Пълно ръководство за тръби от легирана стомана: ASTM A335 P5 до P92

Какво е тръба от легирана стомана? Как се различава от въглеродната стомана?

Тръбата от легирана стомана съдържа целенасочени добавки на легиращи елементи - хром, молибден, никел, ванадий и други - за подобряване на свойствата отвъд това, което въглеродната стомана може да осигури. Тези легиращи елементи трансформират микроструктурата и експлоатационните характеристики на материала. Хромът (Cr) подобрява устойчивостта на окисляване и корозия чрез образуване на стабилен слой от хромен оксид. Молибденът (Mo) повишава съпротивлението на опън и пълзене при висока-температура чрез укрепване на твърдия разтвор. Ванадий (V) и ниобий (Nb) пречистват структурата на зърната и осигуряват укрепване на утаяването. Комбинацията от тези елементи създава материали, които поддържат здравина и са устойчиви на разграждане при температури, при които въглеродната стомана бързо би се повредила.

Основната разлика между легирана стомана и въглеродна стомана е в общото съдържание на сплав. Въглеродната стомана обикновено съдържа само остатъчни количества (по-малко от 1,6% общо) елементи извън въглерод, манган, силиций и контролирани примеси. Легираната стомана умишлено добавя повече от 1% легиращи елементи за постигане на специфични цели за свойства. Това допълнително съдържание на сплав прави тръбата от легирана стомана значително по-скъпа - обикновено 2-5 пъти цената на въглеродната стомана - но позволява обслужване в условия, при които въглеродната стомана би била неподходяща.

Преглед на стандарта ASTM A335

ASTM A335 е основният стандарт, покриващ безшевни тръби от феритна легирана стомана за високо-температурно обслужване. Стандартът обхваща класове P5, P9, P11, P22, P91 и P92, всеки със специфични изисквания за химия и свойства. ASTM A335 е посочен от ASME Раздел II Част A като SA-335, а допустимите стойности на напрежението са предоставени в Раздел II Част D за всички степени. Свързаният стандарт ASTM A213 обхваща същите сплави, но под формата на тръби (по-малки диаметри) за приложения в котли и топлообменници. Префиксът "P" в A335 показва тръба, докато "T" в A213 показва тръба.

Класове тръби от нисколегирана стомана

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

P5 съдържа 4,0-6,0% хром и 0,45-0,65% молибден, осигурявайки отлична устойчивост на високо-температурно окисление и сулфидационна корозия. Високото съдържание на хром образува стабилен защитен оксид, който е устойчив на котлен камък при температури до 650 градуса. P5 обикновено се използва в рафинерийни приложения като FCC (Fluid Catalytic Cracking) агрегати, коксови нагреватели и други високотемпературни тръбопроводи, където има среда, съдържаща сяра.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

P9 повишава съдържанието на хром до 8,0-10,0% с 0,90-1,10% молибден. Това по-високо ниво на хром допълнително подобрява устойчивостта на окисляване и корозия в сравнение с P5. P9 е определен за рафинерийни хидродесулфуриращи инсталации, инсталации за възстановяване на сяра и високотемпературни въглеводородни услуги. Неговото 9% съдържание на хром му дава по-добра устойчивост срещу корозионно напукване под напрежение на политионовата киселина (PASCC) по време на спиране.

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

P11 е най-широко използваният клас ниско-легирана стомана с 1,00-1,50% хром и 0,44-0,65% молибден. Той предлага подобрена якост при висока температура в сравнение с въглеродната стомана при умерена цена. P11 се използва в тръбопроводи за горещо повторно нагряване на електроцентрали, тръбопроводи за рафинерия при междинни температури и високотемпературни линии на химически заводи. Той е лесно заваряем с предварително нагряване и PWHT.

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

P22 е работният кон на нефтохимическата и енергийната промишленост. С 1,90-2,60% хром и 0,87-1,13% молибден, той осигурява отлична якост на пълзене при температури до 593 градуса. P22 се използва широко в тръбопроводи за основна пара и горещо повторно нагряване на електроцентрали, рафинерийни хидрокрекинг инсталации и парни системи с високо налягане. Неговата комбинация от здравина, устойчивост на корозия и умерена цена го прави изборът по подразбиране за много високотемпературни приложения, преди да премине към по-скъпите класове 9Cr.

Класове тръби от високолегирана стомана - P91 и P92

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

P91 е модифицирана 9Cr-1Mo стомана с контролирани добавки на ванадий (0,18-0,25%) и ниобий (0,06-0,10%). Тези елементи образуват фини утайки, които драматично подобряват якостта на пълзене. P91 предлага приблизително три пъти по-голяма якост на разкъсване при пълзене от P22 при 600 градуса, което позволява по-тънки стени и намалено тегло в тръбопроводни системи при висока температура. P91 изисква прецизна топлинна обработка (нормализиране при 1040-1080 градуса, последвано от темпериране при 730-780 градуса), за да се развие неговата оптимизирана темперирана мартензитна микроструктура.

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

P92 е еволюция на P91, където волфрамът (1,5-2,0%) частично замества молибдена за допълнително подобряване на якостта на пълзене. P92 предлага приблизително 15-20% по-висока якост на разрушаване при пълзене от P91 при 600 градуса, което го прави подходящ за секции с най-висока-температура на ултра-суперкритични електроцентрали. Въпреки това, P92 е по-трудно за заваряване и изисква по-строг контрол на параметрите на топлинна обработка. Максималната работна температура за P92 е приблизително 620 градуса за дългосрочно обслужване.

Приложения за тръби от легирана стомана

Нефтопреработвателните и нефтохимическите предприятия са основни потребители на тръби от легирана стомана. Устройствата на FCC използват P5 и P9 за тръбопроводи на реактори и регенератори, където корозията на сяра при високи- температури е сериозна. Инсталациите за хидрокрекинг използват P22 и P91 за тръбопроводи за отпадъчни води от реактор, работещи при 400-450 градуса и 150-200 бара. Коксовите агрегати използват P5 и P9 за нагревателни тръби и трансферни линии, работещи над 500 градуса. Свръхсуперкритичните електроцентрали използват P91 и P92 за главни тръбопроводи за пара, работещи при 600-620 градуса и 250-300 бара. За подробни приложения в енергетиката вижте нашияРъководство за тръби за електроцентрали.

Термична обработка на тръба от легирана стомана

Всички тръби от легирана стомана изискват термична обработка, за да развият определените механични свойства. Класовете на ниските-сплави (P5, P9, P11, P22) обикновено се нормализират при 900-980 градуса, последвано от темпериране при 650-750 градуса. Етапът на нормализиране усъвършенства структурата на зърната, докато темперирането осигурява необходимата твърдост и издръжливост. P91 и P92 изискват по-прецизен контрол: нормализиране при 1040-1080 градуса (над температурата Ac3 за пълно аустенизиране), последвано от темпериране при 730-780 градуса. Скоростта на охлаждане след темпериране също е критична, за да се избегне повторно втвърдяване. PWHT (термична обработка след заваряване) е задължителна за всички заварки на тръби от легирана стомана, обикновено при 680-760 градуса за 1 час на 25 mm дебелина. Вижте нашитеРъководство за процеса на топлинна обработка(51) за подробни параметри.

Съображения за заваряване на легирана стомана

Заваряването на тръби от легирана стомана изисква специално внимание на предварителното загряване, температурата между преминаването и PWHT. P11 изисква предварително загряване от 150-200 градуса, докато P22 изисква 200-300 градуса. Заваряването на P91 е особено взискателно: предварително загряване от 200-250 градуса, строг контрол на температурата между проходите (макс. 300 градуса) и незабавна PWHT след заваряване. Използването на заваръчни електроди с ниско{14}}водород и правилното съхранение на електродите е от решаващо значение за заваряването на всички легирани стомани, за да се предотврати студено-напукване, предизвикано от водород. Различните метални заварки между нисколегирани и високолегирани стомани изискват внимателен подбор на добавъчен метал и параметри на топлинна обработка след заваряване, които се адаптират и към двата материала.

Препратки към международни стандарти-

ASTM A335 P11 е еквивалентен на EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 и GB/T 5310 15CrMoG. P22 е еквивалентен на EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 и GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 е еквивалентен на EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 и GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Вижте нашитеСравнение на стандартите за тръбиза пълни препратки-.

Как да получите тръба от легирана стомана

Когато поръчвате тръба от легирана стомана, предоставете следното: стандарт и клас (напр. ASTM A335 P91), размер и график (напр. 12" SCH 80), състояние на доставка (нормализирана и темперирана) и всякакви специални изисквания. Тръбата от легирана стомана трябва да бъде доставена с пълен MTC, показващ химически анализ, механични свойства и подробности за топлинна обработка. ManufacturerPipe доставя всички степени ASTM A335 от P5 до P92, с пълна термична обработка и NDT възможности, и може да организира инспекция-от трета страна за проверка на качеството.