Jak wybrać materiały dla rurociągów wysokotemperaturowych? Porównanie składu chemicznego, właściwości mechanicznych i zdatności do zastosowań między ASTM A106 Gr.B a API 5L Gr.B

W przemyśle naftochemicznym, elektrowniach, kotłach i naczyniach pod ciśnieniem wybór materiałów dla rurociągów o wysokiej temperaturze bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo, niezawodność i czas użytkowania urządzeń. ASTM A106 Gr.B i API 5L Gr.B to dwie szeroko stosowane normy stalowych rurek bezszwowych z żelaza węglowego, ale ich scenariusze zastosowań i cechy wydajnościowe różnią się znacząco. W tym artykule porównamy i przeanalizujemy skład chemiczny, właściwości mechaniczne, zakres stosowanych temperatur, główne zastosowania itp., aby pomóc inżynierom i nabywcom w podejmowaniu bardziej rozsądnych decyzji dotyczących wyboru materiału.

1. Przegląd standardów i główne zastosowania
Standard ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B
Zakres zastosowań Rurociągi o wysokich temperaturach i ciśnieniach (boilery, układy termiczne, petrochemia) Transport ropy naftowej i gazu ziemnego (rury długodystansowe, rurociągi zbiorcze)
Proces produkcji Rura stalowa bezszwowa (Seamless) Rura stalowa bezszwowa (Seamless) lub rura stalowa spawana (Welded)
Typowe zastosowania Rurociągi parowe, rurociągi procesowe o wysokich temperaturach Transport ropy i gazu, transport płynów o niskim ciśnieniu
Główna Różnica:

ASTM A106 Gr.B jest projektowany dla warunków o wysokich temperaturach i ciśnieniach oraz nadaje się do transportu pary, wody gorącej przegrzanej i ropy naftowej o wysokiej temperaturze.

API 5L Gr.B jest przeznaczony przede wszystkim do transportu ropy naftowej i gazu ziemnego, koncentrując się bardziej na wydajności spawania i odporności na niskie temperatury niż na długoterminową stabilność przy wysokich temperaturach.

2. Porównanie składu chemicznego (%)

Element ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B Analiza wpływu

C (węgiel) ≤0.30 ≤0.28 A106 ma nieco wyższą zawartość węgla, co poprawia wytrzymałość na wysokie temperatury, ale obniża spawalność

Mn (mangan) 0.29-1.06 0.90-1.20 API 5L ma wyższą zawartość Mn, co poprawia odporność na uderzenia przy niskich temperaturach

P (fosfor) ≤0.035 ≤0.025 API 5L ma niższą zawartość P, co zmniejsza ryzyko kruchego łamania w zimnie

S (siarka) ≤0.035 ≤0.015 API 5L ma niższą zawartość S, co poprawia jakość spawania

Si (kremel) ≥0.10 ≥0.10 Podobne, poprawia odporność na wysokie temperatury

Wnioski:

API 5L Gr.B ma surowsze ograniczenia dotyczące zawartości P i S, co jest odpowiednie dla spawania i środowisk o niskich temperaturach.

ASTM A106 Gr.B pozwala na nieco wyższy C i Mn, aby zwiększyć wytrzymałość przy wysokich temperaturach, ale należy zwracać uwagę na podgrzewanie podczas spawania.

3. Porównanie właściwości mechanicznych
Właściwości ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B Różnice
Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) ≥415 ≥414 W zasadzie równoważne
Wytrzymałość graniczna (MPa) ≥240 ≥241 W zasadzie równoważne
Wytrzymałość na rozciąganie (%) ≥30 ≥30 Ta sama
Test uderzeniowy Zazwyczaj nie wymagany Może być wymagany (na przykład w środowisku o niskich temperaturach) API 5L więcej uwagi poświęca trudności niskotemperaturowej
Porównanie wydajności przy wysokich temperaturach:

ASTM A106 Gr.B utrzymuje dobrą wytrzymałość podczas długotrwałego użytkowania poniżej 425°C, nadaje się do kotłów i rurociągów termicznych.

API 5L Gr.B nie ma jasnych wymagań dotyczących wydajności przy wysokich temperaturach, a długotrwałe użytkowanie przy wysokich temperaturach może spowodować obniżenie wytrzymałości.

4. Zakres dopuszczalnych temperatur
Materiał Zalecany zakres temperatur Ograniczenia
ASTM A106 Gr.B -29°C do 425°C Powyżej 425°C należy rozważyć stali stopowe
API 5L Gr.B -20°C do 200°C Szybko maleje wytrzymałość przy wysokich temperaturach
Kluczowe Punkty:
ASTM A106 Gr.B jest pierwszym wyborem dla rurociągów o wysokiej temperaturze, takich jak systemy pary i rurociągi na ropę ciepłą.
API 5L Gr.B jest odpowiednie do użytku w normalnych lub niskotemperaturowych warunkach transportu ropy i gazu, a warunki wysokotemperaturowe należy dokładnie ocenić.

5. Rekomendacje dotyczące wyboru materiału
Wybierając ASTM A106 Gr.B
✅ Warunki wysokiej temperatury (>200°C, takie jak kotły, wymienniki ciepła)
✅ Rurociągi parowe lub na ropę gorącą w warunkach wysokiego ciśnienia
✅ Wymagana długoterminowa stabilność w warunkach wysokiej temperatury

Wybierając API 5L Gr.B
✅ Rurociągi naftowe i gazowe
✅ Środowisko niskotemperaturowe (wymagany test oddziaływania)
✅ Projekty z wysokimi wymaganiami spawalniczymi

6. wniosek
Rurociągi o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu (takie jak elektrownie, petrochemiczne zakłady produkcyjne) → ASTM A106 Gr.B (lepsze wydajność przy wysokich temperaturach)

Rurociągi naftowe i gazowe (takie jak długodystansowe rurociągi, systemy gromadzenia i transportu) → API 5L Gr.B (lepsza spawalność i wytrzymałość przy niskich temperaturach)

Jeśli projekt obejmuje zarówno wysoką temperaturę, jak i wymagania spawalnicze, konieczna jest kompleksowa ocena, a w razie potrzeby stosuje się podgrzewanie przed spawaniem lub obróbkę cieplną po spawaniu, aby zapewnić bezpieczeństwo.