Comprensione delle differenze: tubo in acciaio in lega senza cuciture rispetto al tubo di acciaio a carbone senza cuciture

Nelle applicazioni industriali che richiedono sistemi di tubazioni ad alte prestazioni, la selezione tra tubi in acciaio in lega senza soluzione di continuità e tubi di acciaio al carbonio senza soluzione di continuità può avere un impatto significativo sull'efficienza operativa, la vita di servizio e l'economia del progetto. Questo confronto tecnico esamina la composizione metallurgica, le caratteristiche delle prestazioni e l'idoneità dell'applicazione di questi due tipi di tubi fondamentali ampiamente utilizzati nelle industrie petrolifere e del gas, petrolchimiche e di generazione di energia.

Composizione e classificazione metallurgica

Composizione del tubo in acciaio in lega senza soluzione di continuità

Il tubo in acciaio in lega senza soluzione di continuità viene prodotto con elementi di lega specifici aggiunti all'acciaio di carbonio di base per migliorare le caratteristiche delle prestazioni. Questi tubi contengono:

• Elementi in lega come Chromium, Nickel, Mlibdenum, Tungsten e Vanadio

• Contenuto di elementi di lega totale in genere ≥5% in peso

• Proporzioni controllate adeguate per soddisfare i requisiti di prestazione specifici

Le specifiche di tubi in acciaio in lega comuni includono i gradi ASTM A335 (in particolare P11, P22, P91 e P92), ASTM A333 Grado 6 per il servizio a bassa temperatura e gradi inossidabili austenitici come 304/316 per la resistenza alla corrosione in ambienti impegnativi.

Composizione di tubi in acciaio al carbonio senza soluzione di continuità

Il tubo in acciaio a carbonio senza soluzione di continuità è costituito principalmente dal ferro con carbonio come elemento principale in lega:

• Il contenuto di carbonio varia in genere dallo 0,05% allo 0,60%, determinando le proprietà meccaniche

• Contiene solo tracce di manganese e silicio (elementi di lega totali <5%)

• Classificato per contenuto di carbonio come basso carbonio (≤0,25%), carbonio medio (0,25-0,60%) o ad alto carbonio (> 0,60%) in acciaio

Le specifiche comuni di tubi in acciaio al carbonio includono ASTM A106 (gradi A, B, C), ASTM A53 (grado B) e API 5L (gradi da B a X70) per applicazioni del tubo di linea. Anche i gradi di materiale come 20# e 45# (standard cinese) o Q235 sono ampiamente utilizzati in varie applicazioni industriali.

Confronto delle caratteristiche delle prestazioni

Proprietà meccaniche

I tubi in acciaio in lega offrono in genere  proprietà meccaniche superiori  rispetto alle alternative in acciaio al carbonio:

• Tensile più elevata e resistenza alla snervamento a temperature elevate

• Resistenza alla creep migliorata per applicazioni ad alta temperatura

• Migliore resistenza alla fatica in condizioni di carico ciclico

• Miglioramento della tenacità, specialmente in ambienti a bassa temperatura

Ad esempio, il tubo ASTM A335 P91 mantiene la sua integrità strutturale a temperature fino a 650 ° C, mentre il tubo di acciaio a carbonio standard subisce una significativa riduzione della resistenza superiore a 400 ° C.

Resistenza alla corrosione

I tubi in acciaio in lega offrono una resistenza sostanzialmente migliorata a vari meccanismi di corrosione:

• Le leghe contenenti cromo sviluppano strati di ossido passivo per la protezione della corrosione

• Il molibdeno migliora la resistenza alla corrosione della cornice e della fessura

• Il nichel migliora le prestazioni in ambienti riducenti

• Migliore resistenza alla cracking dello stress solfuro (SSC) nei voti conformi NACE MR0175

I tubi in acciaio al carbonio offrono generalmente un'adeguata resistenza alla corrosione in ambienti non aggressivi ma richiedono ulteriori misure protettive (rivestimento, inibitori, protezione catodica) in condizioni di servizio più impegnative.

Criteri di idoneità e selezione dell'applicazione

Applicazioni consigliate per tubo in acciaio in lega

I tubi in acciaio in lega senza soluzione di continuità sono particolarmente adatti per:

• Elaborazione ad alta temperatura nelle raffinerie e piante petrolchimiche (riscaldatori, caldaie, scambiatori)

• Strutture di generazione di energia, in particolare caldaie supercritiche e ultra-supercritiche

• Ambienti di servizio acido con presenza H₂s per nace MR0175/ISO 15156

• Applicazioni criogeniche che richiedono una tenacità mantenuta a temperature secondarie

• Installazioni offshore che richiedono elevata affidabilità e resistenza alla corrosione

Applicazioni consigliate per tubo d'acciaio al carbonio

I tubi in acciaio al carbonio senza soluzione di continuità sono comunemente impiegati in:

• Tubazioni di processo standard per acqua, vapore, aria e fluidi non corrosivi

• Applicazioni del tubo di linea per trasmissione di petrolio e gas (API 5L)

• Applicazioni OCTG (involucro e tubo) nei pozzi non-tour

• Applicazioni strutturali generali

• Sistemi di protezione antincendio e servizi di utilità generali

Considerazioni economiche

La selezione tra questi tipi di pipa comporta spesso importanti compromessi economici:

I tubi in acciaio in lega in genere comandano un  premio di 2-5 volte  il costo di tubi in acciaio al carbonio equivalenti, a seconda del contenuto specifico in lega. Tuttavia, questo investimento iniziale più elevato può essere giustificato attraverso:

• Vita di servizio estesa in ambienti aggressivi

• Requisiti di manutenzione ridotti e tempi di inattività associati

• RISCHIO PIÙ A GUIDATO DI CATASTROPO NELLA FUNZIONE NELLE APPLICAZIONI CRITICHE

• Risparmio di peso potenziale attraverso i requisiti di spessore delle pareti ridotti

I tubi in acciaio di carbonio offrono un'eccellente efficienza in termini di costi per applicazioni standard in cui le loro caratteristiche di prestazione sono sufficienti, rendendole la scelta predefinita per molte condizioni di servizio generali.

Conclusione: fare la selezione ottimale

Quando si sceglie tra tubi di lega senza cuciture e tubi in acciaio al carbonio, gli ingegneri dovrebbero condurre una valutazione completa considerando:

• Requisiti di temperatura e pressione di funzionamento

• Composizione fluida e corrosività

• Intervalli previsti per la vita e la manutenzione

• Criticità di sicurezza dell'applicazione

• Costo totale di proprietà piuttosto che costi di approvvigionamento iniziale da solo

Mentre i tubi in acciaio in lega senza soluzione di continuità offrono prestazioni superiori in ambienti impegnativi, i tubi in acciaio a carbonio senza soluzione di continuità rimangono la scelta economica per le applicazioni standard. La selezione ottimale bilancia i requisiti tecnici con vincoli di bilancio per ottenere la soluzione più economica che soddisfa o supera i requisiti operativi dell'applicazione specifica.