Potpuni vodič za cijevi od legiranog čelika: ASTM A335 P5 do P92

Što je cijev od legiranog čelika? Kako se razlikuje od ugljičnog čelika?

Cijev od legiranog čelika sadrži namjerne dodatke legirajućih elemenata - kroma, molibdena, nikla, vanadija i drugih - kako bi se poboljšala svojstva izvan onih koje ugljični čelik može pružiti. Ovi legirajući elementi transformiraju mikrostrukturu materijala i karakteristike izvedbe. Krom (Cr) poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju stvaranjem stabilnog sloja krom oksida. Molibden (Mo) povećava vlačnu-temperaturu i čvrstoću puzanja kroz ojačavanje čvrste otopine. Vanadij (V) i niobij (Nb) pročišćavaju strukturu zrna i osiguravaju taložno ojačanje. Kombinacija ovih elemenata stvara materijale koji održavaju čvrstoću i otporni su na degradaciju na temperaturama na kojima bi ugljični čelik brzo pokvario.

Temeljna razlika između legiranog čelika i ugljičnog čelika leži u ukupnom sadržaju legure. Ugljični čelik obično sadrži samo zaostale količine (manje od 1,6% ukupno) elemenata osim ugljika, mangana, silicija i kontroliranih nečistoća. Legirani čelik namjerno dodaje više od 1% legirajućih elemenata za postizanje specifičnih ciljeva svojstava. Ovaj dodatni sadržaj legure čini cijev od legiranog čelika znatno skupljom - obično 2-5 puta skuplju od cijene ugljičnog čelika - ali omogućuje rad u uvjetima u kojima ugljični čelik ne bi bio prikladan.

Pregled standarda ASTM A335

ASTM A335 primarni je standard koji pokriva bešavne cijevi od feritne legure čelika za rad na visokim-temperaturama. Standard pokriva stupnjeve P5, P9, P11, P22, P91 i P92, svaki sa specifičnim zahtjevima za kemiju i svojstva. ASTM A335 se navodi u ASME Odjeljku II Dio A kao SA-335, a dopuštene vrijednosti naprezanja navedene su u Odjeljku II Dio D za sve stupnjeve. Povezani standard ASTM A213 pokriva iste legure, ali u obliku cijevi (manjeg promjera) za primjenu u kotlovima i izmjenjivačima topline. Prefiks "P" u A335 označava cijev, dok "T" u A213 označava cijev.

Vrste cijevi od niskolegiranog čelika

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

P5 sadrži 4,0-6,0% kroma i 0,45-0,65% molibdena, pružajući izvrsnu otpornost na visoko-temperaturnu oksidaciju i sulfidacijsku koroziju. Visok sadržaj kroma stvara stabilan zaštitni oksid koji je otporan na stvaranje kamenca na temperaturama do 650 stupnjeva. P5 se obično koristi u primjenama u rafinerijama kao što su FCC (Fluid Catalytic Cracking) jedinice, grijači za koksiranje i drugi visokotemperaturni procesni cjevovod gdje su prisutni okoliši koji sadrže sumpor.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

P9 povećava sadržaj kroma na 8,0-10,0% s 0,90-1,10% molibdena. Ova viša razina kroma dodatno poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju u usporedbi s P5. P9 je specificiran za rafinerijske jedinice za hidrodesulfurizaciju, postrojenja za obnavljanje sumpora i usluge ugljikovodika na visokim temperaturama. Sadržaj kroma od 9% daje bolju otpornost na korozijsko pucanje od politionske kiseline (PASCC) tijekom gašenja.

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

P11 je najrašireniji nisko-legirani čelik s 1,00-1,50% kroma i 0,44-0,65% molibdena. Nudi poboljšanu čvrstoću na visokim temperaturama u usporedbi s ugljičnim čelikom uz skromnu skuplju cijenu. P11 se koristi u cjevovodima za toplo ponovno zagrijavanje elektrana, cjevovodima za rafinerijski proces na srednjim temperaturama i visokotemperaturnim vodovima kemijskih postrojenja. Lako je zavarljiv s predgrijavanjem i PWHT.

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

P22 je radni konj petrokemijske i energetske industrije. S 1,90-2,60% kroma i 0,87-1,13% molibdena, pruža izvrsnu otpornost na puzanje na temperaturama do 593 stupnja. P22 se intenzivno koristi u glavnim cjevovodima za paru i toplo ponovno zagrijavanje elektrana, rafinerijskim hidrokrekerskim jedinicama i visokotlačnim parnim sustavima. Njegova kombinacija čvrstoće, otpornosti na koroziju i umjerene cijene čini ga standardnim izborom za mnoge visokotemperaturne primjene prije prelaska na skuplje stupnjeve 9Cr.

Cijevi od visokolegiranog čelika vrste - P91 i P92

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

P91 je modificirani 9Cr-1Mo čelik s kontroliranim dodacima vanadija (0,18-0,25%) i niobija (0,06-0,10%). Ovi elementi stvaraju fine taloge koji dramatično poboljšavaju otpornost na puzanje. P91 nudi približno tri puta veću otpornost na pucanje puzanjem od P22 na 600 stupnjeva, omogućavajući tanje stijenke i smanjenu težinu u sustavima cjevovoda pri visokim temperaturama. P91 zahtijeva preciznu toplinsku obradu (normaliziranje na 1040-1080 stupnjeva nakon čega slijedi kaljenje na 730-780 stupnjeva) kako bi se razvila njegova optimizirana mikrostruktura kaljenog martenzita.

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

P92 je evolucija P91, gdje volfram (1,5-2,0%) djelomično zamjenjuje molibden za daljnje poboljšanje otpornosti na puzanje. P92 nudi približno 15-20% veću otpornost na pucanje puzanjem od P91 na 600 stupnjeva, što ga čini prikladnim za najviše-temperaturne dijelove ultra-superkritičnih elektrana. Međutim, P92 je zahtjevniji za zavarivanje i zahtijeva strožu kontrolu parametara toplinske obrade. Maksimalna radna temperatura za P92 je približno 620 stupnjeva za dugotrajnu upotrebu.

Primjena cijevi od legiranog čelika

Postrojenja za rafiniranje nafte i petrokemija glavni su potrošači cijevi od legiranog čelika. FCC jedinice koriste P5 i P9 za cjevovode reaktora i regeneratora gdje je visoko{3}}korozija sumpora ozbiljna. Jedinice za hidrokrekiranje koriste P22 i P91 za cjevovod za efluent reaktora koji rade na 400-450 stupnjeva i 150-200 bara. Jedinice za koksiranje koriste P5 i P9 za cijevi grijača i prijenosne linije koje rade na temperaturama iznad 500 stupnjeva. Ultra-superkritične elektrane koriste P91 i P92 za glavne parne cijevi koje rade na 600-620 stupnjeva i 250-300 bara. Za detaljne primjene u energetskoj industriji pogledajte našVodič za cijevi elektrane.

Toplinska obrada cijevi od legiranog čelika

Sve cijevi od legiranog čelika zahtijevaju toplinsku obradu kako bi se razvila navedena mehanička svojstva. Klase niskih-legura (P5, P9, P11, P22) obično se normaliziraju na 900-980 stupnjeva nakon čega slijedi kaljenje na 650-750 stupnjeva. Korak normalizacije pročišćava strukturu zrna, dok kaljenje osigurava potrebnu tvrdoću i žilavost. P91 i P92 zahtijevaju precizniju kontrolu: normalizirati na 1040-1080 stupnjeva (iznad temperature Ac3 za potpunu austenitizaciju), nakon čega slijedi kaljenje na 730-780 stupnjeva. Brzina hlađenja nakon kaljenja također je kritična kako bi se izbjeglo ponovno stvrdnjavanje. PWHT (toplinska obrada nakon zavarivanja) obavezna je za sve zavare cijevi od legiranog čelika, obično na 680-760 stupnjeva tijekom 1 sata po 25 mm debljine. Pogledajte našeVodič za proces toplinske obrade(51) za detaljne parametre.

Razmatranja zavarivanja legiranog čelika

Zavarivanje cijevi od legiranog čelika zahtijeva posebnu pozornost na predgrijavanje, međuprolaznu temperaturu i PWHT. P11 zahtijeva prethodno zagrijavanje od 150-200 stupnjeva, dok P22 zahtijeva 200-300 stupnjeva. P91 zavarivanje je posebno zahtjevno: predgrijavanje od 200-250 stupnjeva, stroga kontrola međuprolazne temperature (maksimalno 300 stupnjeva) i PWHT odmah nakon zavarivanja. Upotreba elektroda za zavarivanje s-vodikom i pravilno skladištenje elektroda ključni su za zavarivanje svih legiranih čelika kako bi se spriječilo hladno-pukotine izazvane vodikom. Različiti metalni zavari između niskolegiranih i visokolegiranih čelika zahtijevaju pažljiv odabir dodatnog materijala i parametre toplinske obrade nakon zavarivanja koji se prilagođavaju oba materijala.

Unakr-referenca međunarodnih standarda

ASTM A335 P11 ekvivalentan je EN 10216-2 13CrMo4-5 (1,7335), JIS G3458 STPA23 i GB/T 5310 15CrMoG. P22 je ekvivalent EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 i GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 je ekvivalentan EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 i GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Pogledajte našeUsporedba standarda cijeviza potpune-unakrsne reference.

Kako nabaviti cijevi od legiranog čelika

Prilikom naručivanja cijevi od legiranog čelika navedite sljedeće: standard i stupanj (npr. ASTM A335 P91), veličinu i raspored (npr. 12" SCH 80), stanje isporuke (normalizirano i poboljšano) i sve posebne zahtjeve. Cijev od legiranog čelika mora se isporučiti s potpunim MTC-om koji pokazuje kemijsku analizu, mehanička svojstva i pojedinosti o toplinskoj obradi. ManufacturerPipe isporučuje sve razrede ASTM A335 od P5 do P92, s potpunom toplinskom obradom i mogućnostima NDT-a, i može organizirati inspekciju treće-strane za provjeru kvalitete.