento según la especificación del proyecto |
El código de diseño fija el requisito
La pregunta de si se requiere ensayo de impacto y a qué temperatura la responde el código de diseño y no la especificación del material. Para tubería de proceso, ASME B31.3 fija la temperatura mínima de diseño del metal y los requisitos de ensayo de impacto que se derivan de ella; para recipientes a presión es la Sección VIII de ASME. Los grados de la A333 llevan su propio ensayo de impacto como parte de la especificación, y por eso son la respuesta directa cuando la temperatura de diseño es baja.
- Dé la temperatura mínima de diseño del metal. Todo lo relativo a la elección del material sale de ella.
- No suba el grado para resolver un problema de frío. Más resistencia normalmente significa una temperatura de transición más alta.
- Especifique los accesorios y bridas a juego. Tubo A333 con accesorios A234 WPB comunes es una unión no calificada.
- Declare explícitamente la temperatura del ensayo de impacto. Es un requisito aparte del grado y se cotiza aparte.
- Pida el informe del ensayo de impacto. La calificación es el resultado del ensayo, no una declaración en un certificado.
- Considere el conjunto completo. Las soldaduras, las zonas afectadas por el calor y los soportes también quedan en el frío, no solo el cuerpo del tubo.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace que un acero sea apto para servicio de baja temperatura?
La tenacidad al impacto y no la resistencia. El acero tiene que resistir la fractura frágil a la temperatura mínima de diseño del metal, lo que se demuestra con un ensayo de impacto Charpy V a esa temperatura o por debajo. Se añade níquel y se refina la microestructura para mover la transición dúctil-frágil por debajo de la temperatura de servicio.
¿Cuál es la diferencia entre ASTM A333 Grado 1, 3 y 6?
El Grado 1 y el Grado 6 son aceros al carbono-manganeso ensayados al impacto a −45 °C. El Grado 3 contiene nominalmente 3,5 % de níquel y se ensaya al impacto a −100 °C (−150 °F), así que se elige cuando la temperatura de diseño está por debajo de lo que un acero al carbono común puede calificar. El Grado 8, con nominalmente 9 % de níquel, extiende el rango a −195 °C.
¿Qué accesorios y bridas van con el tubo A333?
ASTM A420 para accesorios de acero al carbono y aleado forjados, comúnmente grados WPL6, WPL9 y WPL3, y ASTM A350 para forjados, normalmente LF2 para bridas. Las tres especificaciones están escritas como una familia, y mezclar un tubo de baja temperatura con accesorios de temperatura estándar deja la unión sin calificar.
¿Por qué un grado más alto no es la respuesta para servicio frío?
Porque en los aceros al carbono y de baja aleación la resistencia y la tenacidad tiran en direcciones opuestas. Aumentar el límite elástico tiende a subir la temperatura de transición dúctil-frágil, lo que reduce el margen contra la fractura frágil. Los grados de baja temperatura se eligen por su tenacidad a la temperatura de diseño, y su límite elástico es consecuencia de esa elección.
Dónde seguir
- Calculadora de peso de tubo de acero – calcule el peso de cualquier medida y espesor de pared
- Tabla de cédulas – espesor de pared para cada cédula, carbono e inoxidable
- Solicitar una cotización – envíe la especificación, la cantidad y el puerto de destino
- Tubo ASTM A333 Grado 3 – el grado de baja temperatura con 3,5 % de níquel
- ASTM A350 LF2 – la brida de acero al carbono para baja temperatura
- Accesorios ASTM A420 WPL6 – los accesorios de acero al carbono para baja temperatura con ensayo de impacto Charpy
- Tubo de acero para baja temperatura ASTM A333 – grados, rango de temperatura y ensayo de impacto
- Servicio amargo – la otra condición que se impone a una selección basada en la resistencia
- Ductos y conducción – cómo se especifican y se recubren las líneas de conducción
Con cuatro datos podemos cotizar. El grado o la norma que el material tiene que cumplir, la medida y el espesor de pared, el tonelaje y el puerto de destino. Envíelos juntos y respondemos con disponibilidad y precio.
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