ASTM A691 Électrique-Fusion-Tuyau soudé
Aperçu de base
ASTMA691est la spécification standard pourtuyau en acier au carbone et en acier allié, soudé électrique-fusion-(EFW) avec ajout de métal d'apport, fabriqué à partir de plaques de qualité-récipients sous pression-. Cette spécification est spécialement conçue pourservice à haute-pression à des températures élevées, ce qui le rend essentiel pour les applications exigeantes dans les domaines de la production d'électricité, des raffineries et des usines pétrochimiques .
La désignation "électrique-fusion-soudé" distingue ce procédé des restes explosifs des guerres (qui n'utilise aucun métal d'apport) et indique que le tuyau est fabriqué en formant des plaques de qualité de récipient sous pression dans un cylindre et en soudant le joint longitudinal à l'aide d'un processus à l'arc électrique avecmétal d'apport ajouté .
Principales fonctionnalités
| Fonctionnalité | Description |
|---|---|
| Processus de fabrication | Électrique-soudé par fusion (EFW) avec ajout de métal d'apport ; généralement soudé à l'arc submergé (SAW) |
| Source matérielle | Plaques de qualité pour-récipients sous pression-(alliages ASTM A387 Cr-Mo, A204, A299, A537, etc.) |
| Demande principale | Service haute-pression àtempératures élevées(jusqu'à 593°C / 1100°F) |
| Plage de diamètre | 16 pouces (400 mm) et plusnominalement ; jusqu'à 48"+ |
| Épaisseur de paroi | Jusqu'à3 pouces (75 mm)compris |
| Longueur | Généralement 8 m à 12,5 m ; longueurs personnalisées disponibles |
| Traitement thermique | Exigences par classe (détensionnée, normalisée, normalisée et revenue, trempée et revenue) |
| Type de soudure | Longitudinal, avec métal d'apport |
Système de désignation des grades
ASTM A691 utilise un système de désignation en deux - parties :Grade(indiquant le matériau de la plaque) etClasse(indiquant le traitement thermique et le niveau d'inspection) .
Catégories (matériau de plaque)
| Qualité du tuyau | Spécification de la plaque correspondante | Type d'acier | Application typique |
|---|---|---|---|
| CM-65, CM-70, CM-75 | ASTMA204/A204M | Carbone-molybdène | Service général à haute-température |
| CMSH-70, CMSH-80 | ASTM A537/A537M | Carbone-manganèse-silicium | Nuances trempées et revenues |
| CMS-75 | ASTMA299/A299M | Carbone-manganèse-silicium | Force modérée |
| ½ CR | ASTM A387/A387M niveau 2 | 0,5 % Cr - 0.5 % Mo | Service à température-légèrement élevée |
| 1CR | ASTM A387/A387M niveau 12 | 1 % Cr - 0.5 % Mo | Service général à haute-température |
| 1¼ CR | ASTM A387/A387M niveau 11 | 1,25 % Cr - 0.5 % Mo | Commun pour la tuyauterie des raffineries |
| 2¼ CR | ASTM A387/A387M niveau 22 | 2,25 % Cr - 1 % Mo | Excellente résistance au fluage, centrales électriques |
| 3CR | ASTM A387/A387M niveau 21 | 3 % Cr - 1 % Mo | Service à haute-température |
| 5CR | ASTM A387/A387M niveau 5 | 5 % Cr - 0.5 % Mo | Résistance à l'oxydation et à la corrosion |
| 9CR | ASTM A387/A387M niveau 9 | 9 % Cr - 1 % Mo | Service à haute-température et à-corrosion élevée |
| 91 | ASTM A387/A387M niveau 91 | 9 % Cr - 1 % Mo - V - Nb | Résistance supérieure au fluage, centrales électriques avancées |
Désignations de classe (traitement thermique et inspection)
Le système de numérotation des classes suit un modèle logique oùle premier chiffre indique le type de traitement thermiqueet lele deuxième chiffre indique le niveau d'inspection :
| Classe | Traitement thermique | Radiographie (RT) | Test de pression | Facteur conjoint (E) |
|---|---|---|---|---|
| 10, 12 | Aucun | Non / Oui | Non / Oui | 0.85 |
| 20, 22 | Soulagement du stress | Non / Oui | Non / Oui | 0.90 |
| 30, 32 | Normalisé | Non / Oui | Non / Oui | 1.00 |
| 40, 42 | Normalisé et trempé | Non / Oui | Non / Oui | 1.00 |
| 50, 52 | Trempé et revenu | Non / Oui | Non / Oui | 1.00 |
Sélections courantes pour le service-à haute température :
Classe 22 :Soulagé, entièrement inspecté – standard pour de nombreuses applications
Classe 32 :Normalisé, entièrement inspecté – lorsque le raffinement du grain est nécessaire
Classe 42 :Normalisé et trempé, entièrement inspecté – pour des propriétés améliorées à-température élevée
Composition chimique (typique des qualités Cr-Mo courantes)
| Grade | Carbone (C) % | Manganèse (Mn) % | Chrome (Cr) % | Molybdène (Mo) % |
|---|---|---|---|---|
| ½ CR | 0,17 maximum | 0.40-0.65 | 0.50-0.80 | 0.44-0.65 |
| 1CR | 0,17 maximum | 0.40-0.65 | 0.80-1.15 | 0.44-0.65 |
| 1¼ CR | 0,17 maximum | 0.40-0.65 | 1.00-1.50 | 0.44-0.65 |
| 2¼ CR | 0,17 maximum | 0.30-0.60 | 2.00-2.50 | 0.87-1.13 |
| 5CR | 0,17 maximum | 0.30-0.60 | 4.00-6.00 | 0.44-0.65 |
| 9CR | 0,15 maximum | 0.30-0.60 | 8.00-10.00 | 0.90-1.10 |
*Remarque : les valeurs réelles varient selon les spécifications de la plaque. Des limites plus strictes s’appliquent pour la qualité équivalente à PSL2.*
Propriétés mécaniques (typiques pour les qualités Cr-Mo)
| Grade | Limite d'élasticité (min) | Résistance à la traction (min) | Allongement % (min) |
|---|---|---|---|
| ½ CR | 205 MPa (30 ksi) | 380-515 MPa (55-75 ksi) | 18-20 |
| 1CR | 205 MPa (30 ksi) | 380-515 MPa (55-75 ksi) | 18-20 |
| 1¼ CR | 205 MPa (30 ksi) | 380-515 MPa (55-75 ksi) | 18-20 |
| 2¼ CR | 205 MPa (30 ksi) | 415-585 MPa (60-85 ksi) | 18-20 |
| 5CR | 205 MPa (30 ksi) | 415-585 MPa (60-85 ksi) | 18-20 |
| 9CR | 205 MPa (30 ksi) | 415-585 MPa (60-85 ksi) | 18-20 |
Remarque : Les qualités de résistance plus élevées (par exemple 91) ont des exigences de résistance plus élevées. Les propriétés à température élevée (résistance au fluage) constituent la principale considération de conception.
Tolérances dimensionnelles
| Paramètre | Tolérance |
|---|---|
| Diamètre extérieur (corps de tuyau) | ±0,5 % de la DO spécifiée |
| Diamètre extérieur (extrémités des tuyaux) | ±0,25 % de la DO spécifiée |
| Épaisseur de paroi | +10 % / -5 % du nominal |
| Ovalité (ellipticité) | ≤ 1,0 % de la DO spécifiée |
| Rectitude | ≤ 3 mm par 3 m de longueur |
| Longueur | norme 8-12,5 m ; personnalisé par accord |
Exigences en matière de tests et d'inspection
| Type d'essai | But | Applicabilité |
|---|---|---|
| Analyse chimique | Vérifier la composition du matériau de la plaque | Par chaleur |
| Essai de tension | Vérifier l'élasticité et la résistance à la traction (température ambiante) | Par lot |
| Tension de température élevée | Vérifier la résistance à haute-température | Lorsque spécifié |
| Test de pliage de soudure guidé transversalement | Vérifier la ductilité et l'intégrité de la soudure | Tous les tuyaux |
| Examen radiographique (RT) | Détecter les défauts de soudure – sur toute la longueur de chaque soudure | Obligatoire pour les classes avec « 1 » ou « 2 » comme deuxième chiffre |
| Essai hydrostatique | Preuve de fuite-étanchéité | Obligatoire pour les classes avec « 2 » ou « 3 » comme deuxième chiffre |
| Test d'impact (encoche Charpy V-) | Vérifier la résistance à basse-température | Requis pour de nombreuses applications |
| PMI (identification positive des matériaux) | Vérifier la composition de l'alliage | 100 % pour les nuances d'alliage |
| Essai de dureté | Vérifier les propriétés cohérentes | Lorsque spécifié |
| Test HIC/SSC | Vérification du service aigre | Lorsque spécifié |
Comparaison : ASTM A691, A671 et A672
Les trois spécifications utilisent le même processus de fabrication mais servent des plages de températures différentes :
| Aspect | ASTMA691 | ASTMA672 | ASTMA671 |
|---|---|---|---|
| Température de service | Températures élevées(jusqu'à 593°C) | Températures modérées(-29°C à 343°C) | Températures atmosphériques et basses(jusqu'à -46°C) |
| Objectif principal | Résistance à haute-température, résistance au fluage | Résistance à des températures élevées, haute-pression | Résistance aux basses-températures, propriétés aux chocs |
| Plaque de base | A387 (alliages Cr-Mo) | A515, A516 (acier au carbone) | A516, A285 (acier au carbone) |
| Notes typiques | 1CR, 1,25CR, 2,25CR, 5CR, 9CR, 91 | B60, B65, B70, C55, C60, C65 | CB60, CB65, CB70 |
| Type de matériau | Acier allié au chrome-molybdène | Acier au carbone (tué) | Acier au carbone (calmé/grain fin) |
| Applications courantes | Conduites de vapeur à haute-température, réchauffeurs de raffinerie, connexions de surchauffeurs | Tuyauterie externe de la chaudière, lignes de traitement à température modérée | Tuyauterie de procédé à basse-température, GNL, service froid |
| Facteur de soudure (E) | 0,85-1,0 (Classe 32/42=1.0) | 0,85-1,0 (Classe 32/42=1.0) | 0,85-1,0 (Classe 32/42=1.0) |
Applications courantes
| Industrie | Applications | Notes typiques |
|---|---|---|
| Production d'énergie | Conduites de vapeur surchauffée, collecteurs de chaudière, tuyauterie de vapeur principale, connexions du surchauffeur | 2¼ CR, 91 |
| Raffinage du pétrole | Tuyauterie de craquage catalytique, réacteurs d'hydrocraquage, conduites de transfert de réchauffeur, tuyauterie de procédé à haute-température | 1CR, 1¼ CR, 2¼ CR, 5CR |
| Traitement chimique | Lignes de traitement à haute-température, canalisations d'effluents de réacteur, boucles de synthèse à haute-pression | 5CR, 9CR |
| Pétrole et gaz | Pipelines à haute-pression et-température (HPHT), installations de traitement | 1¼ CR, 2¼ CR |
| Systèmes de transfert de chaleur | Échangeurs de chaleur, unités de récupération de chaleur perdue, radiateurs à combustion | 1CR, 1¼ CR |
Avantages clés
| Avantage | Description |
|---|---|
| Résistance à haute-température | Conçu pour un service soutenu à des températures élevées jusqu'à 593°C (1 100°F) |
| Résistance au fluage | Les alliages Cr-Mo offrent une excellente résistance à la déformation par fluage à haute température |
| Capacité de grand diamètre | Peut produire des tuyaux de 16" à 48"+ de diamètre – bien plus grands que les capacités sans soudure |
| Murs épais | Convient aux applications à haute-pression nécessitant une épaisseur de paroi importante (jusqu'à 75 mm) |
| Options en acier allié | Large gamme de qualités d'alliage Cr-Mo disponibles pour répondre à diverses exigences à haute-température |
| Options de contrôle qualité | Le système de classes permet de faire correspondre le niveau d'inspection à la criticité du service |
| Efficacité articulaire élevée | La classe 32/42 atteint le facteur de joint E=1.00, réduisant ainsi l'épaisseur de paroi requise |
Considérations importantes
1. Limites de température
ASTM A691 est spécifiquement destinéservice à haute-température(jusqu'à 593°C / 1100°F)
Différentes qualités ont des limites de température maximale différentes – consultez les codes applicables
Pour un service au-dessus de 540 °C (1 000 °F), des qualités d'alliage supérieures (9CR, 91) sont généralement requises
2. Sélection des notes
½ CR, 1CR, 1¼ CR :Service à température-légèrement élevée, bonne soudabilité
2¼ CR :Excellente résistance au fluage, standard pour les tuyauteries des centrales électriques
5CR, 9CR :Résistance améliorée à l'oxydation et à la corrosion, adaptée aux environnements à forte teneur en soufre-
91:Acier avancé 9Cr-1Mo-V pour les applications à ultra-haute température nécessitant une résistance au fluage supérieure
3. Sélection des classes
Le système de numérotation des classes facilite la sélection :
Premier chiffre= traitement thermique : 10 (tel que-soudé), 20 (détensionné), 30 (normalisé), 40 (normalisé et revenu), 50 (trempé et revenu)
Deuxième chiffre= inspection : 0 (aucune), 1 (RT uniquement), 2 (RT + hydrotest), 3 (hydrotest uniquement)
Sélections les plus courantes pour le service à haute-température :
Classe 22 :Soulagé, entièrement inspecté – standard pour de nombreuses applications
Classe 32 :Normalisé, entièrement inspecté – lorsque le raffinement du grain est nécessaire
Classe 42 :Normalisé et trempé, entièrement inspecté – pour des propriétés améliorées à-température élevée
4. Facteur d’efficacité commun
Pour les tuyauteries process conçues selon ASME B31.3, le facteur d'efficacité du joint (E) dépend de la classe :
Classe 10/12 : E = 0.85
Classe 20/22 : E = 0.90
Classe 30/32/40/42/50/52 : E = 1.00
La spécification de la classe 32 ou 42 permet un facteur de joint de 1,0, réduisant ainsi l'épaisseur de paroi requise et le poids des tuyaux.
5. Conformité aux codes
Code ASME : souvent adopté pour les applications du code des chaudières et des appareils sous pression
Consultez les codes de construction applicables (ASME B31.1 Power Piping, B31.3 Process Piping) pour connaître les facteurs d'acceptation et de conception.
6. Assurance qualité
Certificat d'essai en usine :EN 10204 Type 3.1 ou 3.2généralement requis pour les applications critiques
S'assurer que tous les tests requis (RT, hydrotest, impact, PMI) par classe spécifiée sont documentés
Courbes et enregistrements PWHT (post-traitement thermique de soudage) requis pour la vérification
Résumé
Tuyau ASTM A691 EFWest la spécification standard pour les tuyaux en acier au carbone et allié de grand-diamètre, soudés électriquement-fusion-, fabriqués à partir de plaques de qualité pour récipients sous pression pourservice à haute-pression à des températures élevées. Il se distingue par sonGrade(indiquant le matériau de la plaque, par exemple 2¼ CR de l'A387 Grade 22 pour un service à température élevée) etClasse(indiquant le traitement thermique et le niveau d'inspection, par exemple, classe 22 pour les contraintes - soulagées par radiographie et hydrotest) .
Disponible en diamètres à partir de16 pouces (400 mm) à plus de 48 poucesavec des épaisseurs de paroi allant jusqu'à75 millimètres, les tuyaux A691 sont fabriqués par soudage à l'arc submergé double-(DSAW) avec ajout de métal d'apport. Le système Class permet aux ingénieurs de sélectionner la combinaison appropriée de traitement thermique et d'inspection en fonction de la criticité du service, les classes supérieures atteignant un facteur d'efficacité conjoint de 1.0 ..
Quand spécifier ASTM A691 :
Le système fonctionne à haute pression ethaute température(au-dessus de 343°C / 650°F)
Un acier allié au chrome-molybdène est requis pour la résistance au fluage et à l'oxydation.
Les applications incluent les conduites de vapeur surchauffée, les conduites de transfert de réchauffeurs de raffinerie et les canalisations de processus-à haute température.
De grands diamètres et des parois épaisses sont nécessaires là où des tuyaux sans soudure ne sont pas réalisables
Lors de votre commande, précisez :ASTM A691, grade [par exemple, 2¼ CR], classe [par exemple, 22], taille (OD x WT), longueur, finition d'extrémité, traitement thermique et toute exigence supplémentaire.
