La resistencia de las tuberías de acero sin costura es un indicador clave de rendimiento para medir su capacidad de carga, crucial para garantizar el funcionamiento seguro y confiable del sistema o estructura de tuberías. La resistencia de las tuberías de acero se mide generalmente mediante dos parámetros principales (límite elástico y resistencia a la tracción). A continuación, se resumen detalladamente los factores que afectan la resistencia de las tuberías de acero sin costura y el rango de resistencia de las tuberías de acero sin costura de uso común.
Dos parámetros para medir la resistencia de las tuberías de acero
1. Límite elástico
Definición: El límite elástico se refiere a la tensión mínima a la cual un tubo de acero experimenta una deformación plástica permanente sin aumento adicional de la carga al ser sometido a una carga de tracción. En resumen, es el punto crítico en el que el material pasa de la deformación elástica (recuperando su forma original tras retirar la carga) a la deformación plástica (manteniendo la deformación tras retirar la carga).
Significado físico: Representa la capacidad de los tubos de acero para evitar la deformación permanente en condiciones normales de funcionamiento. En el diseño de ingeniería, la tensión admisible de tuberías o estructuras suele establecerse por debajo del límite elástico para garantizar la seguridad.
Símbolos:
ReH: Límite de fluencia superior, se refiere a la tensión cuando la carga cae por primera vez antes de ceder.
Rp0.2: Especifica la resistencia a la extensión no proporcional. Cuando el material no presenta un límite de fluencia evidente, se toma la tensión a la que se produce una deformación plástica residual del 0,2 %. Este es el método más común y general para expresar el límite de fluencia.
Unidades: Megapascales (MPa) o libras por pulgada cuadrada (psi).
2. Resistencia a la tracción
Definición: La resistencia a la tracción se refiere a la tensión máxima que un tubo de acero puede soportar al ser sometido a una carga de tracción y alcanzar su capacidad máxima de deformación uniforme. Tras alcanzar la resistencia a la tracción, el material comienza a estrecharse y finalmente se rompe.
Significado físico: Representa la carga máxima que el tubo de acero puede soportar antes de fallar y es la capacidad del material para resistir la fractura.
Unidades: Megapascales (MPa) o libras por pulgada cuadrada (psi).
Los principales factores que afectan la resistencia de los tubos de acero sin costura
La resistencia de los tubos de acero sin costura no es fija, sino que se ve afectada por diversos factores:
Contenido de carbono: El contenido de carbono es el elemento más importante que afecta a la resistencia de los tubos de acero. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, mayor será la resistencia y la dureza del acero, pero disminuirán la plasticidad y la tenacidad.
Elementos de aleación: La adición de elementos de aleación como manganeso (Mn), silicio (Si), cromo (Cr), molibdeno (Mo), níquel (Ni), vanadio (V), niobio (Nb) y titanio (Ti) puede mejorar significativamente la resistencia del acero, especialmente su resistencia a altas temperaturas y tenacidad a bajas temperaturas. Por ejemplo, los aceros P91 y P92, utilizados en tubos de calderas de alta presión, alcanzan una alta resistencia mediante una aleación compleja.
Proceso de fabricación:
Laminado en caliente: Los tubos de acero sin costura laminados en caliente suelen presentar una resistencia moderada y buena plasticidad.
Estirado/laminado en frío: El trabajo en frío provoca el endurecimiento del acero, lo que aumenta el límite elástico y la resistencia a la tracción del tubo, pero puede causar una ligera disminución de la tenacidad. Los tubos de acero sin costura de precisión suelen trabajarse en frío para obtener alta resistencia y precisión.
Estado del tratamiento térmico: El tratamiento térmico de las tuberías de acero (como recocido, normalizado, temple, revenido, temple y revenido, etc.) puede modificar significativamente su estructura interna, ajustando así el equilibrio entre resistencia, dureza y tenacidad. Por ejemplo, las tuberías de acero aleado sometidas a temple y revenido pueden alcanzar una resistencia integral muy alta.
Dimensiones (espesor y diámetro de pared)
En el mismo material, el espesor de pared es el factor que afecta directamente la resistencia a la presión de las tuberías de acero. Cuanto mayor sea el espesor de pared, mayor será la capacidad de soportar presión.
El diámetro exterior también afecta la resistencia a la compresión, pero se refleja principalmente en la relación entre el espesor de pared (D/t).
Rango de resistencia de los tubos de acero sin costura de uso común
API 5L / ASTM A106 / ASTM A53 (Tuberías de conducción/fluidos):
API 5L Gr.B / ASTM A106 Gr.B: Límite elástico de aproximadamente 245 MPa, resistencia a la tracción de aproximadamente 415 MPa.
API 5L X60: Límite elástico de aproximadamente 415 MPa y resistencia a la tracción de aproximadamente 520 MPa.
ASTM A500 Grado C (tuberías estructurales): Límite elástico de aproximadamente 315 MPa (mínimo), resistencia a la tracción de aproximadamente 425 MPa (mínimo).
GB/T 5310 Tubos de acero sin costura para calderas de alta presión
12Cr1MoVG: Límite elástico de aproximadamente 295 MPa, resistencia a la tracción de aproximadamente 490 MPa (temperatura ambiente). A altas temperaturas, su resistencia a la fatiga y su resistencia a la fluencia son factores más importantes.
P91: Su límite elástico puede alcanzar los 450 MPa y su resistencia a la tracción, entre 620 y 850 MPa (a temperatura ambiente). Mantiene una resistencia extremadamente alta a altas temperaturas.
Nota: Los datos anteriores son requisitos típicos o mínimos.
Los valores específicos deben basarse en los requisitos técnicos claramente especificados en las normas nacionales o industriales vigentes para tuberías de acero.
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