Труба из углеродистой стали A53 / A106 Gr. B, A333 Gr. 6

Узнайте о трех наиболее распространенных стандартах для углеродных труб: ASTM A53 (черные и оцинкованные стальные трубы, бесшовные и сварные), ASTM A106 (бесшовные CS-трубы для высоких давлений и высоких температур до 750 градусов по F) и ASTM A333 ( эксплуатация в условиях пониженных температур). В статье дается обзор этих трех стандартов с точки зрения типового применения, механических и химических свойств, а также сравниваются различия между трубами A53 и A106.

Труба ASTM A53

Трубы A53 транспортируют жидкости при низких / средних давлениях и  также используются для механического применения. Труба A53 может быть сварная, фланцевая и профильная по  назначению, доступна  в трех основных типах («F», то есть непрерывная сварка / продольная сварка встык, не подходит для отбортовки, «S», бесшовная горячекатаная и холоднотянутая, и «E» ВПВ).

Углеродные трубы ASTM A53 / ASME SA 53 доступны в диапазоне размеров от 1/4 до 30 дюймов и сортаментом от 10 до 160, как в бесшовном, так и в сварном исполнении, черного цвета и оцинковано горячим погружением (ОГП).

Стандарт ASME B36.10 охватывает размеры трубы A53 (и вес на метр, в кг и фунтах).

Химический состав ASTM A53

Существуют две марки труб ASTM A53, то есть Grade A и B. Две марки имеют небольшие различия с точки зрения химического состава (главным образом, содержания углерода и марганца) и механических свойств - как показано в таблице сортов труб ниже:

Максимальное значение в %	Тип S (бесшовная)		Тип E (ВПВ)		Тип F (непрерывная сварка)
Марка трубы A53–>	Grade A	Grade B	Grade A	Grade B	Grade A
Углерод	0,25	0,3	0,25	0,3	0,3
Марганец	0,95	1,2	0,95	1,2	1,2
Фосфор	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
Сера	0,045	0,045	0,045	0,045	0,045
Медь	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Никель	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Хром	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Молибден	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
Ванадий	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08

Механические свойства труб А53 Gr. A / B

Бесшовная и ВПВ	A53 Grade A	A53 Grade B
Предел прочности на растяжение, мин, psi	48 000	60 000
Предел текучести	30 000	35 000

Физические свойства трубы A53

Плотность при 20 ° С кг/дм³	Модуль упругости kN/мм²				Теплопроводность при 20 C° W/m K	Удельная теплоёмкость при 20 C° J/кг K	Удельное электросопротивление при 20 °C Ω мм²/м
	20C°	300C°	400C°	450C°
7,85	210	192	184	179	51	461	0,20

Горячее формование и термическая обработка

Горячее формование		Термическая обработка
Температура °C	Тип охлаждения	Тепловая обработка 1)	Отжиг для снятия напряжения 2)	Тип охлаждения
1100 - 950	Воздух	890 - 950°C	600 - 650°C	Воздух

Примечание:

1. Нормализация: время выдержки 1 минута на мм толщины листа, минимум 30 минут
2. Отжиг для снятия напряжений: время выдержки 1-2 минуты на мм толщины пластины, минимум 30 минут

Допустимое отклонение

Допустимое отклонение для труб ASTM A53 - ASME SA53:

• толщина стенки: толщина трубы должна быть в любой точке не менее номинального размера трубы минус 12,5% (например, масса NPS -13% не будет приемлемой)
• вес/фут: + / - 10%

Требования к испытаниям

Ниже приведены требования к физической прочности согласно ASTM A53 Тип E Grade A и B.

Критерий	ASTM A53 Grade A	ASTM A53 Grade B
Пластичность	30,000 psi	35,000 psi
Предел прочности при растяжении	48,000 psi	60,000 psi
Относительное удлинение	Определяется по формуле	Определяется по формуле

В дополнение к химическому и физическому анализу, согласно ASTM A53 требуются следующие испытания:

Критерий	Test ASTM A53 - ASME SA53
Правка	Испытание на изгиб (меньше или равно 2,375 ″ наружного диаметра) *
Гидростатика	Поперечное напряжение поперечного шва (равно или больше 8,625 ″ наружного диаметра)

Типы концевых соединений

• Типоразмеры труб ниже 0,500 дюймов и спецификации труб STD / XS: плоские или скошенные концы
• Типоразмеры труб выше 0,500 дюймов и спецификация XXS: квадратные обрезанные плоские концы

Если трубы поставляются с резьбовыми концами, защита для резьбы является обязательной для труб выше 4 дюймов.

Маркировка

На каждую длину трубы (или связку для меньших диаметров) должна наноситься следующая маркировка:

• название производителя
• тип A53 (S, E, F)
• диаметр и спецификация (от 10 до 160 и XXS)
• обозначение «ASTM A53»
• длина трубы
• номер партии

На рынке часто можно найти трубы, которые одновременно соответствуют нескольким стандартам: A53, A106, API 5L Gr. B. Такое соответствие отображается в виде отметки на самой трубе.

Оцинкованная труба ASTM A53

Что значит оцинкованная труба?

Оцинкованные трубы - это стальные трубы, которые были погружены в горячий расплав защитного цинкового покрытия для предотвращения коррозии и ржавчины (процесс называется «горячее цинкование»). Оцинкованные трубы были введены в 60-х годах в качестве альтернативы свинцовым трубам для передачи и распределения воды. После этого они использовались также для канализации, пожаротушения и водопроводных систем. 

В процессе горячего цинкования, цинковое покрытие наносится как снаружи, так и внутри трубы. Стандартное цинковое покрытие составляет от 1,6 до 1,8 унций на квадратный фут.

Оцинкованные трубы демонстрируют долговечность, улучшенную устойчивость к коррозии по сравнению со стандартной черной сталью и доступностью относительно низкой цены (и хорошей вязкости) по сравнению с альтернативными металлами (цена оцинкованной трубы по сравнению с медью может быть в 6 раз меньше на метрическую тонну).

Как правило, цена оцинкованных труб на 40-50% выше, чем цена на черные углеродные трубы (нанесение цинкового покрытия требует транспортировки неизолированной трубы на завод по оцинковке, нанесение цинкового сырья на трубы и другие отделочные работы).

С другой стороны, оцинкованные трубы тяжелые, их трудно ремонтировать, и они со временем имеют тенденцию к образованию засоров (внутренняя часть трубы подвержена коррозии, и нередки случаи, когда оцинкованные трубы полностью проржавели через несколько лет после их установки).

ASTM A123, ASTM A153 и ASTM A53

Прежде всего, существует разница между ASTM A53 и ASTM A153. Компании, специализирующиеся на гальванизации труб, знакомы со стандартом ASTM A153 «Стандарт для типов цинкового покрытия на крепежные элементы из железа и стали».

В разделе 17 стандарта ASTM A53 устанавливаются требования к оцинкованной трубе, т. е. требуется, чтобы труба была оцинкована горячим способом с содержанием цинка в соответствии со спецификацией B6 (Стандарт для цинка) и указана минимальная масса для единицы площади покрытия.

Стандарт ASTM A53 не устанавливает требований, связанных с чистовой обработкой, внешним видом или сцеплением оцинкованного покрытия, которое вместо этого четко определено в стандарте ASTM A123 (Стандарт для цинка, горячего цинкования, покрытий на изделиях из железа и стали).

Кроме того, вес на единицу площади покрытия, определенный в стандарте ASTM A53, соответствует требованиям минимальной толщины покрытия согласно ASTM A123. Поэтому стандарт ASTM A123 является более жестким, чем ASTM A53, в отношении оцинкованного покрытия, и всякий раз, когда труба оцинкована в соответствии с ASTM A123, она также соответствует требованиям раздела 17 ASTM A53.

Вывод: когда покупателю требуются оцинкованные трубы в соответствии с A53, процесс горячего цинкования в соответствии с ASTM A123 соответствует более слабым требованиям горячего цинкования, установленным ASTM A53A.

Трубы ASTM A106

Трубы ASTM A106 / SA106 доступны в диапазоне размеров от 1/2 до 28 дюймов и в спецификациях труб от 10 до 160 (согласно стандарту ASME B36.10). Эти трубы доступны с одинарной условной длинной (17 ′ - 24 ′) и с двойной условной длинной (36 ′ - 44 ′).

Стандарт ASME B36.10 охватывает размеры трубы ASTM A106 grade B (и вес на метр, в кг. и фунтах).

Химический состав трубы ASTM A106

Трубы ASTM A106 производятся в grade A, B и C.

NPS 1-1 / 2 ″ и ниже доступны в горячем или холоднотянутом виде. Трубы NPS 2 дюйма и выше обычно горячекатаные. Трубы ASTM A106 изготавливаются из закаленной стали и подходят для работы при высоких температурах (для низких температур следует использовать трубы ASTM A333).

Химический состав трех марок ASTM A106 показан в следующей таблице:

ASTM A106 - Бесшовные трубы из углеродистой стали ASME SA106 - химический состав,%
Элемент	C макс	Mn	P макс	S макс	Si макс	Cr макс(3)	Cu макс(3)	Mo макс(3)	Ni макс(3)	V макс(3)
ASTM A106 Grade A	0,25 (1)	0,27-0,93	0,035	0,035	0,10	0,40	0,40	0,15	0,40	0,08
ASTM A106 Grade B	0,30 (2)	0,29-1,06	0,035	0,035	0,10	0,40	0,40	0,15	0,40	0,08
ASTM A106 Grade C	0,35 (2)	0,29-1,06	0,035	0,035	0,10	0,40	0,40	0,15	0,40	0,08

Допустимое отклонение труб A106

Производственные отклонения для труб ASTM A106 показаны в таблице ниже:

• диаметр: см. таблицу
• толщина стенки: минимальная толщина стенки трубы не должна быть в любой точке ниже номинального размера трубы минус 12,5%.
• вес: допустимое отклонение по весу должно быть в пределах -3,5% и +10% по сравнению со стандартом. Весовой тест может быть выполнен на партиях для труб меньшего номинального размера (ниже 4 дюймов), но должен выполняться труба за трубой для больших диаметров (6 дюймов и выше).

ASTM A106 Grade B	Свыше		Ниже
	дюйм	мм	дюйм	мм
1/8 до 1-1/2 [6 to 40], incl	1/64 (0,015)	0,4	1/64 (0,015)	0,4
от 1-1/2 до 4 [40 to 100], incl	1/32 (0,031)	0,8	1/32 (0,031)	0,8
от 4 до 8 [100 to 200], incl	1/16 (0,062)	1,6	1/32 (0,031)	0,8
от 8 до 18 [200 to 450], incl	3/32 (0,093)	2,4	1/32 (0,031)	0,8
от 18 до 26 [450 to 650], incl	1/8 (0,125)	3,2	1/32 (0,031)	0,8
от 26 до 34 [650 to 859], incl	5/32 (0,156)	4	1/32 (0,031)	0,8

Механические свойства A106 Gr. A / B

ASTM A106 pipe	A106 Grade A	A106 Grade B	A106 Grade C
Предел прочности при растяжении, мин. psi	48 000	60 000	70 000
Относительное удлинение. мин.	30 000	35 000	40 000

Требования к испытаниям

	Номинальный размер трубы	По одной длине от каждой партии
Испытание на растяжение	5 и меньше	<= 400
	6 и больше	<= 200
Испытание на изгиб	2 и меньше	<= 400
Испытание на расплющивание	от 2 до 5	<= 400
	6 и больше	<=200

Гидростатический тест

Гидравлическое испытание должно применять давление, равное 60% минимального предела текучести, в течение не менее 5 секунд при атмосферных условиях.

Максимальное давление не должно превышать 2500 фунтов на квадратный дюйм для труб до 3 дюймов и 2800 для больших размеров. Если выполняются дополнительные, нестандартные испытания, труба должна иметь знак «S» на каждой длине или связка труб.

Требования к маркировке

На каждую длину трубы (или связку для меньших диаметров) должна наноситься следующая маркировка:

• название производителя
• ASTM A106 grade B (или A, C)
• диаметр и спецификация ANSI (от 10 до 160 и XXS)
• длина трубы
• номер партии
• гидростатическое испытательное давление
• вес / фут

Труба A53 и A106

В двух словах, основное различие между трубами A53 и A106 состоит в том, что трубы A53 используются при низкой / средней температуре и давлении, тогда как трубы ASTM A106 используются для более высоких температур-давлений и когда бесшовное исполнение является обязательным.

Трубы ASTM A53 и A106 очень близки по химическому составу и механическим свойствам: действительно, на рынке можно найти трубы, которые одновременно соответствуют обоим стандартам (а также API 5L grade B).

Основные различия между трубами ASTM A53 и A106 связаны со следующими аспектами:

• Производственный процесс: стальные трубы ASTM A106 доступны только в бесшовном исполнении, тогда как стальные трубы ASTM A53 либо сварные, либо бесшовные
• Закрытый диапазон давления / температуры: трубы ASTM A106 выдерживают более высокие диапазоны давления и температуры, чем ASTM A53
• Химический состав (различия действительно минимальны).

Химические различия A53 и A106

В таблице сравнивается химический состав труб A53 и A106 (grade B). Немногочисленные различия связаны с химическими элементами Mn, P, S и Si (красным). В частности, кремний отсутствует в трубах A53, тогда как он присутствует в трубах ASTM A106 (кремний придает стальному сплаву лучшую устойчивость к высоким температурам).

Стандарт	Grade	Химический состав, %
		C	Mn	P	S	Si	Cr	Cu	Ni	Mo	V
ASTM A106	B	≤0,30	0,29-1,06	≤0,035	≤0,035	>0,10	≤0,40	≤0,40	≤0,40	≤0,15	≤0,08
ASTM A53	B	≤0,30	≤1,20	≤0,05	≤0,045	-	≤0,40	≤0,40	≤0,40	≤0,15	≤0,08
API 5L	B(psl-1)	≤0,28	≤1,20	≤0,030	≤0,030	-	-	-	-	-	-
DIN 1629	St 37.0	≤0,17	-	≤0,040	≤0,040	-	-	-	-	-	-
DIN 2448	St 44.0	≤0,21	-	≤0,040	≤0,040	-	-	-	-	-	-
EN10210	S235JRH	≤0,17	-	≤1,40	≤0,040	-	-	-	-	-	-
GB/T8163	10#	0,07-0,13	0,35-0,65	≤0,035	≤0,035	0,07-0,37	≤0,15	≤0,25	≤0,30	-	-
GB/T8162	20#	0,17-0,23	0,35-0,65	≤0,035	≤0,035	0,17-0,37	≤0,25	≤0,25	≤0,30	-	-

Механические различия A53 и A106

В таблице сравниваются трубы A53 и A106 с точки зрения механических свойств (требования на растяжение / предел текучести, относительное удлинение и динамическое испытание на прочность), которые являются минимальными, если вообще не существуют.

Текучесть и прочность на растяжение A53 и A106 (и API 5L) в PSI

Материал трубы	Предел текучести минимум psi	Прочность на растяжение минимум psi
ASTM A53 Gr. A ASTM A106 Gr. A	30 000.00	48 000.00
ASTM A252 Gr.1	30 000.00	50 000.00
ASTM A53 Gr. B ASTM A106 Gr. B API 5L Gr. B	35 000.00	60 000.00
ASTM A252 Gr. 2	35 000.00	60 000.00
ASTM A501	36 000.00	58 000.00
ASTM A106 Gr. C	40 000.00	70 000.00
ASTM A252 Gr. 3	45 000.00	66 000.00
API 5L X42	42 000.00	60 000.00
API 5l Gr X46	46 000.00	63 000.00
API 5l Gr X52	52 000.00	66 000.00
API 5l Gr X56	56 000.00	71 000.00
API 5l Gr X60	60 000.00	75 000.00
API 5l Gr X65	65 000.00	77 000.00
API 5l Gr X70	70 000.00	82 000.00

ASTM Труба A333 (LTCS)

Стандарт ASTM A333 охватывает бесшовные и сварные трубы из углеродистой стали для работы при низких температурах (до -150 градусов F°). Труба A333 против A106 должна использоваться в средах с чрезвычайно низкими температурами или для применений со сжатым газом.

Конкретный номинальный размер / график трубы, предусмотренный спецификацией ASME B36.10, не производится из материалов A333, так как большая толщина стенки отрицательно влияет на ударные свойства трубы при очень низких температурах.

Химический состав трубы A333

Химический состав труб A333 LTCS:

Труба A333	Химический состав, %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo	V	Al
Grade 1	≤0,30		0,40-1,06	≤0,025	≤0,025
Grade 3	≤0,19	0,18-0,37	0,31-0,64	≤0,025	≤0,025		3,18-3,82
Grade 4	≤0,12	0,18-0,37	0,50-1,05	≤0,025	≤0,025	0,44-1,01	0,47-0,98	0,40-0,75			0,04-0,30
Grade 6	≤0,30	≥0,10	0,29-1,06	≤0,025	≤0,025
Grade 7	≤0,19	0,13-0,32	≤0,90	≤0,025	≤0,025		2,03-2,57
Grade 8	≤0,13	0,13-0,32	≤0,90	≤0,025	≤0,025		8,40-9,60
Grade 9	≤0,20		0,40-1,06	≤0,025	≤0,025		1,60-2,24	0,75-1,25
Grade 10	≤0,20	0,10-0,35	1,15-1,50	≤0,03	≤0,015	≤0,015	≤0,25	≤0,015	≤0,50	≤0,12	≤0,06
Grade 11	≤0,10	≤0,35	≤0,6	≤0,025	≤0,025	≤0,50	35,0-37,0		≤0,50

Механические свойства

В таблице приведены механические свойства труб из низкотемпературной углеродистой стали в МПа (первая таблица) и PSI (вторая таблица):

Труба A333	Прочность на растяжение (МПа)	Предел текучести (МПа)	Удлинение Y	Удлинение Х
Grade 1	≥380	≥205	≥35	≥25
Grade 3	≥450	≥240	≥30	≥20
Grade 4	≥415	≥240	≥30	≥16,5
Grade 6	≥415	≥240	≥30	≥16,5
Grade 7	≥450	≥240	≥30	≥22
Grade 8	≥690	≥515	≥22
Grade 9	≥435	≥315	≥28
Grade 10	≥550	≥450	≥22
Grade 11	≥450	≥240	≥18

Труба A333	A333 Gr.1	A333 Gr.3	A333 Gr.6
Прочность на растяжение (min psi)	55 000	65 000	60 000
Предел текучести (min psi)	30 000	35 000	35 000

Требования к испытаниям

Трубы из низкотемпературной углеродистой стали поставляются в нормализованных условиях, и испытание на ударную вязкость по Шарпи всегда проводится при определенных температурах, чтобы гарантировать соответствие продуктов температурному диапазону, установленному стандартом (предел температуры из углеродистой стали для труб A333).

Динамическое испытание на прочность

Труба A333	F	C
ASTM A333 Grade 1	-50	-45
ASTM A333 Grade 3	-150	-100
ASTM A333 Grade 4	-150	-100
ASTM A333 Grade 6	-50	-45
ASTM A333 Grade 7	-100	-75
ASTM A333 Grade 8	-320	-195
ASTM A333 Grade 9	-100	-75
ASTM A333 Grade 10	-75	-60

Механические испытания

Механические испытания труб из низкотемпературной углеродистой стали должны выполняться следующим образом:

• поперечное / продольное натяжение / сплющивание / твердость / изгиб: испытания должны проводиться на 5% трубы от каждой обработанной партии. Для небольших партий необходимо проверить хотя бы одну трубу. Для материала, подвергнутого термообработке в результате непрерывного процесса, испытания должны проводиться на достаточном количестве труб, составляющих 5% от партии, но ни в коем случае не менее чем на 2 трубах.
• гидростатическое / ударное  усилие: должно производиться из каждой партии, представленного в садке образцов, взятых из готовой трубы.