Come ottenere la resistenza allo snervamento del tubo d'acciaio della pipeline

Che cosa significa resistenza allo snervamento per un tubo d'acciaio per condutture

Il carico di snervamento è lo stress al quale un tubo d'acciaio di una pipeline smette di comportarsi elasticamente e inizia a deformarsi plasticamente. Segna il confine tra allungamento reversibile e deformazione permanente. Poiché la selezione dello spessore della parete, il fattore di progettazione e la pressione operativa massima consentita derivano tutti da questo singolo numero, il carico di snervamento è la proprietà meccanica maggiormente controllata in qualsiasi specifica di tubazione.

Per i tubi in acciaio al carbonio la proprietà non è mai una cifra singola. Si tratta di una fascia con un minimo specificato e, nella maggior parte dei livelli di specifica del prodotto, un massimo specificato. Un tubo al di sotto del minimo non può funzionare in sicurezza alla pressione di progetto assunta durante la progettazione, mentre un tubo molto al di sopra del massimo può mostrare una duttilità ridotta e una saldabilità sul campo inferiore.

In che modo l'API 5L definisce il limite di snervamento per i gradi dei tubi di linea

L'API 5L, che è tecnicamente identica alla ISO 3183, assegna a ciascun grado un carico di snervamento minimo e massimo e un carico di rottura minimo. La tabella seguente elenca i valori che si applicano ai tubi PSL2 per i gradi più ampiamente commercializzati.

L'API 5L limita inoltre il rapporto snervamento-a-trazione per i tubi PSL2, mantenendo un limite massimo alla misura in cui il materiale può essere rinforzato prima che la tenacità e la capacità di deformazione vengano influenzate. Il tubo PSL1 trasporta solo un minimo ed è quindi specificato per compiti a pressione inferiore e con conseguenze minori.

Metodi di prova utilizzati per ottenere il valore

Nella pratica vengono utilizzate due famiglie di metodi: stima teorica e test fisici. Gli approcci teorici includono la meccanica elastica, la meccanica plastica e l'analisi degli elementi finiti. Sono utili in fase di progettazione, quando ancora non esiste un tubo e si deve scegliere lo spessore della parete, ma non possono certificare il prodotto consegnato.

Solo il metodo sperimentale produce il valore che appare sul certificato di prova del mulino. Un provino di trazione viene ricavato dal corpo del tubo, preparato in conformità con ASTM A370 o ISO 6892-1 e tirato fino alla rottura in una macchina calibrata. Per i tubi PSL2, API 5L definisce il carico di snervamento come la sollecitazione a trazione con un allungamento totale dello 0,5% sotto carico. Alcuni contratti di acquisto richiedono invece il metodo dell'offset dello 0,2% e i due approcci possono restituire letture leggermente diverse sullo stesso campione, pertanto il metodo deve essere dichiarato prima dell'esecuzione del test.

Orientamento del campione: striscia longitudinale, striscia trasversale o barra tonda, tagliata via dal cordone di saldatura.

Posizione del provino: corpo del tubo per prodotti in lamiera e coil, zona di saldatura e interessata dal calore per controlli di qualità della saldatura.

Temperatura di prova: ambiente, a meno che non sia richiesta anche la prova di tenacità a bassa temperatura secondo un requisito Charpy.

Velocità di prova e classe dell'estensimetro, entrambe devono essere registrate affinché il risultato sia tracciabile.

Perché due pipe dello stesso grado possono leggere in modo diverso

La resistenza allo snervamento misurata è influenzata dalla chimica, dal percorso di laminazione e dal test stesso. Il carbonio e il manganese aumentano direttamente la resistenza, mentre il niobio, il vanadio e il titanio affinano la grana e aumentano la resistenza senza danneggiare la tenacità. L'elaborazione termomeccanica controllata seguita da un raffreddamento accelerato produce una microstruttura più fine rispetto alla normalizzazione, quindi due bobine dello stesso grado nominale possono differire di diverse decine di megapascal.

Altre influenze includono il diametro del tubo e lo spessore della parete, che modificano la quantità di lavorazione a freddo durante la formatura; orientamento del provino, perché le proprietà trasversali sono generalmente inferiori a quelle longitudinali; le fasi di raddrizzatura ed espansione applicate dopo la formatura; e invecchiamento per deformazione se il tubo viene successivamente riscaldato, ad esempio durante l'applicazione del rivestimento. Anche il tempo di attesa tra la formatura e il test è importante, perché l'invecchiamento naturale aumenta lentamente il valore misurato.

Guida pratica per acquirenti e ispettori

Ottenere il valore attraverso la documentazione e la verifica, non attraverso supposizioni. Ordinare il tubo con il grado, il livello delle specifiche del prodotto e l'edizione standard dichiarati esplicitamente e richiedere un certificato di prova di fabbrica rilasciato secondo EN 10204 tipo 3.1 o equivalente, che mostri il numero di calore, l'analisi chimica e il risultato di trazione completo. Laddove un progetto richieda prove indipendenti, testimoniare la prova di trazione o incaricare un organismo di ispezione di terze parti di campionare e testare presso lo stabilimento.

Durante l'ispezione al ricevimento della merce,-controlla il numero di colata sul tubo con il certificato, cerca il contrassegno di grado corretto stampigliato su ciascuna lunghezza e conferma che il limite di snervamento riportato rientra nella fascia per il grado ordinato. Laddove il certificato riporta un valore vicino al minimo, la tubazione è conforme ma lascia poco margine, quindi i calcoli di progettazione dovrebbero utilizzare il minimo specificato anziché il valore riportato.

Domande frequenti

D: Come viene effettivamente misurata la resistenza allo snervamento su un tubo?
Un provino di trazione lavorato viene tirato in una macchina di prova calibrata e la sollecitazione a una deformazione definita viene letta dalla curva sollecitazione-deformazione, utilizzando il metodo dell'allungamento totale sotto carico dello 0,5% o il metodo dell'offset dello 0,2% come concordato nell'ordine di acquisto.

D: Quale metodo utilizza API 5L per il tubo PSL2?
Per il tubo PSL2 API 5L utilizza la sollecitazione di trazione con un allungamento totale sotto carico dello 0,5%, motivo per cui un certificato dovrebbe sempre menzionare il metodo in modo che il risultato possa essere confrontato con lo standard e con altri test.

D: È possibile stimare la resistenza allo snervamento senza eseguire test?
Modelli teorici come l'analisi degli elementi finiti e i calcoli di plasticità sono utili per la progettazione preliminare e la selezione dello spessore delle pareti, ma non sono accettati come prova di conformità e non possono sostituire una prova di trazione sul tubo finito.

D: Qual è la differenza tra carico di snervamento e carico di rottura?
Il carico di snervamento segna l'inizio della deformazione permanente, mentre la resistenza alla trazione è la sollecitazione massima che l'acciaio può sopportare prima della rottura. Il rapporto tra i due è esso stesso controllato dall'API 5L per i gradi PSL2 per preservare la duttilità.

D: Un carico di snervamento più elevato significa sempre un tubo migliore?
No. Un grado superiore consente pareti più sottili e un tonnellaggio inferiore per la stessa pressione, ma riduce anche la capacità di deformazione e richiede controlli di saldatura più severi. Il grado corretto è quello più basso che soddisfa la pressione di progetto con il margine di sicurezza richiesto.

D: Con quale frequenza viene eseguito il test durante la produzione?
La frequenza dei test è stabilita dalla norma e dal contratto di acquisto, normalmente per colata, per lotto o per turno, con test aggiuntivi dopo qualsiasi modifica nella pratica di laminazione, e tutti i risultati sono registrati sul certificato di prova dello stabilimento.