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

Šta je cijev od legiranog čelika? Po čemu se razlikuje od ugljeničnog čelika?

Cijev od legiranog čelika sadrži namjerne dodatke legirajućih elemenata - hroma, molibdena, nikla, vanadijuma i drugih - radi poboljšanja svojstava iznad onoga što ugljični čelik može pružiti. Ovi legirajući elementi transformišu mikrostrukturu materijala i karakteristike performansi. Krom (Cr) poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju formiranjem stabilnog sloja krom-oksida. Molibden (Mo) povećava vlačnu čvrstoću pri visokim-temperaturama i čvrstoću puzanja kroz ojačavanje čvrstim rastvorom. Vanadijum (V) i niobijum (Nb) poboljšavaju strukturu zrna i obezbeđuju ojačanje padavina. Kombinacija ovih elemenata stvara materijale koji održavaju snagu i otporni su na degradaciju na temperaturama gdje bi ugljični čelik brzo propao.

Osnovna razlika između legiranog čelika i ugljičnog čelika leži u ukupnom sadržaju legure. Ugljični čelik obično sadrži samo preostale količine (manje od 1,6% ukupno) elemenata osim ugljika, mangana, silicija i kontroliranih nečistoća. Legirani čelik namjerno dodaje više od 1% legirajućih elemenata kako bi se postigli specifični ciljevi svojstva. Ovaj dodatni sadržaj legure čini cijev od legiranog čelika znatno skupljom - obično 2-5 puta u odnosu na cijenu ugljičnog čelika - ali omogućava servis u uvjetima u kojima bi ugljični čelik bio neprikladan.

Pregled standarda ASTM A335

ASTM A335 je primarni standard koji pokriva bešavne feritne legirane čelične cijevi za rad na visokim{1}}temperaturama. Standard pokriva razrede P5, P9, P11, P22, P91 i P92, svaki sa specifičnim zahtjevima za hemiju i svojstva. ASTM A335 referencira ASME odjeljak II dio A kao SA-335, a dozvoljene vrijednosti naprezanja su date u odjeljku II, dio D za sve vrste. Vezani standard ASTM A213 pokriva iste legure, ali u obliku cijevi (manjih prečnika) za kotlove i izmjenjivače topline. Prefiks "P" u A335 označava cijev, dok "T" u A213 označava cijev.

Niskolegirani čelični razredi cijevi

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

P5 sadrži 4,0-6,0% hroma i 0,45-0,65% molibdena, pružajući odličnu otpornost na oksidaciju i sulfidacionu koroziju pri visokim{9}}ima. Visok sadržaj hroma formira stabilan zaštitni oksid koji je otporan na stvaranje kamenca na temperaturama do 650 stepeni. P5 se obično koristi u rafinerijskim aplikacijama kao što su FCC (Fluid Catalytic Cracking) jedinice, grijači koksara i drugi visokotemperaturni procesni cjevovodi gdje je prisutna okruženja koja sadrže sumpor.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

P9 povećava sadržaj hroma na 8,0-10,0% sa 0,90-1,10% molibdena. Ovaj viši nivo hroma dodatno poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju u poređenju sa P5. P9 je specificiran za rafinerijske jedinice za hidrodesulfurizaciju, postrojenja za obnavljanje sumpora i visokotemperaturne ugljovodonike. Njegov sadržaj hroma od 9% daje mu bolju otpornost na korozijsko pucanje politionske kiseline (PASCC) tokom isključivanja.

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

P11 je najčešće korišteni nisko{1}}legirani čelik sa 1,00-1,50% hroma i 0,44-0,65% molibdena. Nudi poboljšanu čvrstoću na visokim temperaturama u odnosu na ugljični čelik uz skromnu premiju troškova. P11 se koristi u cjevovodima za toplo ponovno zagrijavanje elektrana, cjevovodima procesa rafinerije na srednjim temperaturama i visokotemperaturnim vodovima kemijskih postrojenja. Lako je zavarljiv uz predgrijavanje i PWHT.

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

P22 je radni konj petrohemijske i energetske industrije. Sa 1,90-2,60% hroma i 0,87-1,13% molibdena, pruža odličnu snagu puzanja na temperaturama do 593 stepena. P22 se uveliko koristi u glavnim elektranama za paru i cevovode za toplo ponovno zagrevanje, rafinerijskim hidrokrekerskim jedinicama i sistemima pare visokog pritiska. Njegova kombinacija čvrstoće, otpornosti na koroziju i umjerene cijene čini ga standardnim izborom za mnoge primjene na visokim temperaturama prije prelaska na skuplje 9Cr razrede.

Cijevi od visoko legiranog čelika - P91 i P92

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

P91 je modificirani 9Cr-1Mo čelik sa kontroliranim dodacima vanadijuma (0,18-0,25%) i niobija (0,06-0,10%). Ovi elementi formiraju fine taloge koji dramatično poboljšavaju snagu puzanja. P91 nudi otprilike tri puta veću otpornost na pucanje od P22 na 600 stepeni, omogućavajući tanje zidove i smanjenu težinu u cevovodnim sistemima na visokim temperaturama. P91 zahteva preciznu termičku obradu (normalizacija na 1040-1080 stepeni praćena kaljenjem na 730-780 stepeni) da bi se razvila njegova optimizovana mikrostruktura kaljenog martenzita.

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

P92 je evolucija P91, gdje volfram (1,5-2,0%) djelimično zamjenjuje molibden kako bi se dodatno poboljšala snaga puzanja. P92 nudi otprilike 15-20% veću otpornost na kidanje puzanja od P91 na 600 stepeni, što ga čini pogodnim za najvišu{15}}temperaturnu sekciju ultra-superkritičnih elektrana. Međutim, P92 je izazovniji za zavarivanje i zahtijeva strožu kontrolu parametara toplinske obrade. Maksimalna radna temperatura za P92 je približno 620 stepeni za dugotrajnu upotrebu.

Primjena cijevi od legiranog čelika

Postrojenja za preradu nafte i petrohemije su glavni potrošači cijevi od legiranog čelika. FCC jedinice koriste P5 i P9 za cjevovode reaktora i regeneratora gdje je sumporna korozija na visokim{3}}temperaturi jaka. Jedinice za hidrokrekiranje koriste P22 i P91 za efluentne cjevovode reaktora koji rade na 400-450 stepeni i 150-200 bara. Jedinice za koksovanje koriste P5 i P9 za cijevi grijača i prijenosne vodove koji rade iznad 500 stepeni. Ultra-superkritične elektrane koriste P91 i P92 za glavne cijevi pare koje rade na 600-620 stepeni i 250-300 bara. Za detaljne primjene u elektroenergetskoj industriji, pogledajte našuVodič za cijevi za elektranu.

Toplinska obrada cijevi od legiranog čelika

Sve cijevi od legiranog čelika zahtijevaju termičku obradu da bi se razvila specificirana mehanička svojstva. Nisko-klase legure (P5, P9, P11, P22) se obično normalizuju na 900-980 stepeni nakon čega sledi kaljenje na 650-750 stepeni. Korak normalizacije rafinira strukturu zrna, dok kaljenje daje potrebnu tvrdoću i žilavost. P91 i P92 zahtevaju precizniju kontrolu: normalizacija na 1040-1080 stepeni (iznad temperature Ac3 da se potpuno austenitizuje), nakon čega sledi kaljenje na 730-780 stepeni. Brzina hlađenja nakon temperiranja je također kritična kako bi se izbjeglo ponovno stvrdnjavanje. PWHT (termička obrada nakon zavarivanja) je obavezan za sve zavarene cijevi od legiranog čelika, obično na 680-760 stepeni u trajanju od 1 sata na 25 mm debljine. Pogledajte našeVodič za proces termičke obrade(51) za detaljne parametre.

Razmatranja o zavarivanju legiranog čelika

Zavarivanje cijevi od legiranog čelika zahtijeva posebnu pažnju na predgrijavanje, međuprolaznu temperaturu i PWHT. P11 zahtijeva predgrijavanje od 150-200 stepeni, dok P22 zahtijeva 200-300 stepeni. Zavarivanje P91 je posebno zahtjevno: predgrijavanje od 200-250 stepeni, stroga međuprolazna kontrola temperature (max 300 stepeni), i neposredna PWHT nakon zavarivanja. Upotreba elektroda za zavarivanje sa malo{14}}vodonika i pravilno skladištenje elektroda je kritična za sva zavarivanja od legiranog čelika kako bi se spriječilo vodonik{15}}indukovano hladno pucanje. Zavareni spojevi različitih metala između niskolegiranih i visokolegiranih čelika zahtijevaju pažljiv odabir dodatnog metala i parametre toplinske obrade nakon zavarivanja koji zadovoljavaju oba materijala.

Unakrsna{0}}referenca međunarodnih standarda

ASTM A335 P11 je ekvivalentan EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 i GB/T 5310 15CrMoG. P22 je ekvivalentan 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 našePoređenje standarda za cijeviza potpune unakrsne-reference.

Kako nabaviti cijev od legiranog čelika

Prilikom naručivanja cijevi od legiranog čelika, navedite sljedeće: standard i razred (npr. ASTM A335 P91), veličinu i raspored (npr. 12" SCH 80), uslove isporuke (normalizirane i kaljene) i sve posebne zahtjeve. Cijev od legiranog čelika mora biti isporučena s kompletnim MTC-om koji pokazuje hemijsku analizu, mehanička svojstva i detalje o toplinskoj obradi. P92, sa potpunom termičkom obradom i NDT mogućnostima, i može organizirati inspekciju treće strane{13}}za provjeru kvaliteta.