БЫСТРОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Горячекатаные бесшовные (A106/A519 HFS) и холоднотянутые бесшовные (A519 CDS) отличаются термической обработкой и точностью размеров; первый регулируется ASME B36.10 для сдерживания давления, а второй ориентирован на механические применения с жесткими допусками ASTM A519. Отказы на местах возникают, когда проектировщики заменяют HFS на CDS при прецизионной обработке, что приводит к чрезмерной овальности, или используют CDS в системах давления без снятия напряжений, что приводит к катастрофическому короблению или нарушениям норм.
В секторе промышленных трубопроводов паспорт часто становится первой жертвой эксплуатационных условий. Хотя ASTM A106 (напорные трубы) и ASTM A519 (механические трубы) могут иметь схожий химический состав, особенно в марках с более низким содержанием углерода, таких как 1018 или 1026, их механическое поведение, допуски на размеры и профили остаточных напряжений радикально различаются.
Это техническое руководство выходит за рамки стандартных таблиц спецификаций и рассматривает болевые точки эксплуатации: почему холоднотянутые трубы деформируются во время механической обработки, почему горячекатаные трубы не могут быть установлены в сварочные приспособления и почему замена одного на другое является ловушкой соблюдения требований.
1. Ловушка толерантности: горячекатаная (HFS) или холоднотянутая (CDS)
Самый непосредственный момент трения между проектированием и сборкой — это допуск на размеры. Инженеры часто выбирают A519 HFS для снижения материальных затрат, но теряют экономию времени на обработку или монтажных работ. Понимание состояния «как изготовлено» имеет решающее значение.
| Характеристика |
ASTM A106 гр. B (горячая обработка) |
ASTM A519 HFS (горячая обработка) |
ASTM A519 CDS (холодная вытяжка) |
| Основное использование |
Высокотемпературные напорные трубопроводы |
Структурный/грубый механический |
Прецизионная механика (валы/ролики) |
| Толерантность к стене |
-12,5% (фиксированный минимум) |
От ±10% до ±12,5% (переменная) |
±7,5% (типично, часто меньше) |
| Овальность |
Умеренный (Контролируется для сварки) |
Высокая (плохая концентричность) |
Низкий (отличная концентричность) |
| Поверхностная обработка |
Мельничная окалина (грубая) |
Мельничная окалина (грубая) |
Гладкий/Яркий |
Головная боль «Овальность»:
ASTM A106 предназначена для стыковой сварки. Производители контролируют овальность в достаточной степени, чтобы гарантировать, что совмещенный зажим сможет совместить две трубы для выполнения корневого прохода. ASTM A519 HFS не имеет такого требования. Трубка HFS A519 с внешним диаметром 6 дюймов может соответствовать техническим допускам по наружному диаметру, но иметь существенно «яйцеобразную форму». Попытка закрепить ее на токарном станке требует чрезмерного усилия зажима, что часто приводит к дальнейшей деформации детали.
Техническое разъяснение: почему горячекатаные трубы почти всегда лежат на стене «негабаритного размера»?
Поскольку допуск является односторонним (-12,5% / +Не определено для старых спецификаций или, как правило, свободен на стороне высокого давления), мельницы перекатываются на более тяжелую сторону, чтобы избежать браковки. Хотя труба A106 никогда не будет тоньше минимальной, она часто на 10–15 % тяжелее номинальной, что влияет на расчет расхода и оценку веса.
2. Скрытый убийца: остаточное напряжение и деформация при механической обработке.
Распространенный сценарий отказа включает в себя заказ механического цеха ASTM A519 CDS (холоднотянутый бесшовный) на длинный вал с прорезями. Они поворачивают внешний диаметр, вырезают шпоночный паз во всю длину и вынимают деталь из патрона — только для того, чтобы увидеть, как она изгибается в форме банана.
Механизм:
Холодное волочение протягивает сталь через матрицу при комнатной температуре, сжимая внешний диаметр и растягивая структуру зерен. Это создает огромное сжимающее остаточное напряжение на «оболочке» (OD) и растягивающее напряжение в сердцевине. Когда вы обрабатываете внешнюю оболочку (точение) или вырезаете паз (фрезерование), вы нарушаете равновесие этих внутренних напряжений. Оставшиеся напряжения восстанавливают баланс, физически деформируя металл.
Технический разъяснение: как предотвратить деформацию трубок CDS?
Вам необходимо заказать правильный код температурного режима. Никогда не заказывайте прецизионные детали «как нарисовано» (состояние CW). Укажите
A519 CDS-SR (снятие напряжения) . Процесс SR нагревает трубу чуть ниже нижней критической температуры, ослабляя внутренние напряжения без полного размягчения стали, как это происходит при отжиге.
3. Соответствие Кодексу: риск «материала, не включенного в список»
Технически вы не можете произвольно заменить A519 на A106 в системах трубопроводов под давлением, соответствующих ASME B31.3 или B31.1, без значительной квалификационной работы.
ASTM A106 является «материалом, включенным в список ASME B31.3». Установлены таблицы допустимых напряжений.
ASTM A519 обычно является «материалом, не включенным в список».
Хотя стандарт ASME B31.3, параграф 323.1.2, допускает использование материалов, не включенных в список, владелец должен проверить свариваемость, испытания на удар и допустимые напряжения. Если вы не собираете гидравлический цилиндр (назначение A519), замена A519 на A106 является нарушением правил, которое не пройдет гидроиспытания.
СТОП: отрицательные ограничения и распространенные ошибки
НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ASTM A519, класс 1026, для сваренных на месте трубопроводных систем без аттестованной технологической карты, включая предварительный нагрев; высокое содержание углерода вызывает растрескивание ЗТВ.
НЕ Считайте, что «холоднотянутый» означает «идеальный по размерам». Стандартные допуски CDS по-прежнему допускают некоторый изгиб/развал (обычно 1:600). Истинная прямолинейность требует бесцентровой шлифовки.
НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ бесшовные детали с горячей отделкой (HFS) для применений, требующих высоких скоростей вращения (ролики/валы) без полной механической обработки; собственный эксцентриситет стены вызовет вибрацию.
Общие вопросы о горячекатаных и холоднотянутых бесшовных трубах: сравнение механических допусков для критически важной инфраструктуры
Почему моя холоднотянутая трубка деформируется сразу после фрезерования шпоночного паза?
Это классический симптом снятия остаточного стресса. Стандартные холоднотянутые (CDS) трубы находятся в состоянии «как нарисовано» или «холодно-обработанное» (CW) и выдерживают высокое внутреннее напряжение. Асимметричное удаление материала (например, шпоночного паза) нарушает баланс этих сил. Решение состоит в том, чтобы переключиться на условия снятия напряжения (SR) или нормализации (N) перед обработкой.
Могу ли я заменить A519, класс 1026, на A106, класс B, если я обновлю расписание?
В общем, нет. Хотя 1026 имеет более высокий предел текучести (около 70 фунтов на квадратный дюйм против 35 фунтов на квадратный дюйм для A106B), он имеет значительно более высокое содержание углерода (~ 0,22–0,28% против фактического ~ 0,20% для A106). Это делает сталь 1026 подверженной водородному растрескиванию (холодному растрескиванию) во время сварки. Более того, A519 не входит в перечень материалов, работающих под давлением, в большинстве норм ASME, поэтому замена является обязательной, даже если толщина стенки увеличивается.
Почему толщина стенок моей горячекатаной трубы A106 не одинакова?
Это особенность, а не дефект процесса горячей ротационной прошивки. Оправка, используемая для прошивки заготовки, может слегка смещаться, вызывая эксцентриситет. ASTM A106 допускает допуск на стенку -12,5%, но эксцентриситет означает, что одна сторона трубы может иметь номинальную толщину, в то время как противоположная сторона может быть значительно толще. Такая вариация «толстый-тонкий» присуща горячекатаным бесшовным изделиям.
Инженерные решения для горячекатаных и холоднотянутых бесшовных труб: сравнение механических допусков для критически важной инфраструктуры
Выбор правильной трубы или трубки — это баланс механической точности, свариваемости и соответствия нормам. Для критически важной инфраструктуры убедитесь, что вы получаете материалы, которые точно соответствуют спецификациям ASTM и API, необходимым для вашей операционной среды.
Рекомендуемые линейки продуктов:
Для применений с высоким давлением и высокими температурами (ASTM A106/A53/API 5L):
Обеспечьте соответствие нормам перечисленных материалов, предназначенных для термоциклирования и сдерживания давления.
Посмотреть решения для бесшовных трубопроводов
Для прецизионной обработки и механических компонентов (ASTM A519 CDS/HFS):
используйте холоднотянутую бесшовную деталь для обеспечения жестких допусков и превосходного качества поверхности гидравлических цилиндров и роликов.
Посмотреть характеристики прецизионных трубок
Для конструкций большого диаметра или потоков низкого давления:
рассмотрите альтернативные варианты со сваркой, где концентричность имеет решающее значение, но стоимость бесшовных соединений непомерно высока.
Изучите сварные трубопроводные трубы (ERW/LSAW)
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем разница между трубами «как нарисовано» и «снятыми напряжениями» в холоднотянутых трубах?
«Как нарисовано» (CW) сохраняет все внутренние напряжения, возникающие в процессе холодной обработки, что приводит к высокому пределу текучести, но значительному риску коробления во время обработки. «Снятие напряжения» (SR) подвергается термической обработке, которая ослабляет эти внутренние силы, сохраняя большую часть прочности и одновременно значительно улучшая стабильность размеров во время механической обработки.
Почему ASTM A519 не рекомендуется для котлов?
ASTM A519 — это спецификация механических трубок, в которой отсутствуют строгие требования к гидростатическим испытаниям и неразрушающему контролю (NDE), обязательные для применения в котлах. Котельные трубы должны соответствовать стандартам ASTM A179, A192 или A210, которые гарантируют, что материал может выдерживать пар под высоким давлением без разрыва.
Имеет ли холоднотянутая труба лучшую концентричность, чем горячекатаная?
Да, значительно лучше. Процесс холодной вытяжки включает в себя протягивание трубы через матрицу и оправку, что корректирует изменения стенок, присущие процессу горячей прошивки. Холоднотянутая бесшовная ткань (CDS) является стандартным выбором для применений, требующих одинаковой толщины стенок, таких как телескопические цилиндры.
Можно ли использовать горячекатаные бесшовные трубы для роликов?
Только в том случае, если допустимы грубые допуски или если труба будет полностью обработана. Поверхность горячекатаных труб покрыта прокатной окалиной и часто имеет легкую овальность. Для высокоскоростных катков этот дисбаланс создает вибрацию. Холоднотянутые трубы предпочтительнее для роликов из-за их превосходной прямолинейности и качества поверхности.
Какова разница в пределе текучести между A106 марки B и A519 1026?
ASTM A106 класса B обычно имеет минимальный предел текучести 35 тысяч фунтов на квадратный дюйм (около 240 МПа), что способствует сохранению пластичности. A519 Grade 1026 CDS обычно имеет предел текучести около 70–80 тысяч фунтов на квадратный дюйм (около 480–550 МПа), что делает его намного прочнее и жестче, но менее пластичным и его труднее сваривать.
