Kompletny przewodnik po rurach ze stali stopowej: ASTM A335 od P5 do P92

Co to jest rura ze stali stopowej? Czym różni się od stali węglowej?

Rura ze stali stopowej zawiera celowe dodatki pierwiastków stopowych - chromu, molibdenu, niklu, wanadu i innych - w celu poprawy właściwości wykraczających poza to, co może zapewnić stal węglowa. Te pierwiastki stopowe zmieniają mikrostrukturę i właściwości użytkowe materiału. Chrom (Cr) poprawia odporność na utlenianie i korozję, tworząc stabilną warstwę tlenku chromu. Molibden (Mo) zwiększa-wytrzymałość na rozciąganie i pełzanie w wysokich temperaturach poprzez wzmocnienie roztworem stałym. Wanad (V) i niob (Nb) udoskonalają strukturę ziaren i zapewniają wzmocnienie wydzieleniowe. Połączenie tych pierwiastków tworzy materiały, które zachowują wytrzymałość i są odporne na degradację w temperaturach, w których stal węglowa szybko ulegnie zniszczeniu.

Podstawowa różnica między stalą stopową a stalą węglową polega na całkowitej zawartości stopu. Stal węglowa zazwyczaj zawiera jedynie resztkowe ilości (łącznie mniej niż 1,6%) pierwiastków poza węglem, manganem, krzemem i kontrolowanymi zanieczyszczeniami. Stal stopowa celowo dodaje więcej niż 1% pierwiastków stopowych, aby osiągnąć określone docelowe właściwości. Ta dodatkowa zawartość stopu sprawia, że ​​rury ze stali stopowej są znacznie droższe - zazwyczaj 2-5 razy droższe od stali węglowej, ale umożliwiają pracę w warunkach, w których stal węglowa byłaby nieodpowiednia.

Przegląd normy ASTM A335

ASTM A335 to podstawowa norma obejmująca bezszwowe rury ze stali ferrytycznej stopowej przeznaczone do pracy w wysokich-temperaturach. Norma obejmuje gatunki P5, P9, P11, P22, P91 i P92, każdy z określonymi wymaganiami chemicznymi i właściwościami. ASTM A335 jest określany w sekcji II część A ASME jako SA-335, a dopuszczalne wartości naprężeń podano w sekcji II część D dla wszystkich gatunków. Powiązana norma ASTM A213 obejmuje te same stopy, ale w postaci rur (o mniejszych średnicach) do zastosowań w kotłach i wymiennikach ciepła. Przedrostek „P” w A335 oznacza rurę, natomiast „T” w A213 oznacza rurę.

Gatunki rur ze stali niskostopowych

A335 P5 (5% Cr, 0,5% Mo)

P5 zawiera 4,0-6,0% chromu i 0,45-0,65% molibdenu, co zapewnia doskonałą odporność na utlenianie w wysokiej-temperaturze i korozję siarczkową. Wysoka zawartość chromu tworzy stabilny tlenek ochronny, który jest odporny na osadzanie się kamienia w temperaturach do 650 stopni. P5 jest powszechnie stosowany w zastosowaniach rafineryjnych, takich jak instalacje FCC (Fluid Catalytic Cracking), grzejniki koksownicze i inne wysokotemperaturowe rurociągi procesowe, w których występuje środowisko zawierające siarkę.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

P9 zwiększa zawartość chromu do 8,0-10,0% przy 0,90-1,10% molibdenu. Wyższa zawartość chromu dodatkowo poprawia odporność na utlenianie i korozję w porównaniu z P5. P9 jest przeznaczony do rafineryjnych instalacji hydroodsiarczania, instalacji odzyskiwania siarki i wysokotemperaturowych instalacji węglowodorowych. Zawartość chromu wynosząca 9% zapewnia lepszą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe kwasu politionowego (PASCC) podczas przestojów.

A335 P11 (1,25% Cr, 0,5% Mo)

P11 to najczęściej stosowany gatunek stali nisko-stopowej zawierający 1,00-1,50% chromu i 0,44-0,65% molibdenu. Oferuje lepszą wytrzymałość w wysokich temperaturach w porównaniu ze stalą węglową przy umiarkowanej cenie. P11 jest stosowany w rurociągach do ponownego nagrzewania na gorąco w elektrowniach, rurociągach procesowych rafinerii w temperaturach pośrednich i liniach wysokotemperaturowych w zakładach chemicznych. Można go łatwo spawać po podgrzaniu i PWHT.

A335 P22 (2,25% Cr, 1% Mo)

P22 to koń pociągowy przemysłu petrochemicznego i energetycznego. Dzięki zawartości 1,90-2,60% chromu i 0,87-1,13% molibdenu zapewnia doskonałą wytrzymałość na pełzanie w temperaturach do 593 stopni. P22 jest szeroko stosowany w głównych rurociągach pary i gorącego ponownego podgrzewania elektrowni, jednostkach hydrokrakingu w rafineriach i wysokociśnieniowych systemach parowych. Połączenie wytrzymałości, odporności na korozję i umiarkowanego kosztu sprawia, że ​​jest to domyślny wybór do wielu zastosowań wysokotemperaturowych przed przejściem na droższe gatunki 9Cr.

Gatunki rur ze stali wysokostopowej - P91 i P92

A335 P91 (9% Cr, 1% Mo, V, Nb)

P91 to zmodyfikowana stal 9Cr-1Mo z kontrolowanymi dodatkami wanadu (0,18-0,25%) i niobu (0,06-0,10%). Pierwiastki te tworzą drobne wydzielenia, które radykalnie poprawiają wytrzymałość na pełzanie. P91 oferuje około trzykrotnie większą wytrzymałość na zerwanie niż P22 w temperaturze 600 stopni, co pozwala na cieńsze ściany i mniejszą wagę w systemach rurociągów wysokotemperaturowych. P91 wymaga precyzyjnej obróbki cieplnej (normalizacja w temperaturze 1040-1080 stopni, a następnie odpuszczanie w temperaturze 730-780 stopni) w celu opracowania zoptymalizowanej mikrostruktury martenzytu odpuszczonego.

A335 P92 (9% Cr, 0,5% Mo, W, V)

P92 to ewolucja P91, w której wolfram (1,5-2,0%) częściowo zastępuje molibden w celu dalszej poprawy wytrzymałości na pełzanie. P92 oferuje około 15-20% wyższą wytrzymałość na zerwanie niż P91 przy 600 stopniach, dzięki czemu nadaje się do stosowania w sekcjach o najwyższej-temperaturze elektrowni na parametry ultranadkrytyczne. Jednakże P92 jest trudniejszy w spawaniu i wymaga ściślejszej kontroli parametrów obróbki cieplnej. Maksymalna temperatura robocza dla P92 wynosi około 620 stopni w przypadku długotrwałej pracy.

Zastosowania rur ze stali stopowej

Głównymi odbiorcami rur ze stali stopowej są rafinerie ropy naftowej i zakłady petrochemiczne. Jednostki FCC wykorzystują P5 i P9 w rurociągach reaktorów i regeneratorów, w których-wysokotemperaturowa korozja siarkowa jest poważna. Jednostki do hydrokrakingu wykorzystują P22 i P91 w rurociągach wylotowych reaktora pracujących w temperaturze 400-450 stopni i ciśnieniu 150–200 barów. Jednostki koksujące wykorzystują P5 i P9 do rur grzewczych i linii przesyłowych pracujących w temperaturach powyżej 500 stopni. Elektrownie na parametry ultranadkrytyczne wykorzystują P91 i P92 do głównych rurociągów pary pracujących w temperaturach 600–620 stopni i ciśnieniu 250–300 barów. Aby zapoznać się ze szczegółowymi zastosowaniami w energetyce, zobacz naszePrzewodnik po rurach elektrowni.

Obróbka cieplna rur ze stali stopowej

Wszystkie rury ze stali stopowej wymagają obróbki cieplnej w celu uzyskania określonych właściwości mechanicznych. Gatunki nisko-stopów (P5, P9, P11, P22) są zwykle normalizowane w temperaturze 900-980 stopni, a następnie odpuszczane w temperaturze 650-750 stopni. Etap normalizacji udoskonala strukturę ziaren, a odpuszczanie zapewnia wymaganą twardość i wytrzymałość. P91 i P92 wymagają bardziej precyzyjnej kontroli: normalizacja w temperaturze 1040-1080 stopni (powyżej temperatury Ac3 do pełnej austenityzacji), a następnie odpuszczanie w temperaturze 730-780 stopni. Szybkość chłodzenia po odpuszczaniu jest również kluczowa dla uniknięcia ponownego hartowania. PWHT (obróbka cieplna po spawaniu) jest obowiązkowa dla wszystkich spoin rur ze stali stopowej, zwykle w temperaturze 680-760 stopni przez 1 godzinę na każde 25 mm grubości. Zobacz naszePrzewodnik po procesie obróbki cieplnej(51) szczegółowe parametry.

Zagadnienia spawalnicze dla stali stopowej

Spawanie rur ze stali stopowej wymaga szczególnej uwagi w zakresie podgrzewania wstępnego, temperatury międzyściegowej i PWHT. P11 wymaga wstępnego rozgrzania do 150-200 stopni, podczas gdy P22 wymaga 200-300 stopni. Spawanie P91 jest szczególnie wymagające: rozgrzewanie wstępne do 200-250 stopni, ścisła kontrola temperatury międzyściegowej (maks. 300 stopni) i natychmiastowe PWHT po spawaniu. Stosowanie elektrod spawalniczych o niskiej-wodorze i odpowiednie przechowywanie elektrod ma kluczowe znaczenie przy spawaniu stali stopowych, ponieważ pozwala zapobiegać pękaniu na zimno-wywołanemu wodorem. Spoiny o różnym metalu pomiędzy stalami niskostopowymi i wysokostopowymi wymagają starannego doboru spoiwa i parametrów obróbki cieplnej po spawaniu, dostosowanych do obu materiałów.

Odniesienia do standardów międzynarodowych.-Odniesienia

ASTM A335 P11 jest odpowiednikiem EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 i GB/T 5310 15CrMoG. P22 jest odpowiednikiem EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 i GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 jest odpowiednikiem EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 i GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Zobacz naszePorównanie standardów ruraby uzyskać pełne-odsyłacze.

Jak pozyskać rury ze stali stopowej

Zamawiając rurę ze stali stopowej, należy podać następujące informacje: normę i gatunek (np. ASTM A335 P91), rozmiar i harmonogram (np. 12" SCH 80), stan dostawy (normalizowany i odpuszczony) oraz wszelkie wymagania specjalne. Rury ze stali stopowej muszą być dostarczone z kompletnym MTC przedstawiającym analizę chemiczną, właściwości mechaniczne i szczegóły obróbki cieplnej. Producent rur dostarcza wszystkie gatunki ASTM A335 od P5 do P92, z pełną obróbką cieplną i możliwościami NDT, i może zorganizować kontrola strony trzeciej-w celu sprawdzenia jakości.