Tubi in zirconio

Zirconio i tubi sono specificati quando un fluido di processo attacca il titanio e l'acciaio inossidabile, insieme ad alcune leghe di nichel, ma le condizioni di esercizio non richiedono ancora il tantalio. Beiyu Titanium fornisce tubi in zirconio ottenuti con tre processi produttivi secondo ASTM B658 e ASTM B523, nei gradi UNS R60702 (Zr 702) e UNS R60705 (Zr 705). Indicare il processo, il diametro esterno, lo spessore di parete e la lunghezza nella richiesta, affinché l'offerta riporti il corretto percorso produttivo e l'ambito del certificato.

Gradi e norme

Due gradi coprono la gamma industriale. Zr 702 è zirconio non legato ed è utilizzato per le applicazioni di corrosione. Zr 705 aggiunge niobio e viene ordinato quando la resistenza meccanica determina il calcolo dello spessore di parete, anziché la sola corrosione.

I limiti chimici sono fissati dalla norma anziché dallo stabilimento produttore. ASTM B658 li elenca nella tabella dei requisiti chimici e i due gradi offerti da Beiyu Titanium differiscono principalmente per il niobio e per il minimo di zirconio più afnio.

I valori sono i limiti riportati nella tabella dei requisiti chimici di ASTM B658/B658M-11e1. La norma consente inoltre ad acquirente e produttore di concordare limiti per elementi non elencati, quindi un disegno con un limite aggiuntivo per un elemento può essere oggetto di offerta anziché essere fuori campo.

La differenza di resistenza meccanica tra i due gradi è ciò che di solito porta a specificare Zr 705.

I minimi provengono dalla tabella dei requisiti di trazione di ASTM B658/B658M-11e1, con il carico di snervamento determinato mediante il metodo dello scostamento dello 0,2 per cento secondo i metodi di prova E8/E8M, come prescritto dalla norma. Zr 705 presenta circa il 45 per cento in più di resistenza a trazione e l'85 per cento in più di carico di snervamento a parità di allungamento minimo, consentendo di ridurre lo spessore di parete calcolato.

Il materiale viene fornito allo stato ricotto o disteso, i due stati consentiti da ASTM B658. Indicare quale dei due è richiesto dall'ordine, poiché lo stato rientra nei dati registrati dal certificato e non si deduce dal grado.

Entrambi i gradi fanno riferimento alle stesse due norme per i tubi. ASTM B658 è la norma per i tubi pipe e ASTM B523 è la norma per i tubi tube. La scheda di fabbrica le elenca insieme per la forma tubolare anziché separarle per grado, quindi grado e norma vengono confermati come voci distinte nell'ordine.

Intervallo dimensionale tipico

Sono offerti tre processi, non intercambiabili. Il processo determina il diametro ottenibile, l'intervallo dello spessore di parete e la lunghezza massima in un unico pezzo.

Questi sono intervalli produttivi verificati per ogni ordine, non una dichiarazione di disponibilità a magazzino, e la combinazione ordinata viene confermata in sede di offerta.

Quale dei tre processi richiede effettivamente il disegno

La maggior parte delle richieste di tubi in zirconio indica un diametro e uno spessore di parete lasciando aperto il processo, che è il campo che modifica il percorso produttivo. Solo due processi si sovrappongono su un intervallo: senza saldatura e saldato coprono entrambi diametri esterni da 6,35 mm a 152 mm e, all'interno di questa fascia, la scelta dipende dal disegno anziché dalla dimensione. Capillare e senza saldatura si incontrano a un solo diametro, 5 mm, e in nessun altro punto.

La lunghezza dipende dal processo anziché dal diametro: 6000 mm per il capillare, 9000 mm per il senza saldatura, 12000 mm per il saldato. Una lunghezza richiesta in un unico pezzo superiore a quella consentita dal processo comporta una saldatura in cantiere e modifica l'ambito del controllo, quindi va indicata nella richiesta anziché in una revisione successiva.

Quando il disegno non fornisce indicazioni, l'offerta si basa sul processo consentito dalla geometria e l'ipotesi viene riportata nell'offerta per conferma da parte dell'acquirente.

Applicazioni

I tubi in zirconio vengono acquistati per impieghi in cui il film di ossido resiste in condizioni che rimuovono quello del titanio. Tra gli impieghi comuni figurano acido solforico e cloridrico negli impianti chimici di processo, impianti di urea e acidi organici e reattori e condensatori farmaceutici in cui la purezza del prodotto dipende dall'assenza di rilascio di ioni dal metallo a contatto con il fluido. Le applicazioni abituali sono fasci di scambiatori di calore e interni di colonne.

Note sulla corrosione

Lo zirconio viene scelto per un acido specifico, a concentrazione e temperatura dichiarate, anziché come miglioramento generale rispetto al titanio. ASTM B658 stabilisce requisiti di composizione chimica e meccanici e non classifica i due gradi in termini comparativi di corrosione, quindi la scelta per la corrosione deve basarsi sulle condizioni di esercizio anziché sul numero del grado. Inviare le condizioni di esercizio con la richiesta, comprese eventuali specie ossidanti o alogenuri presenti, e la scelta del materiale viene valutata rispetto a esse anziché desunta dal grado.

Tolleranze stabilite dalla norma e l'unico caso in cui non si applicano

Le tolleranze del diametro esterno secondo ASTM B658 sono espresse in funzione della dimensione nominale del tubo e si applicano ai tubi senza saldatura. Le tolleranze dei tubi saldati vengono invece concordate tra produttore e acquirente, quindi un ordine di tubi saldati deve riportare la tolleranza anziché darla per acquisita dalla norma.

Accanto a quella tabella figurano due limiti facili da trascurare. Lo spessore di parete può variare fino al 12,5 per cento dello spessore nominale in qualsiasi punto e la lunghezza può superare fino a 6,4 mm quella ordinata, ma non essere mai inferiore. Entrambi provengono dalla sezione sulle variazioni ammissibili di ASTM B658/B658M-11e1.

L'eccezione è rilevante per le pareti sottili. Quando lo spessore di parete è pari al 3 per cento del diametro esterno o inferiore, la norma classifica il tubo come a parete sottile e la tabella dei diametri sopra riportata non si applica più così com'è: si applica alla media delle letture massima e minima in una sezione trasversale, mentre l'ovalizzazione in quella sezione è limitata all'1,5 per cento del diametro esterno specificato. La norma ne indica il motivo nella stessa clausola: i tubi a parete sottile sviluppano di solito un'ovalizzazione significativa durante la ricottura finale, la raddrizzatura o entrambe.

Perché una saldatura in Zr 705 ha una scadenza

Questo requisito viene spesso trascurato negli ordini di tubi saldati in zirconio. ASTM B658, la norma per i tubi pipe, richiede che le saldature nel grado R60705 siano sottoposte a ricottura di distensione entro 14 giorni dalla saldatura, per prevenire la criccatura ritardata da idruri. Il trattamento consiste in un mantenimento ad almeno 600 C (1100 F) per non meno di 30 minuti ogni 25 mm di spessore massimo in atmosfera non riducente, con un minimo di 15 minuti alla temperatura prevista, seguito da pulizia affinché il pezzo sia privo di contaminazione da scaglia di ossido secondo la pratica B614.

Zr 702 non prevede questo requisito. Leggere attentamente il campo di applicazione della clausola prima di pianificare le attività: ASTM B658 impone l'obbligo alle saldature del tubo nello stato di fornitura, non a quelle eseguite successivamente da un fabbricante. Le saldature eseguite a valle sono disciplinate dal codice di fabbricazione anziché da B658, e la clausola mira a contrastare lo stesso meccanismo di criccatura ritardata da idruri. Se il tubo sarà saldato nuovamente dopo la consegna, indicarlo nella richiesta e confermare il requisito post-saldatura per quella fase secondo il codice di fabbricazione. Se l'ordine riguarda tubi tube secondo ASTM B523 anziché tubi pipe secondo B658, confermare il requisito post-saldatura in base a quella norma anziché presumere che sia trasferibile.

Informazioni necessarie per la richiesta di offerta

Controllo, documentazione e imballaggio

La frequenza delle prove secondo ASTM B658 è stabilita per lotto anziché per pezzo: una prova di trazione longitudinale per lotto e un'analisi di idrogeno e azoto per lotto di prodotto finito. Il produttore certifica che il materiale è stato fabbricato, campionato, sottoposto a prove e controllato secondo la specifica e riporta i risultati, collegati al numero di colata affinché documentazione e materiale marcato corrispondano. L'esame radiografico delle saldature di testa viene fornito quando l'ordine lo specifica. Beiyu Titanium può fornire tubi in zirconio prodotti nell'ambito di un sistema qualità ISO 9001:2015 quando richiesto dall'ordine.

La marcatura è prevista di base anziché essere una voce da negoziare. Salvo diversa indicazione nell'ordine, ASTM B658 richiede che ogni lunghezza con diametro nominale di 9,5 mm e superiore sia marcata con identificazione del produttore, designazione ASTM, grado e numero di colata, mentre le dimensioni inferiori vengono raggruppate in fasci ed etichettate con le stesse informazioni. I tubi vengono chiusi con tappi e imballati in casse per il trasporto marittimo; eventuali marcature oltre a quelle previste dalla norma vengono concordate prima della spedizione.

Prodotti correlati e alternative

Quando l'impiego non richiede zirconio, il confronto avviene solitamente con tubi in titanio secondo ASTM B338 in primo luogo e con tubo in tantalio quando l'acido è più aggressivo di quanto lo zirconio possa sopportare. Barre e lamiere spesse in zirconio per gli stessi progetti sono offerti negli stessi due gradi, secondo i rispettivi intervalli dimensionali e le rispettive norme.

FAQ

Al mio ordine si applica ASTM B658 o ASTM B523?
Entrambe sono elencate per la forma tubolare nella scheda di fabbrica anziché suddivise per grado, quindi la norma viene confermata come voce distinta nell'ordine, accanto al grado.

È possibile fornire tubi in zirconio con spessore di parete inferiore a 1 mm?
Sì, con due dei tre processi. Il capillare copre spessori di parete da 0.5 a 2 mm con diametro esterno da 3 a 5 mm e il saldato parte da 0.5 mm con diametro esterno di 6.35 mm e superiore. Il processo senza saldatura parte da 1 mm, quindi uno spessore inferiore al millimetro tra 5 mm e 6.35 mm di diametro esterno è l'unica combinazione non ottenibile con nessuno dei tre.

Qual è il diametro massimo disponibile?
1219 mm di diametro esterno, con il processo saldato.

Conviene ordinare Zr 705 per una migliore resistenza alla corrosione?
Zr 705 viene ordinato quando la resistenza meccanica determina il calcolo dello spessore di parete, non come miglioramento della resistenza alla corrosione. ASTM B658 stabilisce i limiti di composizione chimica e resistenza meccanica per entrambi i gradi e non li classifica in termini comparativi di corrosione, quindi la scelta per la corrosione viene confermata in base alle condizioni di esercizio anziché dedotta dal numero del grado.

Quale densità conviene utilizzare per stimare il peso?
Utilizzare 6,51 g/cm3 per Zr 702 e 6,64 g/cm3 per Zr 705. Sono costanti da manuale per i due gradi e sono i valori su cui Beiyu Titanium si basa per stimare il peso in sede di offerta. La scheda di fabbrica non riporta una densità dello zirconio, quindi il peso offerto viene confermato in base alla dimensione ordinata anziché dedotto dalla sola costante.

I tubi in zirconio vengono sottoposti a prova di pressione?
ASTM B658 richiede una prova idrostatica su ogni lunghezza di tubo con diametro esterno pari o superiore a 3,2 mm (1/8 in.) e spessore di parete pari o superiore a 0,4 mm (0,015 in.), assumendo una tensione di fibra pari a tre quarti del carico di snervamento minimo e limitando la pressione di prova a 35 MPa (5000 psi). Questa soglia è stabilita da ASTM B658 per i tubi pipe ordinati secondo tale norma. Quando l'ordine riguarda tubi tube secondo ASTM B523, in particolare le dimensioni capillari più piccole, l'ambito delle prove viene confermato nell'ordine anziché trasferito dalla norma per i tubi pipe.

Dettagli delle specifiche con fonti

La scheda di fabbrica Beiyu Titanium offre tubi in zirconio ottenuti con tre processi: capillare con diametro esterno da 3 a 5 mm e spessore di parete da 0.5 a 2 mm fino a 6000 mm, senza saldatura con diametro esterno da 5 a 152 mm e spessore di parete da 1 a 12 mm fino a 9000 mm, e saldato con diametro esterno da 6.35 a 1219 mm e spessore di parete da 0.5 a 25.4 mm fino a 12000 mm (scheda di fabbrica Beiyu Titanium, sezione tubi in zirconio). In quella scheda la forma tubolare è associata congiuntamente ad ASTM B658 e ASTM B523 anziché ai singoli gradi, motivo per cui qui norma e grado vengono confermati come voci d'ordine separate.

Le designazioni dei gradi sono UNS R60702 per Zr 702 e UNS R60705 per Zr 705 (scheda di fabbrica Beiyu Titanium, colonna dei gradi di zirconio). La scheda di fabbrica non riporta densità o punto di fusione per lo zirconio, a differenza delle pagine su tungsteno, molibdeno, tantalio e niobio. I valori di densità utilizzati in questa pagina, 6,51 g/cm3 per Zr 702 e 6,64 g/cm3 per Zr 705, sono costanti da manuale e i valori utilizzati da Beiyu Titanium nelle stime del peso, non dati della scheda di fabbrica; il punto di fusione non è indicato qui perché tale dato non vi compare. In 15 anni di attività di esportazione di titanio e metalli refrattari, il campo più spesso assente dalle richieste di tubi in zirconio è il processo produttivo, ed è proprio quello che determina se la dimensione sia effettivamente ottenibile.