Teljes útmutató ötvözött acélcsőhöz: ASTM A335 P5-P92

Mi az az ötvözött acélcső? Miben különbözik a szénacéltól?

Az ötvözött acélcsövek szándékosan ötvözőelemeket (- krómot, molibdént, nikkelt, vanádiumot és másokat -) tartalmaznak, hogy javítsák a szénacél tulajdonságain túlmenően. Ezek az ötvöző elemek átalakítják az anyag mikroszerkezetét és teljesítményjellemzőit. A króm (Cr) stabil króm-oxid réteget képezve javítja az oxidációval és a korrózióval szembeni ellenállást. A molibdén (Mo) a szilárd oldatos szilárdítás révén növeli a szakító- és kúszószilárdságot magas hőmérsékleten{5}}. A vanádium (V) és a nióbium (Nb) finomítja a szemcseszerkezetet és erősíti a csapadékot. Ezen elemek kombinációja olyan anyagokat hoz létre, amelyek megőrzik szilárdságát és ellenállnak a lebomlásnak olyan hőmérsékleten, ahol a szénacél gyorsan meghibásodna.

Az ötvözött acél és a szénacél közötti alapvető különbség a teljes ötvözettartalomban rejlik. A szénacél jellemzően csak maradék mennyiségben (összesen kevesebb, mint 1,6%-ban) tartalmaz elemeket a szénen, a mangánon, a szilíciumon és a szabályozott szennyeződéseken kívül. Az ötvözött acél szándékosan több mint 1%-ot ad hozzá az ötvözőelemek specifikus tulajdonságainak eléréséhez. Ez a további ötvözettartalom jelentősen megdrágítja az ötvözött acélcsöveket, - jellemzően a szénacél költségének 2-5-szörösét – de lehetővé teszi a szolgáltatást olyan körülmények között, ahol a szénacél nem lenne megfelelő.

ASTM A335 szabvány áttekintése

Az ASTM A335 a varrat nélküli ferrites ötvözetű acélcsövek elsődleges szabványa a magas hőmérsékletű{1}}szolgáltatásokhoz. A szabvány a P5, P9, P11, P22, P91 és P92 osztályokra vonatkozik, amelyek mindegyike sajátos kémiai és tulajdonsági követelményekkel rendelkezik. Az ASME II. szakasz A. része az ASTM A335-re SA-335-ként hivatkozik, a megengedett feszültségértékek pedig a II. szakasz D. részében találhatók minden minőségnél. A kapcsolódó ASTM A213 szabvány ugyanazokat az ötvözeteket fedi le, de cső formájában (kisebb átmérőjű) kazán és hőcserélő alkalmazásokhoz. A "P" előtag az A335-ben a csövet, míg a "T" az A213-ban a csövet jelzi.

Gyengén ötvözött acélcsőminőségek

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

A P5 4,0-6,0% krómot és 0,45-0,65% molibdént tartalmaz, így kiválóan ellenáll a magas hőmérsékletű oxidációnak és szulfidációs korróziónak. A magas krómtartalom stabil védőoxidot képez, amely akár 650 fokos hőmérsékleten is ellenáll a lerakódásnak. A P5-öt általában olyan finomítói alkalmazásokban használják, mint például az FCC (Fluid Catalytic Cracking) egységek, kokszoló fűtőberendezések és más magas hőmérsékletű technológiai csővezetékek, ahol kéntartalmú környezet van jelen.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

A P9 0,90-1,10% molibdén mellett 8,0-10,0%-ra növeli a krómtartalmat. Ez a magasabb krómszint tovább javítja az oxidáció- és korrózióállóságot a P5-höz képest. A P9 a finomítói hidrogén-kéntelenítő egységekhez, a kénvisszanyerő üzemekhez és a magas hőmérsékletű szénhidrogén szolgáltatáshoz van megadva. 9%-os krómtartalma jobb ellenállást biztosít a leállások alatti politionsav feszültségkorróziós repedésekkel (PASCC) szemben.

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

A P11 a legszélesebb körben használt alacsony-ötvözött acél, 1,00-1,50% krómot és 0,44-0,65% molibdént tartalmaz. A szénacélhoz képest jobb magas hőmérsékleti szilárdságot kínál szerény költségfelár mellett. A P11-et erőművek meleg-utánmelegítő csöveiben, finomítói folyamatok közbenső hőmérsékletű csővezetékeiben és vegyipari üzemek magas hőmérsékletű vezetékeiben használják. Könnyen hegeszthető előmelegítéssel és PWHT-vel.

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

A P22 a petrolkémia és az energiaipar igáslója. 1,90-2,60% krómot és 0,87-1,13% molibdént tartalmaz, kiváló kúszási szilárdságot biztosít akár 593 fokos hőmérsékleten is. A P22-t széles körben használják az erőművek fő gőz- és forró utánmelegítő csöveiben, finomítói hidrokrakkoló egységekben és nagynyomású gőzrendszerekben. A szilárdság, a korrózióállóság és a mérsékelt költség kombinációja sok magas hőmérsékletű alkalmazás alapértelmezett választásává teszi, mielőtt a drágább 9Cr minőségekre váltana.

Erősen ötvözött acélcsövek - P91 és P92

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

A P91 egy módosított 9Cr{10}}1Mo acél vanádium (0,18-0,25%) és nióbium (0,06-0,10%) szabályozott hozzáadásával. Ezek az elemek finom csapadékot képeznek, amely drámaian javítja a kúszási szilárdságot. A P91 körülbelül háromszor akkora kúszási szakítószilárdságot kínál, mint a P22 600 fokos szögben, ami vékonyabb falakat és kisebb súlyt tesz lehetővé a magas hőmérsékletű csőrendszerekben. A P91 precíz hőkezelést igényel (1040-1080 fokos normalizálás, majd 730-780 fokos temperálás), hogy kialakítsa optimalizált temperált martenzit mikrostruktúráját.

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

A P92 a P91 továbbfejlesztése, ahol a volfrám (1,5-2,0%) részben helyettesíti a molibdént, hogy tovább javítsa a kúszási szilárdságot. A P92 körülbelül 15-20%-kal nagyobb kúszási szakítószilárdságot kínál, mint a P91 600 fokos szögben, így alkalmas az ultra-szuperkritikus erőművek legmagasabb-hőmérsékletű szakaszaira. A P92 hegesztése azonban nagyobb kihívást jelent, és a hőkezelési paraméterek szigorúbb ellenőrzését igényli. A P92 maximális üzemi hőmérséklete körülbelül 620 fok hosszú távú üzemelés esetén.

Ötvözött acélcső alkalmazások

Az olajfinomító és a petrolkémiai üzemek az ötvözött acélcsövek fő fogyasztói. Az FCC egységek P5-öt és P9-et használnak a reaktor- és regenerátorcsövekhez, ahol a magas hőmérsékletű kénkorrózió súlyos. A hidrokrakkoló egységek P22-t és P91-et használnak a 400-450 fokon és 150-200 bar nyomáson működő reaktorok kifolyócsövéhez. A kokszoló egységek P5-öt és P9-et használnak a fűtőcsövekhez és az 500 fok feletti átviteli vezetékekhez. Az ultra-szuperkritikus erőművek P91-et és P92-t használnak a 600-620 fokos és 250-300 bar nyomáson működő főgőzvezetékekhez. A részletes energiaipari alkalmazásokért lásd a miErőmű csővezető.

Ötvözött acélcső hőkezelése

Minden ötvözött acélcső hőkezelést igényel a meghatározott mechanikai tulajdonságok kialakításához. Az alacsony-ötvözetminőségeket (P5, P9, P11, P22) általában 900-980 fokon normalizálják, ezt követi a 650-750 fokos temperálás. A normalizálási lépés finomítja a szemcseszerkezetet, míg a temperálás biztosítja a szükséges keménységet és szívósságot. A P91 és P92 pontosabb szabályozást igényel: normalizálás 1040-1080 fokon (az Ac3 hőmérséklet felett a teljes ausztenitizáláshoz), majd a temperálás 730-780 fokon. A temperálás utáni hűtési sebesség szintén kritikus az újrakeményedés elkerülése érdekében. A PWHT (Post-Weld Heat Treatment) minden ötvözött acél csőhegesztésnél kötelező, jellemzően 680-760 fokban 1 órán át 25 mm vastagságonként. Lásd a miA hőkezelési folyamat útmutatója(51) a részletes paraméterekért.

Hegesztési szempontok ötvözött acéloknál

Az ötvözött acélcső hegesztése gondos figyelmet igényel az előmelegítésre, az áthaladási hőmérsékletre és a PWHT-re. A P11 150{10}}200 fokos előmelegítést igényel, míg a P22 200{11}}300 fokos előmelegítést igényel. A P91-es hegesztés különösen igényes: 200-250 fokos előmelegítés, szigorú áramlási hőmérséklet-szabályozás (max. 300 fok) és azonnali PWHT hegesztés után. Az alacsony-hidrogéntartalmú hegesztőelektródák használata és az elektródák megfelelő tárolása kritikus fontosságú minden ötvözött acél hegesztésénél, hogy megakadályozzuk a hidrogén{15}}kiváltotta hidegrepedést. A gyengén ötvözött és erősen ötvözött acélok közötti eltérő fémhegesztések gondos töltőfém-választást és olyan hegesztés utáni hőkezelési paramétereket igényelnek, amelyek mindkét anyaghoz illeszkednek.

Nemzetközi szabványok kereszt{0}}hivatkozása

Az ASTM A335 P11 egyenértékű az EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), a JIS G3458 STPA23 és a GB/T 5310 15CrMoG szabványokkal. A P22 egyenértékű az EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), a JIS G3458 STPA24 és a GB/T 5310 12Cr2MoG szabványokkal. A P91 megfelel az EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), a JIS G3458 STPA27 és a GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb szabványnak. Lásd a miCsőszabványok összehasonlításaa teljes kereszt{0}}hivatkozásokért.

Az ötvözött acélcső beszerzése

Ötvözött acélcső rendelésekor adja meg a következőket: szabvány és minőség (pl. ASTM A335 P91), méret és ütemezés (pl. 12" SCH 80), szállítási állapot (normalizált és temperált) és bármilyen speciális követelmény. Az ötvözött acélcsöveket komplett MTC-vel kell szállítani, amely tartalmazza a kémiai elemzést, a mechanikai tulajdonságokat és a hőkezelési részleteket. Gyártó ATMPipe A3-tól teljes P9-től P5-ig minden P9-es készlettel. kezelési és NDT-képességeket, és megszervezheti a harmadik fél általi ellenőrzést a minőségellenőrzés érdekében.