Un'analisi completa della classificazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio: dalle norme nazionali agli scenari applicativi

Introduzione: Perché la classificazione dei tubi in acciaio al carbonio senza saldatura è fondamentale?

I tubi in acciaio al carbonio senza saldatura, definiti veri e propri "vasi sanguigni" dell’industria, svolgono ruoli essenziali nel trasporto di fluidi, nella trasmissione di pressione e nel sostegno di strutture nei settori del petrolio, della chimica, dell’energia e della produzione di macchinari. Diverse condizioni operative impongono requisiti prestazionali estremamente diversi sui materiali dei tubi: dal trasporto di fluidi comuni a temperatura e pressione ambiente alle tubazioni per vapore ad alta temperatura e alta pressione, dalle strutture edilizie generiche agli equipaggiamenti fondamentali nelle centrali nucleari. La scelta corretta della classe dei tubi in acciaio al carbonio senza saldatura influisce non solo sulla qualità e sulla sicurezza del progetto, ma incide direttamente anche sulla redditività economica dell’investimento.

Questo articolo illustrerà in modo sistematico il sistema di classificazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio, dagli standard applicativi, alle categorie di materiale, ai processi produttivi fino ai requisiti di ispezione, aiutandovi a individuare il percorso decisionale più scientifico nel complesso labirinto della selezione dei materiali.

I. Dimensioni fondamentali di classificazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio
La classificazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio si riflette principalmente in quattro dimensioni: livello dello standard applicativo, categoria di materiale, livello di qualità produttiva e livello delle condizioni operative.

1.1 Classificazione in base agli standard applicativi
La produzione e l’applicazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio nel nostro paese seguono principalmente i seguenti standard nazionali fondamentali, che costituiscono essi stessi un’importante modalità di classificazione:

Codice norma | Nome norma | Applicazione principale

GB/T 8163 Tubi d’acciaio senza saldatura per il trasporto di fluidi | Trasporto generale di fluidi, quali petrolio, petrolio e gas, acqua, aria, ecc.

Tubi d'acciaio senza saldatura GB 3087 per caldaie a bassa e media pressione | Vapore surriscaldato, acqua in ebollizione, ecc. in caldaie a bassa e media pressione

Tubi d'acciaio senza saldatura ad alta pressione GB 6479 per impianti di fertilizzanti | Impianti e tubazioni per fertilizzanti ad alta pressione, comprese le condizioni a bassa temperatura

Tubi d'acciaio senza saldatura GB 9948 per la fratturazione petrolifera | Unità di fratturazione petrolifera, dove il tipo 8163 non è idoneo

Tubi d'acciaio senza saldatura GB/T 5310 per caldaie ad alta pressione | Tubazioni per vapore surriscaldato in caldaie ad alta pressione

Tubi d'acciaio senza saldatura GB/T 8162 per impieghi strutturali | Strutture generali e meccaniche, come componenti per edilizia e macchinari

Tubi d'acciaio GB/T 9711 per il trasporto nel settore petrolifero e del gas | Tubazioni per il trasporto su lunga distanza di petrolio e gas

Va notato che settori specializzati, come le centrali nucleari, hanno specifici standard di classificazione. Ad esempio, la norma GB/T 24512.1 specifica i requisiti di classificazione per i tubi in acciaio al carbonio senza saldatura destinati alle centrali nucleari, applicabili alle apparecchiature di Classe 1, 2 e 3.

1.2 Classificazione per grado di materiale

I gradi di materiale più comuni per i tubi in acciaio al carbonio senza saldatura comprendono:

Serie di acciai a basso tenore di carbonio: acciaio n. 10, acciaio n. 20 – utilizzati principalmente per condotte di trasporto di fluidi

Serie di acciai a medio tenore di carbonio: acciaio n. 35, acciaio n. 45 – utilizzati principalmente per componenti destinati alla produzione meccanica

Serie di acciai a bassa lega: Q345 (16Mn), 09MnV – impiegati in applicazioni che richiedono una resistenza superiore.

II. Analisi approfondita dei gradi normativi fondamentali

2.1 Tubi in acciaio senza saldatura per il trasporto di fluidi (GB/T 8163)

Questa è la norma di base per i tubi in acciaio al carbonio senza saldatura, applicabile a condizioni di trasporto di petrolio, gas naturale e altri fluidi tecnici con temperature di progetto inferiori a 350 ℃ e pressioni inferiori a 10,0 MPa.

Gradi di materiale: 10, 20, Q345, ecc.

Requisiti di ispezione: sono obbligatorie l'analisi della composizione chimica, la prova di trazione, la prova di appiattimento e la prova idrostatica. Le prove di svasatura e di piegatura a freddo possono essere richieste in base all'accordo.

Processo di produzione: fuso principalmente in forni a fuoco aperto o in convertitori, con conseguente presenza di un numero relativamente maggiore di impurità e difetti interni.

Applicazioni: tubazioni industriali generali, sistemi di trattamento delle acque e trasporto di fluidi a bassa pressione.

2.2 Tubi d'acciaio senza saldatura per caldaie a bassa e media pressione (GB 3087): una norma specificamente progettata per i sistemi di caldaia, applicabile alle tubazioni per vapore surriscaldato e acqua bollente in caldaie a bassa e media pressione.

Classi di materiale: 10, 20

Requisiti di ispezione: oltre alle prove generali, è richiesta la prova di piegatura a freddo.

Processo di produzione: analogo a quello del tipo 8163, fuso in forni a fuoco aperto o in convertitori, con requisiti leggermente più stringenti di controllo qualità.

Scenari di applicazione: Tubazioni per vapore pubbliche in caldaie, centrali elettriche, sistemi di riscaldamento e impianti petrolchimici.

2.3 Tubi d'acciaio senza saldatura per la rottura del petrolio (GB 9948): progettati specificamente per le unità di raffinazione del petrolio, adatti a impieghi in cui i tubi d'acciaio GB/T 8163 non sono appropriati.

Gradi di materiale: 10, 20; la serie di acciai cromo-molibdeno comprende 12CrMo, 15CrMo, ecc.

Requisiti di ispezione: oltre alle prove di base, sono richieste prove di svasatura e di impatto; i requisiti di ispezione sono rigorosi.

Processo produttivo: si basa principalmente sulla fusione in forno elettrico con affinamento in crogiolo, ottenendo così un numero relativamente ridotto di difetti composizionali e interni.

Scenari di applicazione: mezzi oleosi e oleo-gassosi con temperature di progetto superiori a 350 ℃ o pressioni superiori a 10,0 MPa; tubazioni operanti in prossimità dell'idrogeno; ambienti soggetti a corrosione da tensione.

2.4 Tubi d'acciaio senza saldatura per impianti fertilizzanti ad alta pressione (GB 6479): adatti per impianti fertilizzanti e tubazioni ad alta pressione, in grado di operare in condizioni severe comprese tra -40 ℃ e 400 ℃ e a pressioni comprese tra 10,0 e 32,0 MPa.

Gradi di materiale: 10, 20G, 16Mn, ecc.

Requisiti di ispezione: prove di svasatura e di impatto rigorosamente prescritte, con particolari requisiti per la tenacità all'impatto a basse temperature.

Processo produttivo: lo standard stesso specifica i requisiti di affinamento in crogiolo, al fine di ridurre al minimo le impurità e i difetti interni, garantendo così la massima qualità.

Applicazioni: ambienti a bassa temperatura (inferiori a -20 ℃); mezzi chimici ad alta pressione; situazioni che richiedono requisiti di sicurezza estremamente elevati.

2.5 Tubi d'acciaio senza saldatura per caldaie ad alta pressione (GB/T 5310): uno standard specifico per sistemi di caldaie ad alta pressione, applicabile ai mezzi di vapore surriscaldato nelle caldaie ad alta pressione.

Gradi di materiale: 20G; serie di acciai cromo-molibdeno, tra cui 15MoG, 20MoG, 12CrMoG, 15CrMoG, ecc.

Requisiti di ispezione: Equivalenti alla norma 6479, con rigoroso rispetto dei test di svasatura e di impatto.

Processo produttivo: Affinamento in crogiolo, qualità del materiale estremamente elevata.

Benchmarking internazionale: il materiale 20G secondo la norma GB/T 5310 corrisponde all’ASME SA-106 Gr.B e può essere utilizzato in modo intercambiabile nell’ingegneria internazionale.

2.6 Tubi di acciaio senza saldatura per impieghi strutturali (GB/T 8162): A differenza delle applicazioni per il trasporto di fluidi menzionate sopra, questo tipo di prodotto è destinato a strutture generali e a strutture meccaniche.

Classi di materiale: 10, 20, 35, 45, Q345, 20Cr, 40Cr, 15CrMo, ecc.

Precisione dimensionale: Classificata in quattro categorie D1–D4 in base alla tolleranza sul diametro esterno; la precisione più elevata raggiunge ±0,50% (minimo ±0,10 mm).

Ambiti di applicazione: Ponti, edifici, componenti meccanici, componenti portanti per autoveicoli, supporti idraulici, ecc.

III. Classificazione dei livelli di qualità produttiva e logica di selezione

3.1 Classificazione dei livelli di qualità, dal più basso al più alto

Sulla base dei processi di fusione, dei requisiti di ispezione e delle prestazioni pratiche in applicazione, i gradi di qualità produttiva degli standard sopra citati per tubi d'acciaio sono classificati come segue:

GB/T 8163 < GB 3087 < GB 9948 < GB/T 5310 < GB 6479

La classificazione procede dal grado più basso al più alto. È opportuno osservare che la norma GB 6479, a causa dei suoi requisiti specifici in termini di tenacità all’urto a basse temperature e delle regole di affinamento in crogiolo più rigorose, occupa il livello più elevato della scala di qualità.

3.2 Logica di selezione del nucleo

Nella pratica ingegneristica di selezione, devono essere seguiti i seguenti principi decisionali:

**Principio di corrispondenza alle condizioni operative:** utilizzare la norma 8163 per condizioni operative generali e le norme 9948 o 6479 per condizioni di alta temperatura e alta pressione.

**Principio di priorità della temperatura:** per temperature di progetto superiori a 350 ℃ o inferiori a -20 ℃, selezionare direttamente un grado di qualità superiore.

**Principio di specializzazione del mezzo:** per operazioni in presenza di idrogeno ed ambienti soggetti a corrosione sotto sforzo, selezionare le norme 9948 o 6479.

**Principio di conformità normativa:** Le tubazioni per vapore rientranti nel campo di monitoraggio della caldaia devono essere realizzate in acciaio conforme alle norme 3087 o 5310.

**Principio economico:** I tubi in acciaio di qualità superiore sono più costosi (ad esempio, la norma 9948 è quasi un quinto più cara rispetto alla 8163), pertanto è necessario trovare un equilibrio tra affidabilità e costo.

3.3 Limitazioni importanti
Secondo i requisiti delle norme quali il "Regolamento tecnico sulla sorveglianza della sicurezza per le tubazioni a pressione":

I tubi in acciaio conformi alle norme GB 3087 e GB 8163 non possono essere utilizzati per tubazioni a pressione di classe GC1 (a meno che ogni singolo tubo non sia sottoposto a prova ultrasonora con qualità non inferiore al grado L2.5 e la pressione di progetto non superi 4,0 MPa).

IV. Classificazione per gradi nei settori speciali, quali la cantieristica navale e le centrali nucleari

4.1 Tubi in acciaio senza saldatura per applicazioni navali (GB/T 5312)
I sistemi di tubazioni navali sono classificati in tre categorie: I, II e III, in base alla pressione e alla temperatura di progetto:

Classe della tubazione | Requisiti di pressione/temperatura di progetto | Applicazioni tipiche

Grado I | Parametri superiori (ad es. vapore >1,6 MPa/300 ℃) | Tubazioni per vapore ad alta pressione e per olio combustibile

Grado II | Parametri medi | Sistemi a media pressione

Grado III | Parametri inferiori | Sistemi ausiliari a bassa pressione
I tipi di acciaio sono 320, 360, 410, 460 e 490, dove i numeri indicano la resistenza a trazione minima (MPa).

4.2 Tubi di acciaio senza saldatura per centrali nucleari (GB/T 24512.1): i tubi di acciaio al carbonio senza saldatura per centrali nucleari sono classificati, in base ai livelli di sicurezza, come segue:

Livello 1: Equipaggiamento nucleare di sicurezza di livello più elevato

Livello 2: Equipaggiamento di sicurezza importante

Livello 3: Equipaggiamento di sicurezza generale

Non nucleare: isola convenzionale e sistemi ausiliari

V. Sistema più recente di classificazione e valutazione della qualità. Oltre al tradizionale sistema di classificazione standard, negli ultimi anni il settore ha introdotto un sistema di classificazione e valutazione della qualità più dettagliato. Secondo la norma T/CAS ES470700003-2022 «Regole per la classificazione e la valutazione della qualità dei prodotti industriali – Raccordi tubieri senza saldatura in acciaio al carbonio e in acciaio legato»:

Dimensioni della valutazione:

Revisione delle qualifiche di base (veto su singolo elemento)

Valutazione della capacità di garanzia produttiva (punteggio su singolo elemento)

Prove sulle prestazioni del prodotto (punteggio su singolo elemento)

Classificazione del grado di qualità: sulla base del punteggio complessivo di valutazione, i prodotti sono suddivisi in 9 livelli, dal più alto al più basso:

AAA, AA, A (Grado eccellente)

BBB, BB, B (Grado buono)

CCC, CC, C (Grado conforme)

Questo metodo di classificazione consente di riflettere in modo più completo il reale livello di qualità del prodotto e di soddisfare le esigenze differenziate degli utenti in termini di qualità del prodotto.

VI. Linee guida per la decisione di selezione e falsi miti comuni

6.1 Metodo di selezione in quattro passaggi
Chiarire l’applicazione: Trasporto di fluidi? Tubazioni per caldaie? Supporto strutturale di carichi?

Valutazione delle condizioni operative: temperatura, pressione, caratteristiche del mezzo, condizioni ambientali

Conformità alle norme: selezionare le norme applicabili sulla base dell’analisi precedente.

Determinazione del grado: selezionare il grado di materiale più economico all’interno del campo previsto dalla norma.

6.2 Falsi miti comuni nella selezione
Falso mito 1: «L’acciaio 8163 è versatile e può essere utilizzato in tutte le situazioni.»
Correzione: l’acciaio 8163 è rigorosamente vietato in condizioni operative particolari, quali alte temperature, alte pressioni, basse temperature ed esposizione all’idrogeno.

Falso mito 2: «Più alto è il grado della norma, maggiore è la sicurezza.»

Correzione: Il grado standard deve corrispondere alle effettive esigenze; una scelta eccessiva comporta spreco (ad esempio, il grado 5310 è utilizzato per tubazioni idriche generiche).

Concetto errato 3: «Bisogna considerare soltanto lo standard, non il processo di fusione».

Correzione: Anche con lo stesso standard, le differenze nei processi di fusione tra diversi produttori influenzano la qualità effettiva del prodotto.

Concetto errato 4: «Ignorare le differenze nei requisiti di ispezione».

Correzione: Il vantaggio principale degli standard di grado elevato risiede in requisiti di ispezione più rigorosi.

Conclusione: Una selezione scientifica crea valore ingegneristico. La classificazione dei tubi senza saldatura in acciaio al carbonio costituisce un sistema completo, che va dal livello base a quello premium, dal generico al specializzato. Una corretta selezione del materiale deve basarsi su una valutazione accurata delle condizioni operative, su una conoscenza approfondita degli standard applicabili e su requisiti di qualità ragionevoli, individuando l’equilibrio ottimale tra affidabilità ed economicità.

Quando si affrontano condizioni operative complesse o incertezze, si raccomanda di consultare un ingegnere specializzato in materiali e, se necessario, di eseguire test su piccola scala per la verifica. In definitiva, i danni derivanti da un guasto della tubazione causato da una scelta inadeguata del materiale superano di gran lunga il sovrapprezzo ragionevole pagato per il materiale.