Šta je cev od legiranog čelika? Kako se razlikuje od ugljeničnog čelika?

Cev od legiranog čelika sadrži namerne dodatke legirajućih elemenata - hroma, molibdena, nikla, vanadijuma i drugih - kako bi se poboljšala svojstva izvan onoga što ugljenični čelik može pružiti. Ovi legirajući elementi transformišu mikrostrukturu materijala i njegove performanse. Hrom (Cr) poboljšava otpornost na oksidaciju i koroziju formiranjem stabilnog sloja hrom-oksida. Molibden (Mo) povećava zateznu čvrstoću na visokim temperaturama i otpornost na puzanje kroz ojačanje čvrstog rastvora. Vanadijum (V) i niobijum (Nb) rafinišu strukturu zrna i obezbeđuju precipitaciono ojačanje. Kombinacija ovih elemenata stvara materijale koji zadržavaju čvrstoću i otpornost na degradaciju na temperaturama gde bi ugljenični čelik brzo otkazao.

Fundamentalna razlika između legiranog i ugljeničnog čelika leži u ukupnom sadržaju legirajućih elemenata. Ugljenični čelik tipično sadrži samo zaostale količine (manje od 1,6% ukupno) elemenata osim ugljenika, mangana, silicijuma i kontrolisanih nečistoća. Legirani čelik namerno dodaje više od 1% legirajućih elemenata da bi postigao specifične ciljeve svojstava. Ovaj dodatni sadržaj legure čini cev od legiranog čelika znatno skupljom - obično 2-5x cene ugljeničnog čelika - ali omogućava upotrebu u uslovima gde bi ugljenični čelik bio neprikladan.

Pregled standarda ASTM A335

ASTM A335 je primarni standard koji pokriva bešavne cevi od feritnog legiranog čelika za upotrebu na visokim temperaturama. Standard pokriva klase P5, P9, P11, P22, P91 i P92, svaka sa specifičnim zahtevima za hemijski sastav i svojstva. ASTM A335 se pominje u ASME Section II Part A kao SA-335, a dozvoljeni naponi su dati u Section II Part D za sve klase. Povezani standard ASTM A213 pokriva iste legure ali u obliku cevi (manjih prečnika) za kotlove i izmenjivače toplote. Prefiks "P" u A335 označava cev, dok "T" u A213 označava cev (tube).

Klasе cevi od niskolegiranog čelika

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 na visokim temperaturama i sulfidacionu koroziju. Visok sadržaj hroma formira stabilan zaštitni oksid koji se odupire stvaranju kamenca na temperaturama do 650°C. P5 se često koristi u rafinerijskim aplikacijama kao što su FCC (Fluid Katalitičko Krekovanje) jedinice, grejači koksara i drugi visokotemperaturni procesni cevovodi gde su prisutna okruženja sa sumporom.

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 se specificira za rafinerijske hidrodesulfurizacione jedinice, postrojenja za obnovu sumpora i visokotemperaturnu obradu ugljovodonika. Sadržaj hroma od 9% daje mu bolju otpornost na stres koroziono pucanje od politionske kiseline (PASCC) tokom zastoja.

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

P11 je najčešće korišćena klasa niskolegiranog čelika sa 1,00-1,50% hroma i 0,44-0,65% molibdena. Nudi poboljšanu čvrstoću na visokim temperaturama u odnosu na ugljenični čelik uz umerenu premiju na cenu. P11 se koristi u cevovodima za vrelu reheat paru u elektranama, rafinerijskim procesnim cevovodima na srednjim temperaturama i hemijskim postrojenjima na visokotemperaturnim linijama. Lako se zavaruje uz prethodno zagrevanje 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 čvrstoću puzanja na temperaturama do 593°C. P22 se široko koristi u glavnim parnim i vrelim reheat cevovodima u elektranama, rafinerijskim hidrokreking jedinicama i visokopritisnim parnim sistemima. Njegova kombinacija čvrstoće, otpornosti na koroziju i umerene cene čini ga podrazumevanim izborom za mnoge visokotemperaturne primene pre prelaska na skuplje klase sa 9% hroma.

Klasе cevi od visokolegiranog čelika - P91 i P92

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

P91 je modifikovani 9Cr-1Mo čelik sa kontrolisanim dodacima vanadijuma (0,18-0,25%) i niobijuma (0,06-0,10%). Ovi elementi formiraju fine precipitate koji dramatično poboljšavaju čvrstoću puzanja. P91 nudi približno tri puta veću čvrstoću na prekid puzanjem od P22 na 600°C, omogućavajući tanje zidove i smanjenu težinu u visokotemperaturnim cevovodnim sistemima. P91 zahteva preciznu termičku obradu (normalizacija na 1040-1080°C praćena otpuštanjem na 730-780°C) kako bi se razvila optimalna mikrostruktura otpuštenog martenzita.

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

P92 je evolucija P91, gde volfram (1,5-2,0%) delimično zamenjuje molibden kako bi se dodatno poboljšala čvrstoća puzanja. P92 nudi približno 15-20% veću čvrstoću na prekid puzanjem od P91 na 600°C, što ga čini pogodnim za najvisokotemperaturne sekcije ultra-superkritičnih elektrana. Međutim, P92 je zahtevniji za zavarivanje i zahteva strožiju kontrolu parametara termičke obrade. Maksimalna radna temperatura za P92 je približno 620°C za dugotrajnu upotrebu.

Primene cevi od legiranog čelika

Rafinerije nafte i petrohemijska postrojenja su glavni potrošači cevi od legiranog čelika. FCC jedinice koriste P5 i P9 za reaktorske i regeneratorske cevovode gde je korozija sumpora na visokim temperaturama ozbiljna. Hidrokreking jedinice koriste P22 i P91 za cevovode reaktorskog efluenta koji rade na 400-450°C i 150-200 bar. Jedinice za koksovanje koriste P5 i P9 za cevi grejača i transferne linije koje rade iznad 500°C. Ultra-superkritične elektrane koriste P91 i P92 za glavne parne cevovode koji rade na 600-620°C i 250-300 bar. Za detaljne primene u energetskoj industriji, pogledajte naš Vodič za cevi u elektranama.

Termička obrada cevi od legiranog čelika

Sve cevi od legiranog čelika zahtevaju termičku obradu kako bi se razvila specificirana mehanička svojstva. Niskolegirane klase (P5, P9, P11, P22) se tipično normalizuju na 900-980°C praćeno otpuštanjem na 650-750°C. Korak normalizacije rafiniše strukturu zrna, dok otpuštanje obezbeđuje potrebnu tvrdoću i žilavost. P91 i P92 zahtevaju precizniju kontrolu: normalizacija na 1040-1080°C (iznad Ac3 temperature za potpunu austenitizaciju), praćena otpuštanjem na 730-780°C. Brzina hlađenja nakon otpuštanja je takođe kritična kako bi se izbeglo ponovno očvršćavanje. PWHT (Post-Zavarena Termička Obrada) je obavezan za sve zavare na cevima od legiranog čelika, tipično na 680-760°C tokom 1 sata po 25 mm debljine. Pogledajte naš Vodič za proces termičke obrade(51) za detaljne parametre.

Razmatranja pri zavarivanju legiranog čelika

Zavarivanje cevi od legiranog čelika zahteva pažljivu pažnju na prethodno zagrevanje, međuprolaznu temperaturu i PWHT. P11 zahteva prethodno zagrevanje od 150-200°C, dok P22 zahteva 200-300°C. Zavarivanje P91 je posebno zahtevno: prethodno zagrevanje od 200-250°C, stroga kontrola međuprolazne temperature (maks. 300°C) i odmah PWHT nakon zavarivanja. Upotreba niskovodonikovih elektroda za zavarivanje i pravilno skladištenje elektroda je ključno za sve zavare od legiranog čelika kako bi se sprečilo hladno pucanje izazvano vodonikom. Zavari različitih metala između niskolegiranih i visokolegiranih čelika zahtevaju pažljiv izbor dodatnog metala i parametre post-zavarene termičke obrade koji odgovaraju oba materijala.

Unakrsna 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 naš Poređenje standarda za cevi za potpune unakrsne reference.

Kako nabaviti cev od legiranog čelika

Prilikom naručivanja cevi od legiranog čelika, navedite sledeće: standard i klasu (npr., ASTM A335 P91), veličinu i Schedule (npr., 12" SCH 80), isporučno stanje (normalizovano i otpušteno) i sve posebne zahteve. Cev od legiranog čelika mora biti isporučena sa kompletnim MTC koji pokazuje hemijsku analizu, mehanička svojstva i detalje termičke obrade. ManufacturerPipe isporučuje sve ASTM A335 klase od P5 do P92, sa punim mogućnostima termičke obrade i NDT, i može organizovati inspekciju treće strane radi provere kvaliteta.