Selezionare la qualità sbagliata dei tubi della caldaia non è un inconveniente nell'approvvigionamento: è un errore tecnico pronto ad accadere. I tubi in acciaio al carbonio utilizzati al di sopra del limite di scorrimento cederanno a causa del degrado microstrutturale nel corso degli anni di servizio. I tubi in acciaio legato specificati senza PWHT adeguato possono rompersi nella ZTA di saldatura entro pochi mesi. Inoltre, la sostituzione di un grado con un grado 'simile' senza controllare le tabelle delle sollecitazioni ammissibili nella Sezione II dell'ASME BPVC può invalidare la certificazione di un recipiente a pressione.
ZC Steel Pipe produce tubi per caldaie senza saldatura e tubi per scambiatori di calore secondo ASTM A192, A210, A213 e ASME SA-106, in acciaio al carbonio e leghe di cromo-molibdeno. Forniamo costruttori di caldaie, appaltatori di centrali elettriche e costruttori di impianti petrolchimici in Africa, Medio Oriente e Sud America. Questa guida illustra cos'è ogni grado, cosa può e cosa non può fare e come selezionarne uno per la tua applicazione.
CONTENUTO
Panoramica degli standard per i tubi delle caldaie
Tubi per caldaie in acciaio al carbonio - A192 e A210
Tubi per caldaie in acciaio legato - ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (modificato)
SA-106 Grado B: tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per servizio caldaie
Tabella comparativa dei voti completi
Guida alla selezione della zona caldaia
Requisiti PWHT per i gradi di lega
Domande frequenti
1. Panoramica degli standard per i tubi delle caldaie
STANDARD CHIAVE — TUBI PER CALDAIE ASTM A192: Tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per servizio di caldaie ad alta pressione — parete minima, a basso tenore di carbonio.
ASTM A210: Tubi per caldaie e surriscaldatori in acciaio a medio tenore di carbonio senza saldatura — Gradi A-1 e C.
ASTM A213: Tubi per caldaie, surriscaldatori e scambiatori di calore in acciaio legato ferritico e austenitico senza saldatura — copre T11, T22, T91 e molti altri gradi.
ASME SA-106: Tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per servizio ad alta temperatura: gradi A, B e C. L'equivalente ASME BPVC di ASTM A106.
Tutti e quattro gli standard sono senza giunture: i tubi della caldaia per il servizio di trasferimento di calore non vengono praticamente mai saldati, poiché il cordone di saldatura rappresenta una concentrazione di stress e un potenziale sito di inizio della corrosione in un ambiente termico ciclico. Gli standard differiscono per contenuto di lega, livello di resistenza e temperatura massima alla quale il grado mantiene un'adeguata resistenza allo scorrimento viscoso per essere sicuro in un servizio a pressione sostenuta.
La linea di demarcazione nella scelta del tubo della caldaia è solitamente la temperatura. I gradi di acciaio al carbonio (A192, A210, SA-106) sono adatti per il servizio fino a circa 450°C. Al di sopra di questo valore, la velocità di scorrimento dell'acciaio al carbonio diventa inaccettabilmente elevata e devono essere utilizzati gradi a bassa lega (A213 T11, T22). Al di sopra di circa 580°C, sono necessari gradi avanzati 9Cr (A213 T91) per i moderni progetti di caldaie supercritiche e ultrasupercritiche.
2. Tubi per caldaie in acciaio al carbonio: A192 e A210
2.1 ASTM A192 — Acciaio al carbonio a parete minima
ASTM A192 è il grado di tubo per caldaie più semplice ed economico. È un tubo in acciaio al carbonio senza saldatura a parete minima con un contenuto massimo di carbonio dello 0,18% e una resistenza alla trazione minima di soli 325 MPa (47 ksi). Il basso contenuto di carbonio migliora la saldabilità e riduce il rischio di precipitazione di carburo ai bordi del grano durante il ciclo termico.
A192 viene utilizzato per corpi cilindrici di caldaie a tubi d'acqua, fusti di fango e tubi a parete d'acqua a temperatura più bassa in caldaie industriali e di servizio che operano a temperature inferiori a circa 425°C. Il suo soffitto a bassa resistenza significa che non è adatto per il servizio di surriscaldatore o postriscaldatore nelle moderne caldaie ad alta pressione.
2.2 ASTM A210 — Tubo per caldaia in acciaio al carbonio medio
ASTM A210 fornisce una resistenza maggiore rispetto a A192 grazie al contenuto di carbonio e manganese leggermente superiore. Viene prodotto in due gradi:
Grado A-1 : trazione minima 415 MPa (60 ksi), snervamento minimo 255 MPa (37 ksi). Il grado più comune per il servizio di muro d'acqua, economizzatore e surriscaldatore inferiore.
Grado C : trazione minima 485 MPa (70 ksi), snervamento minimo 275 MPa (40 ksi). Maggiore resistenza per applicazioni più impegnative su caldaie in acciaio al carbonio. Meno comunemente specificato di A-1.
Nota sul campo – A192 vs A210 negli appalti In pratica, A192 e A210 Grado A-1 sono spesso utilizzati in modo intercambiabile per circuiti di economizzatore e tubi a parete inferiore dell'acqua in caldaie industriali al di sotto di 400°C. La differenza nella resistenza alla trazione significa che l'A210 può raggiungere lo spessore di parete richiesto con uno spessore di parete inferiore rispetto all'A192, utile laddove il peso del tubo è importante. Tuttavia, alcuni modelli di caldaie più vecchi specificano A192 per nome e la sostituzione richiede l'approvazione tecnica e un calcolo del codice. Non sostituire mai i gradi su una caldaia senza verificare la sollecitazione ammissibile in ASME BPVC Sezione II-D e ottenere la documentazione richiesta.
3. Tubi per caldaie in acciaio legato: ASTM A213
ASTM A213 copre un'ampia gamma di tubi senza saldatura in acciaio legato ferritico (cromo-molibdeno) e austenitico (inossidabile) per caldaie, surriscaldatori e scambiatori di calore. I gradi ferritici sono designati con il prefisso T (T11, T22, T91) e i gradi austenitici con TP (TP304, TP316, TP321 ecc.).
Il sistema di leghe cromo-molibdeno (CrMo) è il cavallo di battaglia della metallurgia dei tubi per caldaie ad alta temperatura. L'aggiunta di cromo migliora la resistenza all'ossidazione e la resistenza alle alte temperature. L'aggiunta di molibdeno migliora la resistenza allo scorrimento viscoso. Aumentando entrambi – da T11 (1¼Cr-½Mo) a T22 (2¼Cr-1Mo) a T91 (9Cr-1Mo-V modificato) – si estende progressivamente il limite massimo della temperatura e si migliora la resistenza allo scorrimento viscoso a lungo termine.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Lega:
1¼Cr – ½Mo
Trazione minima:
415 MPa (60 ksi)
Resa minima:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura massima di servizio:
~570°C continui
ASME BPVC equivalente:
SA-213 T11
Numero P (ASME):
P4
T11 è la lega di base per il servizio dei tubi delle caldaie al di sopra del limite di temperatura dell'acciaio al carbonio. Fornisce una buona resistenza all'ossidazione fino a circa 570°C e una migliore resistenza allo scorrimento viscoso rispetto all'acciaio al carbonio nell'intervallo 450–570°C. T11 è comunemente utilizzato nei tubi di uscita del surriscaldatore, nelle sezioni di ingresso del postriscaldatore e nei circuiti dei tubi del surriscaldatore a temperatura inferiore nelle caldaie subcritiche e supercritiche.
T11 è generalmente saldabile senza preriscaldamento per pareti sottili ma richiede PWHT superiore a determinate soglie di spessore secondo ASME BPVC. Il suo contenuto di 1¼Cr lo rende suscettibile all'infragilimento da rinvenimento se raffreddato troppo lentamente nell'intervallo 370–565°C durante il PWHT: la velocità di raffreddamento del forno deve essere controllata.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Lega:
2¼Cr – 1Mo
Trazione minima:
415 MPa (60 ksi)
Resa minima:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura massima di servizio:
~580°C continui
ASME BPVC equivalente:
SA-213 T22
Numero P (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) è da decenni la lega più utilizzata per il servizio di surriscaldatore e postriscaldatore di caldaie ad alta temperatura. Il suo contenuto di cromo e molibdeno più elevato rispetto al T11 fornisce una migliore resistenza al creep nell'intervallo 540–580°C e una migliore resistenza all'ossidazione per l'esposizione al vapore e al fuoco. T22 viene utilizzato per tubi di uscita del surriscaldatore ad alta temperatura, collettori di uscita del postriscaldatore e qualsiasi circuito di tubi della caldaia operante nell'intervallo di temperatura subcritica superiore.
Engineering Insight - T22 vs T11: quando aggiornare Il punto di decisione pratica tra T11 e T22 è tipicamente la temperatura del metallo del tubo, non solo la temperatura del vapore. In un surriscaldatore della caldaia, la temperatura del metallo del tubo può essere di 30–80°C superiore alla temperatura del vapore all'interno, a seconda del flusso di calore e del diametro esterno del tubo. Se la temperatura di uscita del vapore è 540°C, il metallo del tubo può raggiungere 600°C o più al carico di picco, posizionandolo al di sopra dell'intervallo di scorrimento affidabile di T11. L'approccio conservativo consiste nell'utilizzare T22 per qualsiasi tubo surriscaldatore o postriscaldatore con una temperatura prevista del metallo del tubo superiore a 540°C, non solo per quelli in cui la temperatura del vapore supera tale soglia.
6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (modificato)
ASTM A213 T91
Lega:
9Cr – 1Mo – V (modificata)
Trazione minima:
585 MPa (85 ksi)
Resa minima:
415 MPa (60 ksi)
Temperatura massima di servizio:
~650°C continui
ASME BPVC equivalente:
SA-213 T91
Numero P (ASME):
P91
T91 è una lega martensitica 9Cr-1Mo modificata con vanadio, niobio e azoto per migliorare notevolmente la sua resistenza allo scorrimento viscoso rispetto al grado 9Cr-1Mo non modificato (T9). La sua resistenza alla trazione minima di 585 MPa e la resa minima di 415 MPa, entrambe significativamente superiori a T11 o T22, consentono pareti del tubo più sottili per la stessa pressione nominale, riducendo le sollecitazioni del ciclo termico e migliorando l'efficienza del trasferimento di calore.
T91 è il materiale standard per i progetti avanzati di caldaie supercritiche (SC) e ultra-supercritiche (USC) dove la temperatura del vapore supera i 580°C. Viene utilizzato nei tubi di uscita del surriscaldatore ad alta temperatura, nelle tubazioni di riscaldamento caldo e nei collettori del vapore ad alta pressione nelle caldaie delle moderne centrali elettriche.
Punto critico di progettazione: il PWHT T91 non è negoziabile Il T91 deve essere trattato termicamente a una specifica condizione normalizzata e rinvenuta sia in fabbrica (per soddisfare le proprietà meccaniche) che dopo qualsiasi saldatura sul campo o in officina. Il PWHT richiesto è una normalizzazione a 1040–1080°C seguita da un rinvenimento a 730–800°C. Senza questo PWHT, la zona interessata dal calore della saldatura conterrà martensite non temperata, una microstruttura molto dura e fragile che è suscettibile alla rottura da idrogeno e alla tensocorrosione. I guasti sul campo delle saldature T91 sono quasi sempre riconducibili a PWHT errato o omesso. Questo è il punto di controllo qualità più critico nella fabbricazione dei tubi T91: non può essere saltato o abbreviato indipendentemente dalla pressione del programma.
7. SA-106 Grado B: acciaio al carbonio senza saldatura per servizio caldaie
ASME SA-106 (equivalente a ASTM A106) è una specifica di tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per servizi ad alta temperatura. Non è una specifica per tubi (riguarda tubi, non tubi) ed è utilizzata principalmente per collettori di vapore, tubazioni di collegamento di caldaie, linee di acqua di alimentazione e condutture di distribuzione del vapore piuttosto che per tubi di superficie per il trasferimento di calore. I tre gradi sono:
Grado A : trazione minima 330 MPa (48 ksi). Raramente specificato: il grado B è la scelta standard.
Grado B : trazione minima 415 MPa (60 ksi), snervamento minimo 240 MPa (35 ksi). Il grado dominante per tubazioni di caldaie e recipienti a pressione.
Grado C : trazione minima 485 MPa (70 ksi). Utilizzato dove è necessaria una pressione più elevata a temperatura ambiente o moderata.
SA-106 Grado B è limitato a circa 425–450°C per un servizio sostenuto ad alte sollecitazioni a causa delle limitazioni al creep dell'acciaio al carbonio. Al di sopra di questa temperatura, è necessario utilizzare il grado di lega equivalente (tubo SA-335 P11 o P22).
8. Tabella comparativa dei voti completi
| Grado |
Standard |
Sistema di leghe |
Trazione minima (MPa) |
Rendimento minimo (MPa) |
Temp. di servizio massima (°C) |
PWHT richiesto? |
Numero P |
| A192 |
ASTM A192 |
Acciaio al carbonio (basso C) |
325 |
180 |
~425 |
Dipendente dallo spessore |
P1 |
| A210A-1 |
ASTM A210 |
Acciaio a medio carbonio |
415 |
255 |
~450 |
Dipendente dallo spessore |
P1 |
| A210C |
ASTM A210 |
Acciaio a medio carbonio |
485 |
275 |
~450 |
Dipendente dallo spessore |
P1 |
| SA-106 B |
ASME SA-106 |
Tubo in acciaio al carbonio |
415 |
240 |
~450 |
Dipendente dallo spessore |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
WT sopra la soglia |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Sì, sempre consigliato |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Sì, obbligatorio sempre |
P91 |
9. Guida alla selezione della zona caldaia
Una caldaia ad alta potenza ha più zone di trasferimento del calore, ciascuna con temperature metalliche dei tubi diverse e quindi requisiti di qualità diversi. La tabella seguente fornisce le assegnazioni di qualità tipiche per un progetto di caldaia subcritica e supercritica:
| Zona caldaia |
Tubo Intervallo temperatura metallo |
Grado caldaia subcritico |
Grado supercritico/USC |
| Economizzatore |
150 – 350°C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Pareti d'acqua |
300 – 450°C |
A192 / A210 A-1 |
A210A-1/T11 |
| Surriscaldatore primario |
400 – 520°C |
A210A-1/T11 |
T11/T22 |
| Surriscaldatore secondario |
500 – 580°C |
T11/T22 |
T22/T91 |
| Riscaldatore (gamba calda) |
520 – 620°C |
T22 |
T91 |
| Uscita/collettori del riscaldatore |
540 – 650°C |
T22/T91 |
T91 |
Nota sull'approvvigionamento: acquisto di tubi per caldaie da uno stabilimento cinese Gli stabilimenti cinesi producono grandi volumi di tubi per caldaie A192, A210 e A213 secondo le specifiche ASTM/ASME complete. I requisiti pratici di approvvigionamento sono gli stessi di qualsiasi materiale critico per la pressione: richiedere un certificato di prova dei materiali completo (MTC) secondo EN 10204 3.1 o 3.2 (a seconda delle specifiche del progetto), verificare che il numero di calore sull'MTC corrisponda ai contrassegni sul tubo e confermare che i record PWHT siano inclusi per i gradi di lega. Per T91 in particolare, richiedere sempre la tabella del forno PWHT - non solo la conferma PWHT sull'MTC - come prova che l'intero ciclo di normalizzazione e rinvenimento è stato eseguito correttamente. L'ispezione di terzi presso lo stabilimento (da parte di SGS, Bureau Veritas o TÜV) è una pratica standard per l'approvvigionamento critico di tubi per caldaie.
10. Requisiti PWHT per i gradi di lega
| Preriscaldamento del grado |
(saldatura) |
PWHT richiesto? Rischio chiave |
temperatura PWHT |
se omesso |
| A192/A210 |
Normalmente non richiesto (parete sottile) |
Per codice: dipende dallo spessore della parete |
595–650°C (distensione dallo stress) |
Tensioni residue, durezza HAZ |
| T11 |
150°C min per peso >13 mm |
Per codice: dipende dallo spessore della parete |
675–750°C |
Infragilimento da temperamento, fessurazione HAZ |
| T22 |
200°C minimo |
Fortemente consigliato sempre |
700–750°C |
Elevata durezza HAZ, cracking da idrogeno |
| T91 |
200°C min — obbligatorio |
Obbligatorio – sempre |
Normalizzare 1040–1080°C + Temprare 730–800°C |
Martensite non temperata: frattura fragile in servizio |
11. Domande frequenti
Qual è la differenza tra i tubi per caldaie ASTM A192 e A210?
ASTM A192 è un tubo senza saldatura a parete minima e a basso contenuto di carbonio con una trazione minima di 325 MPa: il grado più elementare di tubo per caldaie in acciaio al carbonio, utilizzato per fusti a bassa pressione e servizio di pareti d'acqua inferiori a 425°C. ASTM A210 è un grado di carbonio medio disponibile in due resistenze: Grado A-1 (min 415 MPa a trazione) e Grado C (min 485 MPa a trazione). A210 fornisce una resistenza maggiore rispetto a A192 e viene utilizzato per surriscaldatori a pressione più elevata e circuiti di tubi a parete d'acqua dove la resistenza aggiuntiva consente pareti più sottili. Entrambi i gradi condividono la stessa temperatura massima di servizio approssimativa di 425–450°C.
Cos'è il tubo della caldaia ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 è un tubo senza saldatura in acciaio legato martensitico modificato 9Cr-1Mo-V utilizzato in applicazioni di surriscaldatore e postriscaldatore ad alta temperatura in caldaie supercritiche e ultrasupercritiche. Con una trazione minima di 585 MPa e una temperatura massima di servizio continuo di circa 650°C, T91 supera T11 e T22 sia in termini di robustezza che di resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate. Richiede un PWHT obbligatorio dopo la saldatura - un ciclo di normalizzazione e rinvenimento - e la mancata esecuzione di tale operazione correttamente è la causa principale dei guasti della saldatura T91 in servizio.
Qual è la temperatura massima per i tubi della caldaia in acciaio al carbonio?
I tubi della caldaia in acciaio al carbonio (ASTM A192, A210, SA-106) non devono essere utilizzati per servizi a pressione sostenuta superiore a circa 425–450°C. Al di sopra di questo intervallo, l'acciaio al carbonio subisce uno scorrimento accelerato ed è suscettibile alla grafitizzazione, un processo in cui i carburi si dissolvono e la grafite si forma ai bordi dei grani, causando infragilimento. Per servizio tra 450°C e 570°C, deve essere specificata ASTM A213 T11. Per 570–580°C, T22 è appropriato. Per temperature superiori a 580°C è necessario T91.
Qual è la differenza tra le designazioni ASME SA e ASTM A per i tubi delle caldaie?
Le denominazioni ASME SA e ASTM A si riferiscono a specifiche del materiale tecnicamente identiche. ASME adotta gli standard ASTM nella Sezione II del Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) e li ripubblica come equivalenti SA con un ulteriore requisito di certificazione ASME. SA-213 T91 e ASTM A213 T91 hanno gli stessi requisiti chimici, proprietà meccaniche e trattamento termico: la designazione SA significa che il materiale è stato prodotto con la documentazione di certificazione ASME BPVC. I produttori di caldaie che lavorano secondo ASME BPVC Sezione I o VIII devono specificare i materiali SA, non i materiali ASTM, per mantenere la conformità al codice.
Il tubo ASTM A106 può essere utilizzato come tubo per caldaia?
ASTM A106 (o il suo equivalente ASME SA-106) è una specifica di tubo, non una specifica di tubo, e viene utilizzata per tubazioni di collegamento di caldaie, collettori di vapore e linee di acqua di alimentazione, non per tubi di superficie di trasferimento di calore (pareti d'acqua, surriscaldatori, riscaldatori, economizzatori). Per le superfici di trasferimento del calore, sono richieste specifiche dei tubi dedicati (A192, A210, A213) con tolleranze dimensionali più strette e combinazioni DE/WT appropriate. SA-106 Grado B può essere utilizzato per il servizio di tubazioni di caldaie fino a circa 450°C entro le sollecitazioni ammissibili definite nella sezione II-D di ASME BPVC.
Cos'è il PWHT e quando è richiesto per i tubi delle caldaie in lega?
PWHT (Post Weld Heat Treatment) è un ciclo termico controllato applicato dopo la saldatura per alleviare le tensioni residue e ripristinare la tenacità nella zona interessata dal calore. Per T11, potrebbe essere necessario PWHT a seconda dello spessore della parete, in genere superiore a 13 mm. Per T22, PWHT è fortemente consigliato dopo tutte le saldature, indipendentemente dallo spessore. Per T91, il PWHT è sempre obbligatorio: una normalizzazione a 1040–1080°C seguita da un rinvenimento a 730–800°C. L'omissione o l'esecuzione errata di T91 PWHT lascia martensite non temperata nella zona HAZ di saldatura, una microstruttura fragile e soggetta a fessurazioni durante il servizio di cicli termici.
Tubi per caldaie di origine da ZC Steel Pipe
ZC Steel Pipe produce ed esporta tubi per caldaie senza saldatura e tubi per scambiatori di calore secondo ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) e ASME SA-106. Sono disponibili documentazione MTC completa secondo EN 10204 3.1 e 3.2, ispezione di terze parti (SGS, Bureau Veritas) e combinazioni OD/WT personalizzate. Forniamo costruttori di caldaie, appaltatori EPC e progetti di centrali elettriche in Africa, Medio Oriente e Sud America.
mandy. w@zcsteelpipe.com
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