ASTM A335 ASME SA335 P92 бесшовная труба

Эволюция микроструктуры стали P92 при различных изотермических температурах

/в /от

Эволюция микроструктуры стали P92 при различных изотермических температурах

сталь Р92 в основном используется в сверхсверхкритических котлах, трубопроводах сверхвысокого давления и другом высокотемпературном и высоконапорном оборудовании. Сталь P92 находится в химическом составе стали P91 на основе добавления микроэлементов W и B, снижает содержание Mo, через границы зерен упрочненных и дисперсионно упрочненных различными способами, чтобы улучшить комплексные характеристики стали P92, сталь P92, чем сталь P91, имеет лучшую стойкость к окислению и коррозионную стойкость. Процесс горячей обработки имеет важное значение для производства стальных труб P92. Технология термической обработки может устранить внутренние дефекты, возникающие в процессе производства, и сделать характеристики стали соответствующими требованиям условий труда. Тип и состояние организации в процессе горячей обработки являются ключевыми факторами, влияющими на характеристики для соответствия стандарту. Таким образом, в данной статье анализируется организация стальной трубы Р92 при различных изотермических температурах с целью выявления эволюции организации стальной трубы Р92 при различных температурах, что не только обеспечивает информационную поддержку для анализа организации и контроля производительности фактического процесса горячей обработки, но и закладывает экспериментальную основу для разработки процесса горячей обработки.

1. Материалы и методы испытаний

1.1 Тестовый материал

Испытуемая сталь представляет собой трубу из стали P92 в рабочем состоянии (закалка 1060 ℃ + отпуск 760 ℃), ее химический состав показан в Таблице 1. Цилиндрический образец размером ϕ4 мм × 10 мм был вырезан в средней части готовой трубы в определенном месте вдоль направления длины, и для изучения трансформации ткани при различных температурах использовался измеритель расширения при закалке.

Таблица 1 Основной химический состав стали Р92 по массовой доле (%)

Элемент С Си Мин. Кр Ни Мо В Ал Б Нб Вт Фе
% 0.13 0.2 0.42 8.67 0.25 0.48 0.19 0.008 0.002 0.05 1.51 Баланс

1.2 Процесс тестирования

Используя измеритель теплового расширения L78, нагревание до 1050 ℃ со скоростью 0,05 ℃/с, изоляция в течение 15 мин, охлаждение до комнатной температуры со скоростью 200 ℃/с. Измерьте критическую точку фазового перехода материала Ac1, которая составляет 792,4 ℃, Ac3 — 879,8 ℃, Ms — 372,3 ℃. Образцы нагревали до 1050 °C со скоростью 10 °C/с и выдерживали в течение 15 мин, а затем охлаждали до разных температур (770, 740, 710, 680, 650, 620, 520, 430, 400, 370, 340, 310, 280, 250, 190 и 160 °C) со скоростью 150 °C/с и выдерживали в течение разных периодов времени (620 °C и ниже в течение 1 ч, 620 °C и выше в течение 25 ч). 620 ℃ и выше выдерживали 25 ч), изотермический конец питания отключали, чтобы образец охлаждался на воздухе до комнатной температуры.1.3 Методы испытаний

После шлифовки и полировки поверхности образцов различными способами поверхность образцов подвергалась коррозии с использованием царской водки. Для наблюдения и анализа структуры использовались микроскоп AXIOVERT 25 Zeiss и сканирующий электронный микроскоп QWANTA 450; с помощью твердомера Виккерса HVS-50 (нагрузка 1 кг) проводились измерения твердости в нескольких местах на поверхности каждого образца, а среднее значение принималось за значение твердости образца.

2. Результаты испытаний и анализ

2.1 Организация и анализ различных изотермических температур

На рисунке 1 показана микроструктура стали P92 после полной аустенитизации при 1050 °C в течение разного времени при разных температурах. На рисунке 1(a) показана микроструктура стали P92 после изотермизации при 190 ℃ в течение 1 часа. Из рисунка 1(a2) видно, что ее организация при комнатной температуре представляет собой мартенсит (M). Из рисунка 1(a3) видно, что мартенсит демонстрирует реечные характеристики. Поскольку точка Ms стали составляет около 372 °C, фазовое превращение мартенсита происходит при изотермических температурах ниже точки Ms, образуя мартенсит, а содержание углерода в стали P92 относится к диапазону низкоуглеродистых составов; реечная морфология характеризует мартенсит.

На рисунке 1(а) показана микроструктура стали Р92 после 1 ч изотермической обработки при 190°С.

На рисунке 1(а) показана микроструктура стали Р92 после 1 ч изотермической обработки при 190°С.

Рисунок 1(b) для микроструктуры стали P92 при 430 ℃ изотерма 1 ч. При повышении изотермической температуры до 430 °C сталь P92 достигает зоны бейнитного превращения. Поскольку сталь содержит элементы Mo, B и W, эти элементы оказывают незначительное влияние на бейнитное превращение, задерживая перлитное превращение. Поэтому сталь P92 при 430 ℃ изоляция 1 ч, организация определенного количества бейнита. Затем оставшийся переохлажденный аустенит преобразуется в мартенсит при охлаждении на воздухе.

Рисунок 1(б) для микроструктуры стали Р92 при 430 ℃ изотермически 1 ч

Рисунок 1(б) для микроструктуры стали Р92 при 430 ℃ изотермически 1 ч

Рисунок 1(c) показывает микроструктуру стали P92 при 520 ℃ изотермически 1 ч. Когда изотермическая температура 520 ℃, легирующие элементы Cr, Mo, Mn и т. д., так что перлитное превращение ингибируется, начало точки превращения бейнита (точка Bs) снижается, поэтому в определенном диапазоне температур в зоне стабилизации появится переохлажденный аустенит. Рисунок 1(c) можно увидеть в изоляции 520 ℃ через 1 ч после того, как переохлажденный аустенит не произошел после превращения, с последующим воздушным охлаждением для образования мартенсита; конечная организация при комнатной температуре - мартенсит.

На рисунке 1(c) показана микроструктура стали P92 при 520 ℃ изотермически в течение 1 ч.

На рисунке 1(c) показана микроструктура стали P92 при 520 ℃ изотермически в течение 1 ч.

Рисунок 1 (d) для стали P92 при 650 ℃ изотермическая 25 ч микроструктура для мартенсита + перлита. Как показано на рисунке 1 (d3), перлит показывает прерывистые пластинчатые характеристики, а карбид на поверхности показывает выделение короткого стержня. Это связано с легирующими элементами стали P92 Cr, Mo, V и т. д. для улучшения стабильности переохлажденного аустенита в то же время, так что морфология перлита стали P92 изменяется, то есть карбид в перлитном теле карбида для короткого стержня, это перлитное тело известно как перлит класса. В то же время в организации было обнаружено много мелких частиц второй фазы.

Рисунок 1 (d) для стали P92 при 650 ℃ изотермическая 25 ч микроструктура мартенсит + перлит

Рисунок 1 (d) для стали P92 при 650 ℃ изотермическая 25 ч микроструктура мартенсит + перлит

Рисунок 1(e) показывает микроструктуру стали P92 при 740 ℃ изотермически 25 ч. При 740 °C изотермически сначала будет эвтектическое массивное выделение феррита, а затем эвтектический распад аустенита, что приведет к перлитоподобной организации. По сравнению с 650 °C изотермически (см. рис. 1(d3)), перлитная организация становится грубее по мере повышения изотермической температуры, и двухфазный характер перлита, т. е. феррит и карбурит в форме короткого стержня, четко виден.

На рисунке 1(e) показана микроструктура стали P92 при 740 ℃ изотермически в течение 25 ч.

На рисунке 1(e) показана микроструктура стали P92 при 740 ℃ изотермически в течение 25 ч.

Рис. 1(f) показывает микроструктуру стали P92 при изотермической температуре 770°C в течение 25 часов. При изотермической температуре 770°C с увеличением изотермического времени сначала происходит выделение феррита, а затем переохлажденный аустенит подвергается эвтектическому распаду с образованием феррит + перлитной организации. С увеличением изотермической температуры содержание первого эвтектического феррита увеличивается, а содержание перлита уменьшается. Из-за легирующих элементов стали P92, легирующие элементы растворяются в аустените, чтобы увеличить прокаливаемость аустенита, трудность эвтектического распада становится более обширной, поэтому должно быть достаточно длительное изотермическое время, чтобы осуществить его эвтектический распад, образование перлитной организации.

На рис. 1(е) показана микроструктура стали Р92 при изотермической температуре 770°С в течение 25 ч.

На рис. 1(е) показана микроструктура стали Р92 при изотермической температуре 770°С в течение 25 ч.

Анализ энергетического спектра был выполнен на тканях с различной морфологией на рис. 1(f2) для дальнейшей идентификации типа ткани, как показано в таблице 2. Из таблицы 2 можно увидеть, что содержание углерода в белых частицах выше, чем в других организациях, а легирующих элементов Cr, Mo и V больше, анализируя эту частицу на предмет частиц композитного карбида, осажденных в процессе охлаждения; сравнительно говоря, содержание углерода в прерывистой пластинчатой организации является вторым по величине, а содержание углерода в массивной организации является наименьшим. Поскольку перлит представляет собой двухфазную организацию из науглероживания и феррита, среднее содержание углерода выше, чем у феррита; в сочетании с изотермическим температурным и морфологическим анализом дополнительно определено, что пластинчатая организация является перлитоподобной, а массивная организация является первым эвтектическим ферритом.

Спектральный анализ стали P92, изотермически обработанной при 770 °C в течение 25 часов, записанный в табличном формате с атомными долями (%)

Структура С Нб Мо Ти В Кр Мин. Фе Вт
Белые гранулы 11.07 0.04 0.94 0.02 2.16 8.36 2.64 54.77 2.84
Блочная структура 9.31 0.04 0.95 0.2 0.32 8.42 0.74 85.51 10.21
Многослойная структура 5.1 0 0.09 0.1 0.33 7.3 0.35 85.65 0.69

2.2 Микротвердость и анализ

Вообще говоря, в процессе охлаждения легированных сталей, содержащих такие элементы, как W и Mo, в переохлажденном аустените происходят три вида организационных превращений: мартенситное превращение в низкотемпературной зоне, бейнитное превращение в среднетемпературной зоне и перлитное превращение в высокотемпературной зоне. Различные организационные эволюции приводят к разным твердостям. На рисунке 2 показано изменение кривой твердости стали P92 при различных изотермических температурах. Из рисунка 2 видно, что с повышением изотермической температуры твердость сначала показывает тенденцию к снижению, затем к повышению и, наконец, к снижению. Когда изотермическая температура составляет 160 ~ 370 ℃, происходит мартенситное превращение, твердость по Виккерсу от 516HV до 457HV. При изотермической температуре 400 ~ 620 ℃ происходит небольшое количество бейнитного превращения, и твердость 478HV увеличивается до 484HV; из-за небольшого бейнитного превращения твердость не сильно меняется. При изотермической температуре 650 ℃ образуется небольшое количество перлита, с твердостью 410HV. при изотермической температуре 680 ~ 770 ℃ происходит образование феррит + перлитной организации, твердость от 242HV до 163HV. из-за превращения стали Р92 при разных температурах в организации перехода различна, в области низкотемпературного мартенситного превращения, когда изотермическая температура ниже точки Ms, с повышением температуры содержание мартенсита уменьшается, твердость уменьшается; в середине превращения стали P92 при различных температурах, когда изотермическая температура ниже точки Ms, с повышением температуры содержание мартенсита уменьшается, твердость уменьшается; в области среднетемпературного бейнитного превращения, поскольку величина бейнитного превращения мала, твердость не сильно меняется; в области высокотемпературного перлитного превращения, с повышением изотермической температуры, содержание первого эвтектического феррита увеличивается, так что твердость продолжает снижаться, поэтому с повышением изотермической температуры твердость материала, как правило, имеет тенденцию к снижению, а тенденция изменения твердости и анализ организации соответствуют этой тенденции.

Изменение кривых твердости стали Р92 при различных изотермических температурах

Изменение кривых твердости стали Р92 при различных изотермических температурах

3. Заключение

1) Критическая точка Ac1 стали P92 составляет 792,4 ℃, Ac3 — 879,8 ℃, а Ms — 372,3 ℃.

2) Сталь P92 при различных изотермических температурах для получения комнатной температуры имеет различную организацию; при изотермии 160 ~ 370 ℃ в течение 1 часа при комнатной температуре образуется мартенситная структура; при изотермии 400 ~ 430 ℃ в течение 1 часа образуется небольшое количество бейнита + мартенсита; при изотермии 520 ~ 620 ℃ в течение 1 часа структура относительно стабильна, в течение короткого периода времени (1 час) превращения не происходит, при комнатной температуре образуется мартенситная структура; при изотермии 650 ℃ в течение 25 часов при комнатной температуре образуется перлитная структура. 25 часов при комнатной температуре образуется перлитная структура + мартенситная структура; при изотермии 680 ~ 770 ℃ в течение 25 часов структура превращается в перлит + первый эвтектический феррит.

3) Аустенитизация стали P92 в Ac1 ниже изотермической, с понижением изотермической температуры твердость материала в целом имеет тенденцию к увеличению, изотермическая при 770 ℃ после возникновения первых выделений эвтектического феррита, перлитного превращения, твердость самая низкая, около 163HV; изотермическая при 160 ℃ после возникновения мартенситного превращения, твердость самая высокая, около 516HV.

ASME B31.3 против ASME B31.1

ASME B31.1 против ASME B31.3: знайте нормы проектирования трубопроводов

/в /от

Введение

В проектировании и проектировании трубопроводов выбор соответствующего кода трубопровода имеет важное значение для обеспечения безопасности, эффективности и соответствия отраслевым стандартам. Два наиболее широко признанных кода трубопровода: ASME B31.1 и ASME B31.3. Хотя оба они исходят от Американского общества инженеров-механиков (ASME) и регулируют проектирование и строительство трубопроводных систем, их применение существенно различается. Понимание ASME B31.1 против ASME B31.3 Дискуссия имеет решающее значение для выбора правильного кода для вашего проекта, независимо от того, касается ли он электростанций, химической переработки или промышленных объектов.

Обзор: ASME B31.1 против ASME B31.3

What is ASME B31.3 or Process Piping Code?

ASME B31.1 — это стандарт, который регулирует проектирование, строительство и обслуживание трубопроводных систем электростанций. Он применяется к трубопроводным системам на электростанциях, промышленных предприятиях и других объектах, где задействовано производство электроэнергии. Этот кодекс в значительной степени фокусируется на целостности систем, которые обрабатывают пар высокого давления, воду и горячие газы.

Типичные применения: Электростанции, системы отопления, турбины и котельные установки.
Диапазон давления: Системы пара и жидкости высокого давления.
Диапазон температур: Высокотемпературная эксплуатация, особенно в паровых и газовых приложениях.

What is ASME B31.1 or Power Piping Code?

ASME B31.3 applies to the design and construction of piping systems used in chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries. It governs systems that transport chemicals, gases, or liquids under different pressure and temperature conditions, often including hazardous materials. This code also covers the associated support systems and the safety considerations of handling chemicals and dangerous substances.

Типичные применения: Химические перерабатывающие заводы, нефтеперерабатывающие заводы, фармацевтические предприятия, предприятия по производству продуктов питания и напитков.
Диапазон давления: Обычно ниже диапазона давления в ASME B31.1, в зависимости от типов жидкостей и их классификации.
Диапазон температур: varies depending на химических жидкостях, но обычно ниже, чем в экстремальных условиях ASME B31.1.

Difference Between ASME B31.3 and ASME B31.1 (ASME B31.3 vs ASME B31.1)

ASME B31.3 против ASME B31.1

ASME B31.3 против ASME B31.1

Sr No Параметр ASME B31.3-Process Piping ASME B31.1-Power Piping
1 Объем Provides rules for Process or Chemical Plants Provides rules for Power Plants
2 Basic Allowable Material Stress Basic allowable material stress value is higher (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 132117.328 Kpa as per ASME B31.3) Basic allowable material stress value is lower (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 117900.344 Kpa as per ASME B31.3)
3 Allowable Sagging (Sustained) The ASME B31.3 code does not specifically limit allowable sagging. An allowable sagging of up to 15 mm is generally acceptable. ASME B31.3 does not provide a suggested support span. ASME B31.1 clearly specifies the allowable sagging value as 2.5 mm. Table 121.5-1 of ASME B31.1 provides suggested support span.
4 SIF on Reducers Process Piping Code ASME B31.3 does not use SIF (SIF=1.0) for reducer stress calculation Power Piping code ASME B31.1 uses a maximum SIF of 2.0 for reducers while stress calculation.
5 Factor of Safety ASME B31.3 uses a factor of safety of 3; relatively lower than ASME B31.1. ASME B31.1 uses a safety factor of 4 to have higher reliability as compared to Process plants
6 SIF for Butt Welded Joints ASME B31.3 uses a SIF of 1.0 for buttwelded joints ASME B31.1 uses a SIF of up to 1.9 max in stress calculation.
7 Approach towards SIF ASME B31.3 uses a complex in-plane, out-of-plane SIF approach. ASME B31.1 uses a simplified single SIF Approach.
8 Maximum values of Sc and Sh As per the Process Piping code, the maximum value of Sc and Sh are limited to 138 Mpa or 20 ksi. For the Power piping code, the maximum value of Sc and Sh are 138 Mpa only if the minimum tensile strength of the material is 70 ksi (480Mpa); otherwise, it depends on the values provided in the mandatory appendix A as per temperature.
9 Allowable Stress for Occasional Stresses The allowable value of occasional stress is 1.33 times Sh As per ASME B31.1, the allowable value of occasional stress is 1.15 to 1.20 times Sh
10 The equation for Pipe Wall Thickness Calculation The equation for pipe wall thickness calculation is valid for t<D/6 There is no such limitation in the Power piping wall thickness calculation. However, they add a limitation on maximum design pressure.
11 Section Modulus, Z for Sustained and Occasional Stresses While Sustained and Occasional stress calculation the Process Piping code reduces the thickness by corrosion and other allowances. ASME B31.1 calculates the section modulus using nominal thickness. Thickness is not reduced by corrosion and other allowances.
12 Rules for material usage below -29 Deg. C ASME B31.3 provides extensive rules for the use of materials below -29 degrees C The power piping code provides no such rules for pipe materials below -29 degrees C.
13 Maximum Value of Cyclic Stress Range Factor The maximum value of cyclic stress range factor f is 1.2 The maximum value of is 1.0
14 Allowance for Pressure Temperature Variation As per clause 302.2.4 of ASME B31.3, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 33% for no more than 10 hours at any one time and no more than 100 hours/year, or (b) 20% for no more than 50 hours at any one time and no more than 500 hours/year. As per clause 102.2.4 of ASME B31.1, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 15% if the event duration occurs for no more than 8 hours at any one time and not more than 800 hours/year or (b) 20% if the event duration occurs for not more than 1 hour at any one time and not more than 80 hour/year.
15 Дизайн жизни Process Piping is normally designed for 20 to 30 years of service life. Power Piping is generally designed for 40 years or more of service life.
16 PSV reaction force ASME B31.3 does not provide specific equations for PSV reaction force calculation. ASME B31.1 provides specific equations for PSV reaction force calculation.

Заключение

Критическая разница в ASME B31.1 против ASME B31.3 споры ведутся по вопросам применения в промышленности, требований к материалам и соображений безопасности. ASME B31.1 идеально подходит для систем генерации электроэнергии и высокотемпературных систем, уделяя особое внимание механической целостности. В то же время, ASME B31.3 is tailored for the chemical and process industries, emphasizing the safe handling of hazardous materials and chemical compatibility. By understanding the distinctions between these two standards, you can decide which code best suits your project’s requirements, ensuring compliance and safety throughout the project’s lifecycle. Whether you are involved in power plant design or system’ processing, choosing the correct piping code is crucial for a successful project.

ASME BPVC Раздел II Часть A

ASME BPVC Раздел II Часть A: Технические условия на черные металлы

/в /от

Введение

ASME BPVC Раздел II Часть A: Технические характеристики черных металлов является частью Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением (BPVC), охватывающий спецификации для черных металлов (в первую очередь железа) используется в строительстве котлов, сосудов высокого давления и другого оборудования, работающего под давлением. В этом разделе подробно рассматриваются требования к материалам из стали и железа, включая углеродистую сталь, легированную сталь и нержавеющую сталь.

Сопутствующие спецификации материалов для трубок и пластин

Трубки:

СА-178/СА-178М – Трубы котлов и пароперегревателей из углеродистой и углеродисто-марганцевой стали, сваренные методом контактной сварки
СА-179/СА-179М – Бесшовные холоднотянутые трубы из низкоуглеродистой стали для теплообменников и конденсаторов
СА-192/СА-192М – Бесшовные котельные трубы из углеродистой стали для работы под высоким давлением
СА-209/СА-209М – Бесшовные трубы для котлов и пароперегревателей из легированной углеродисто-молибденовой стали
СА-210/СА-210М – Бесшовные трубы для котлов и пароперегревателей из среднеуглеродистой стали
СА-213/СА-213М – Бесшовные трубы из ферритной и аустенитной легированной стали для котлов, пароперегревателей и теплообменников
СА-214/СА-214М – Трубы теплообменников и конденсаторов из углеродистой стали, сваренные методом сопротивления
СА-249/СА-249М – Сварные трубы из аустенитной стали для котлов, пароперегревателей, теплообменников и конденсаторов
СА-250/СА-250М – Трубы для котлов и пароперегревателей из ферритной легированной стали, сваренные методом сопротивления
СА-268/СА-268М – Бесшовные и сварные трубы из ферритной и мартенситной нержавеющей стали общего назначения
СА-334/СА-334М – Бесшовные и сварные трубы из углеродистой и легированной стали для эксплуатации при низких температурах
СА-335/СА-335М – Бесшовные трубы из ферритной легированной стали для эксплуатации при высоких температурах
СА-423/СА-423М – Трубы бесшовные и электросварные из низколегированной стали
СА-450/СА-450М – Общие требования к трубам из углеродистой и низколегированной стали
СА-556/СА-556М – Бесшовные холоднотянутые трубы из углеродистой стали для подогревателя питательной воды
СА-557/СА-557М – Трубы подогревателя питательной воды из углеродистой стали, сваренные методом электросварки сопротивлением
СА-688/СА-688М – Бесшовные и сварные трубы из аустенитной нержавеющей стали для подогревателей питательной воды
СА-789/СА-789М – Бесшовные и сварные трубы из ферритной/аустенитной нержавеющей стали общего назначения
СА-790/СА-790М – Бесшовные и сварные трубы из ферритной/аустенитной нержавеющей стали
СА-803/СА-803М – Бесшовные и сварные трубы из ферритной нержавеющей стали для подогревателей питательной воды
СА-813/СА-813М – Одно- или двухшовная аустенитная нержавеющая стальная труба
СА-814/СА-814М – Холоднодеформированная сварная аустенитная нержавеющая стальная труба

ASME БПВХ

ASME БПВХ

Пластины:

СА-203/СА-203М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, никель
СА-204/СА-204М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, молибден
СА-285/СА-285М – Пластины для сосудов высокого давления, углеродистая сталь, с низкой и средней прочностью на растяжение
СА-299/СА-299М – Пластины для сосудов высокого давления, углеродистая сталь, марганец-кремний
СА-302/СА-302М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, марганец-молибден и марганец-молибден-никель
СА-353/СА-353М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, дважды нормализованная и закаленная, никель 9%
СА-387/СА-387М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, хром-молибден
СА-516/СА-516М – Пластины для сосудов высокого давления, углеродистая сталь, для эксплуатации при умеренных и низких температурах
СА-517/СА-517М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, высокопрочная, закаленная и отпущенная
СА-533/СА-533М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, закаленная и отпущенная, марганец-молибденовая и марганец-молибден-никелевая
СА-537/СА-537М – Пластины для сосудов высокого давления, термообработанные, углеродисто-марганцево-кремниевая сталь
СА-542/СА-542М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, закаленная и отпущенная, хром-молибденовая и хром-молибден-ванадий
СА-543/СА-543М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, закаленная и отпущенная, никель-хром-молибденовая
СА-553/СА-553М – Пластины для сосудов высокого давления, легированная сталь, закаленная и отпущенная 7, 8 и 9% никель
СА-612/СА-612М – Пластины для сосудов высокого давления, углеродистая сталь, высокопрочная, для эксплуатации при умеренных и низких температурах
СА-662/СА-662М – Пластины для сосудов высокого давления, углеродисто-марганцево-кремниевая сталь, для эксплуатации при умеренных и низких температурах
СА-841/СА-841М – Пластины для сосудов высокого давления, изготовленные методом термомеханического контроля (TMCP)

Заключение

В заключение, ASME BPVC Section II Part A: Ferrous Material Specifications является критически важным ресурсом для обеспечения безопасности, надежности и качества черных металлов, используемых для строительства котлов, сосудов под давлением и другого оборудования, работающего под давлением. Предоставляя всеобъемлющие спецификации механических и химических свойств материалов, таких как углеродистые стали, легированные стали и нержавеющие стали, этот раздел гарантирует, что материалы соответствуют строгим стандартам, требуемым для применения в условиях высокого давления и высоких температур. Его подробное руководство по формам продукции, процедурам испытаний и соблюдению отраслевых стандартов делает его незаменимым для инженеров, производителей и инспекторов, занимающихся проектированием и строительством оборудования под давлением. Таким образом, ASME BPVC Section II Part A имеет решающее значение для нефтехимической, атомной и энергетической промышленности, где сосуды под давлением и котлы должны работать безопасно и эффективно в условиях жестких механических нагрузок.

Закалка бесшовных стальных труб SAE4140

Анализ причин возникновения кольцевых трещин в закаленных бесшовных стальных трубах SAE 4140

/в /от

Причина кольцевой трещины на конце бесшовной стальной трубы SAE 4140 была изучена с помощью химического состава, испытания на твердость, металлографического наблюдения, сканирующего электронного микроскопа и анализа энергетического спектра. Результаты показывают, что кольцевая трещина бесшовной стальной трубы SAE 4140 является закалочной трещиной, обычно возникающей на конце трубы. Причиной закалочной трещины является разная скорость охлаждения между внутренней и внешней стенками, а скорость охлаждения внешней стенки намного выше, чем у внутренней стенки, что приводит к разрушению трещины, вызванному концентрацией напряжений вблизи положения внутренней стенки. Кольцевую трещину можно устранить, увеличив скорость охлаждения внутренней стенки стальной трубы во время закалки, улучшив равномерность скорости охлаждения между внутренней и внешней стенкой и контролируя температуру после закалки в пределах 150 ~ 200 ℃, чтобы уменьшить напряжение закалки путем самоотпуска.

SAE 4140 - это низколегированная конструкционная сталь CrMo, американская стандартная марка ASTM A519, в национальном стандарте 42CrMo на основе увеличения содержания Mn; поэтому прокаливаемость SAE 4140 была дополнительно улучшена. Бесшовные стальные трубы SAE 4140, вместо цельных поковок, прокатка заготовок различных типов полых валов, цилиндров, втулок и других деталей может значительно повысить эффективность производства и сэкономить сталь; стальные трубы SAE 4140 широко используются в нефтяных и газовых месторождениях, в шнековых буровых инструментах и другом буровом оборудовании. Закалка бесшовных стальных труб SAE 4140 может соответствовать требованиям соответствия различной прочности и вязкости стали за счет оптимизации процесса термообработки. Тем не менее, часто обнаруживается, что это влияет на дефекты поставки продукции в процессе производства. В данной статье основное внимание уделяется трубе из стали SAE 4140 в процессе закалки в середине толщины стенки конца трубы, проводится анализ дефекта в виде кольцевой трещины и предлагаются меры по улучшению.

1. Материалы и методы испытаний

Компания подготовила спецификации для бесшовной стальной трубы ∅ 139,7 × 31,75 мм из стали марки SAE 4140, производственный процесс для нагрева заготовки → прокалывание → прокатка → калибровка → отпуск (время выдержки 850 ℃ 70 мин закалка + вращение трубы вне водяного душа + время выдержки 735 ℃ 2 ч отпуск) → Дефектоскопия и осмотр. После обработки отпуском дефектоскопия показала, что в середине толщины стенки на конце трубы была кольцевая трещина, как показано на рис. 1; кольцевая трещина появилась на расстоянии около 21~24 мм от внешней стороны, огибала окружность трубы и была частично прерывистой, в то время как в теле трубы такой дефект не был обнаружен.

Рис.1 Кольцевая трещина на конце трубы

Рис.1 Кольцевая трещина на конце трубы

Взять партию образцов закалки стальных труб для анализа закалки и наблюдения за организацией закалки, а также спектрального анализа состава стальной трубы, в то же время в трещинах закаленной стальной трубы взять образцы высокой мощности для наблюдения за микроморфологией трещин, уровнем размера зерна, а в сканирующем электронном микроскопе со спектрометром - для анализа внутреннего состава микрообластей трещин.

2. Результаты теста

2.1 Химический состав

В таблице 1 приведены результаты спектрального анализа химического состава, состав элементов соответствует требованиям стандарта ASTM A519.

Таблица 1 Результаты анализа химического состава (массовая доля, %)

Элемент С Си Мин. п С Кр Мо Cu Ни
Содержание 0.39 0.20 0.82 0.01 0.005 0.94 0.18 0.05 0.02
Требование ASTM A519 0.38-0.43 0.15-0.35 0.75-1.00 ≤ 0,04 ≤ 0,04 0.8-1.1 0.15-0.25 ≤ 0,35 ≤ 0,25

2.2 Испытание труб на прокаливаемость

На закаленных образцах испытания на твердость при закалке всей толщины стенки результаты твердости при закалке всей толщины стенки, как показано на рисунке 2, можно увидеть на рисунке 2, в 21 ~ 24 мм от внешней стороны закалки твердость начала значительно падать, и с внешней стороны 21 ~ 24 мм находится высокотемпературный отпуск трубы, обнаруженный в области кольцевой трещины, область ниже и выше толщины стенки твердости крайней разницы между положением толщины стенки области достигла 5 (HRC) или около того. Разница твердости между нижней и верхней толщиной стенки этой области составляет около 5 (HRC). Металлографическая организация в закаленном состоянии показана на рис. 3. Из металлографической организации на рис. 3; можно увидеть, что организация во внешней области трубы представляет собой небольшое количество феррита + мартенсита, в то время как организация вблизи внутренней поверхности не закалена, с небольшим количеством феррита и бейнита, что приводит к низкой закалочной твердости от внешней поверхности трубы до внутренней поверхности трубы на расстоянии 21 мм. Высокая степень последовательности кольцевых трещин в стенке трубы и положение крайней разницы в закалочной твердости предполагают, что кольцевые трещины, вероятно, образуются в процессе закалки. Высокая последовательность между расположением кольцевых трещин и нижней закалочной твердостью указывает на то, что кольцевые трещины могли образоваться в процессе закалки.

Рис.2 Значение закалочной твердости по всей толщине стенки

Рис.2 Значение закалочной твердости по всей толщине стенки

Рис.3 Структура закалки стальной трубы

Рис.3 Структура закалки стальной трубы

2.3 Результаты металлографического исследования стальной трубы представлены на рис. 4 и рис. 5 соответственно.

Матричная организация стальной трубы - отпущенный аустенит + небольшое количество феррита + небольшое количество бейнита, с размером зерна 8, что является средней отпущенной организацией; трещины простираются вдоль продольного направления, которое принадлежит вдоль кристаллического растрескивания, и обе стороны трещин имеют типичные характеристики сцепления; есть явление обезуглероживания с обеих сторон, и высокотемпературный серый оксидный слой наблюдается на поверхности трещин. Есть обезуглероживание с обеих сторон, и высокотемпературный серый оксидный слой может наблюдаться на поверхности трещины, и неметаллические включения не видны вблизи трещины.

Рис.4 Наблюдения за морфологией трещин

Рис.4 Наблюдения за морфологией трещин

Рис.5 Микроструктура трещины

Рис.5 Микроструктура трещины

2.4 Результаты анализа морфологии трещин и энергетического спектра

После вскрытия трещины микроморфология трещины наблюдается под сканирующим электронным микроскопом, как показано на рис. 6, который показывает, что трещина подвергалась воздействию высоких температур, и на поверхности произошло высокотемпературное окисление. Трещина в основном идет вдоль кристаллического излома, с размером зерна от 20 до 30 мкм, и не обнаружено крупных зерен и аномальных организационных дефектов; анализ энергетического спектра показывает, что поверхность трещины в основном состоит из железа и его оксидов, и не обнаружено аномальных посторонних элементов. Спектральный анализ показывает, что поверхность трещины в основном состоит из железа и его оксидов, без аномальных посторонних элементов.

Рис.6 Морфология разрушения трещины

Рис.6 Морфология разрушения трещины

3 Анализ и обсуждение

3.1 Анализ дефектов трещин

С точки зрения микроморфологии трещины, раскрытие трещины прямое; хвост изогнутый и острый; путь распространения трещины показывает характеристики трещины вдоль кристалла, а две стороны трещины имеют типичные сетчатые характеристики, которые являются обычными характеристиками закалочных трещин. Тем не менее, металлографическое исследование показало, что по обе стороны трещины наблюдаются явления обезуглероживания, что не соответствует характеристикам традиционных закалочных трещин, принимая во внимание тот факт, что температура отпуска стальной трубы составляет 735 ℃, а Ac1 составляет 738 ℃ в SAE 4140, что не соответствует обычным характеристикам закалочных трещин. Учитывая, что температура отпуска трубы составляет 735 °C, а Ac1 SAE 4140 — 738 °C, что очень близко друг к другу, можно предположить, что обезуглероживание по обе стороны трещины связано с высокотемпературным отпуском во время отпуска (735 °C) и не является трещиной, которая уже существовала до термической обработки трубы.

3.2 Причины появления трещин

Причины закалочных трещин, как правило, связаны с температурой нагрева при закалке, скоростью охлаждения при закалке, металлургическими дефектами и закалочными напряжениями. По результатам композиционного анализа химический состав трубы соответствует требованиям марки стали SAE 4140 по стандарту ASTM A519, и не было обнаружено никаких превышающих норму элементов; неметаллических включений вблизи трещин не обнаружено, а анализ энергетического спектра в месте излома трещины показал, что серые продукты окисления в трещинах представляют собой Fe и его оксиды, и не было обнаружено никаких аномальных посторонних элементов, поэтому можно исключить, что металлургические дефекты стали причиной кольцевых трещин; класс зернистости трубы был класс 8, а класс зернистости был класс 7, а размер зернистости был класс 8, а размер зернистости был класс 8. Уровень размера зернистости трубы составляет 8; зерно мелкое, а не крупное, что свидетельствует о том, что закалочная трещина не имеет никакого отношения к температуре закалочного нагрева.

Образование закалочных трещин тесно связано с закалочными напряжениями, разделенными на термические и организационные напряжения. Термическое напряжение возникает из-за процесса охлаждения стальной трубы; поверхностный слой и сердцевина стальной трубы скорость охлаждения не согласованы, что приводит к неравномерному сжатию материала и внутренним напряжениям; в результате поверхностный слой стальной трубы подвергается сжимающим напряжениям, а сердцевина растягивающим напряжениям; тканевые напряжения - это закалка организации стальной трубы до мартенситного превращения, наряду с расширением объема несоответствия в генерации внутренних напряжений, организация напряжений, создаваемых результатом, - это поверхностный слой растягивающих напряжений, центр растягивающих напряжений. Эти два вида напряжений в стальной трубе существуют в одной и той же части, но роль направления противоположна; совместный эффект результата заключается в том, что один из двух доминирующих факторов напряжений, доминирующая роль термического напряжения, является результатом растяжения сердца заготовки, поверхностного давления; Доминирующая роль напряжения ткани является результатом растяжения давления на поверхность заготовки.

Закалка стальных труб SAE 4140 с использованием вращающегося внешнего душевого охлаждения, скорость охлаждения внешней поверхности намного больше, чем внутренней поверхности, внешний металл стальной трубы полностью закален, в то время как внутренний металл не полностью закален, чтобы произвести часть ферритной и бейнитной организации, внутренний металл из-за внутреннего металла не может быть полностью преобразован в мартенситную организацию, внутренний металл стальной трубы неизбежно подвергается растягивающему напряжению, создаваемому расширением внешней стенки мартенсита, и в то же время из-за различных типов организации его удельный объем различен между внутренним и внешним металлом. В то же время из-за различных типов организации конкретный объем внутренних и внешних слоев металла различен, и скорость усадки не одинакова во время охлаждения, растягивающее напряжение также будет создаваться на границе двух типов организации, и распределение напряжения определяется термическими напряжениями, а растягивающее напряжение, создаваемое на границе двух типов организации внутри трубы, является наибольший, что приводит к появлению кольцевых закалочных трещин в области толщины стенки трубы, близкой к внутренней поверхности (21~24 мм от внешней поверхности); кроме того, конец стальной трубы является геометрически чувствительной частью всей трубы, склонной к возникновению напряжений. Кроме того, конец трубы является геометрически чувствительной частью всей трубы, склонной к концентрации напряжений. Эта кольцевая трещина обычно возникает только на конце трубы, и такие трещины не были обнаружены в теле трубы.

Подводя итог, можно сказать, что кольцевые трещины в закаленных толстостенных стальных трубах SAE 4140 вызваны неравномерным охлаждением внутренних и внешних стенок; скорость охлаждения внешней стенки намного выше, чем у внутренней стенки; производство толстостенных стальных труб SAE 4140 для изменения существующего метода охлаждения, не может использоваться только внешний процесс охлаждения, необходимо усилить охлаждение внутренней стенки стальной трубы, улучшить равномерность скорости охлаждения внутренних и внешних стенок толстостенной стальной трубы, чтобы уменьшить концентрацию напряжений, исключив кольцевые трещины. Кольцевые трещины.

3.3 Меры по улучшению

Чтобы избежать закалочных трещин, в конструкции процесса закалки все условия, которые способствуют развитию закалочных растягивающих напряжений, являются факторами образования трещин, включая температуру нагрева, процесс охлаждения и температуру нагнетания. Предлагаемые улучшенные технологические меры включают: температуру закалки 830-850 ℃; использование внутреннего сопла, согласованного с центральной линией трубы, контроль соответствующего внутреннего потока распыления, улучшение скорости охлаждения внутреннего отверстия для обеспечения равномерности скорости охлаждения внутренних и внешних стенок толстостенной стальной трубы; контроль температуры после закалки 150-200 ℃, использование остаточной температуры стальной трубы самоотпуска, снижение закалочных напряжений в стальной трубе.

Использование усовершенствованной технологии позволяет производить ∅158,75 × 34,93 мм, ∅139,7 × 31,75 мм, ∅254 × 38,1 мм, ∅224 × 26 мм и т. д. по десяткам спецификаций стальных труб. После ультразвукового дефектоскопа продукция проходит квалификацию, без кольцевых закалочных трещин.

4. Заключение

(1) Согласно макроскопическим и микроскопическим характеристикам трещин труб, кольцевые трещины на концах труб из стали SAE 4140 относятся к трещинам, вызванным закалочным напряжением, которое обычно возникает на концах труб.

(2) Кольцевые трещины закаленной толстостенной стальной трубы SAE 4140 вызваны неравномерным охлаждением внутренних и внешних стенок. Скорость охлаждения внешней стенки намного выше, чем внутренней стенки. Для повышения равномерности скорости охлаждения внутренних и внешних стенок толстостенной стальной трубы при производстве толстостенной стальной трубы SAE 4140 необходимо усилить охлаждение внутренней стенки.

Бесшовная стальная труба ASME SA213 T91

ASME SA213 T91: насколько вы знакомы?

/в /от

Предыстория и введение

ASME SA213 T91, номер стали в ASME SA213/SA213M стандарт, относится к улучшенной стали 9Cr-1Mo, которая разрабатывалась с 1970-х по 1980-е годы Национальной лабораторией Rubber Ridge США и Лабораторией металлургических материалов корпорации Combustion Engineering Corporation США в сотрудничестве. Разработана на основе более ранней стали 9Cr-1Mo, используется в ядерной энергетике (также может использоваться в других областях) высокотемпературные материалы для деталей под давлением, является третьим поколением изделий из стали высокой прочности; его главной особенностью является снижение содержания углерода, при ограничении верхнего и нижнего пределов содержания углерода, и более строгий контроль содержания остаточных элементов, таких как P и S, в то же время, добавление следов 0,030-0,070% N, и следов твердых карбидообразующих элементов 0,18-0,25% V и 0,06-0,10% Nb, для уточнения требований к зерну, тем самым улучшая пластическую вязкость и свариваемость стали, улучшая стабильность стали при высоких температурах, после этого многокомпозитного армирования, образование нового типа мартенситной высокохромистой жаропрочной легированной стали.

Стандарт ASME SA213 T91, обычно выпускающий продукцию для труб малого диаметра, в основном применяется в котлах, пароперегревателях и теплообменниках.

Международные соответствующие марки стали T91

Страна

 США Германия Япония Франция Китай
Эквивалентная марка стали СА-213 Т91 X10CrMoVNNb91 HCM95 TUZ10CDVNb0901 10Cr9Mo1VNbN

Здесь мы узнаем эту сталь по нескольким признакам.

I. Химический состав ASME SA213 T91

Элемент С Мин. п С Си Кр Мо Ни В Нб Н Ал
Содержание 0.07-0.14 0.30-0.60 ≤0,020 ≤0,010 0.20-0.50 8.00-9.50 0.85-1.05 ≤0,40 0.18-0.25 0.06-0.10 0.030-0.070 ≤0,020

II.Анализ эффективности

2.1 Роль легирующих элементов в свойствах материала: Легирующие элементы стали Т91 играют роль упрочнения твердого раствора и диффузионного упрочнения, а также повышают стойкость стали к окислению и коррозии, что подробно проанализировано следующим образом.
2.1.1 Углерод является наиболее очевидным эффектом упрочнения твердого раствора стальных элементов; с увеличением содержания углерода кратковременная прочность стали, пластичность и ударная вязкость снижаются, у такой стали как T91 рост содержания углерода ускорит скорость сфероидизации карбидов и скорость агрегации, ускорит перераспределение легирующих элементов, что снизит свариваемость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению стали, поэтому в жаропрочной стали обычно хотят уменьшить количество содержания углерода. Тем не менее, прочность стали будет снижена, если содержание углерода слишком низкое. Сталь T91, по сравнению со сталью 12Cr1MoV, имеет пониженное содержание углерода 20%, что является тщательным рассмотрением влияния вышеуказанных факторов.
2.1.2 Сталь Т91 содержит следы азота; роль азота отражается в двух аспектах. С одной стороны, роль упрочнения твердого раствора, азот при комнатной температуре в растворимости стали минимален, сталь Т91 сварная зона термического влияния в процессе нагрева сварки и послесварочной термической обработки, будет иметь последовательность твердого раствора и процесса выделения VN: Зона термического влияния нагрева сварки была сформирована в пределах аустенитной организации из-за растворимости VN, содержание азота увеличивается, и после этого степень пересыщения в организации комнатной температуры увеличивается при последующей термической обработке сварного шва происходит незначительное выделение VN, что увеличивает стабильность организации и улучшает значение длительной прочности зоны термического влияния. С другой стороны, сталь Т91 также содержит небольшое количество A1; Азот может образовываться с его A1N, A1N только при температуре более 1100 ℃ растворяется в матрице в больших количествах, а затем повторно осаждается при более низких температурах, что может играть лучшую роль в усилении диффузии.
2.1.3. Добавляют хром в основном для улучшения стойкости к окислению жаропрочной стали, коррозионной стойкости, содержание хрома менее 5%, 600 ℃ начинает бурно окисляться, в то время как количество содержания хрома до 5% имеет отличную стойкость к окислению. Сталь 12Cr1MoV при следующих 580 ℃ имеет хорошую стойкость к окислению, глубина коррозии 0,05 мм/год, 600 ℃, когда производительность начинает ухудшаться, глубина коррозии 0,13 мм/год. T91, содержащая содержание хрома 1 100 ℃, прежде чем большое количество растворяется в матрице, и при более низких температурах и повторном осаждении может играть звуковую диффузионную усиливающую силу. /T91 содержание хрома увеличивается примерно до 9%, использование температуры может достигать 650 ℃, основная мера заключается в том, чтобы заставить матрицу раствориться в большем количестве хрома.
2.1.4 ванадий и ниобий являются жизненно важными карбидообразующими элементами. При добавлении для образования тонкого и стабильного сплава карбида с углеродом возникает прочный диффузионно-упрочняющий эффект.
2.1.5 Добавление молибдена в основном улучшает термическую прочность стали и упрочняет твердые растворы.

2.2 Механические свойства

Заготовка Т91 после окончательной термической обработки нормализацией + высокотемпературным отпуском имеет предел прочности при растяжении при комнатной температуре ≥ 585 МПа, предел текучести при комнатной температуре ≥ 415 МПа, твердость ≤ 250 HB, относительное удлинение (расстояние стандартного круглого образца 50 мм) ≥ 20%, допустимое значение напряжения [σ] 650 ℃ = 30 МПа.

Процесс термической обработки: температура нормализации 1040 ℃, время выдержки не менее 10 мин, температура отпуска 730 ~ 780 ℃, время выдержки не менее одного часа.

2.3 Сварочные характеристики

В соответствии с рекомендуемой Международным институтом сварки формулой углеродного эквивалента, углеродный эквивалент стали Т91 рассчитывается на уровне 2,43%, а видимая свариваемость стали Т91 плохая.
Сталь не склонна к растрескиванию при повторном нагреве.

2.3.1 Проблемы со сваркой T91

2.3.1.1 Растрескивание закаленной структуры в зоне термического влияния
Критическая скорость охлаждения T91 низкая, аустенит очень стабилен, и охлаждение не происходит быстро при стандартном превращении перлита. Его необходимо охладить до более низкой температуры (около 400 ℃), чтобы превратить в мартенсит и грубую организацию.
Сварка, произведенная зоной термического влияния различных организаций, имеет различную плотность, коэффициенты расширения и различные формы решетки в процессе нагрева и охлаждения, неизбежно будет сопровождаться различным объемным расширением и сжатием; с другой стороны, из-за нагрева сварки имеет неравномерные и высокотемпературные характеристики, поэтому сварные соединения T91 имеют огромные внутренние напряжения. Закаленные грубые соединения мартенситной организации, которые находятся в сложном напряженном состоянии, в то же время, процесс охлаждения сварки диффузия водорода из сварного шва в околошовную область, наличие водорода способствовало охрупчиванию мартенсита, эта комбинация эффектов, легко производит холодные трещины в закаленной области.

2.3.1.2 Рост зерна в зоне термического влияния
Термоциклирование сварки существенно влияет на рост зерна в околошовной зоне сварных соединений, особенно в зоне сплавления, непосредственно прилегающей к максимальной температуре нагрева. При незначительной скорости охлаждения в околошовной зоне сварки образуется грубая массивная ферритная и карбидная организация, вследствие чего пластичность стали значительно снижается; скорость охлаждения значительна из-за образования грубой мартенситной организации, но при этом снижается пластичность сварных соединений.

2.3.1.3 Образование размягченного слоя
Сталь Т91, сваренная в отпущенном состоянии, в зоне термического влияния неизбежно образуется размягчающий слой, который более интенсивен, чем размягчение перлитной жаропрочной стали. Размягчение более заметно при использовании спецификаций с более медленными скоростями нагрева и охлаждения. Кроме того, ширина размягчающего слоя и его расстояние от линии сплавления связаны с условиями нагрева и характеристиками сварки, предварительного нагрева и послесварочной термической обработки.

2.3.1.4 Коррозионное растрескивание под напряжением
Сталь Т91 при послесварочной термообработке перед охлаждением обычно не менее 100 ℃. Если охлаждение происходит при комнатной температуре, а окружающая среда относительно влажная, легко возникает коррозионное растрескивание под напряжением. Немецкие правила: Перед послесварочной термообработкой ее необходимо охладить до температуры ниже 150 ℃. В случае более толстых заготовок, угловых швов и плохой геометрии температура охлаждения должна быть не менее 100 ℃. Если охлаждение при комнатной температуре и влажности строго запрещено, в противном случае легко возникает коррозионное растрескивание под напряжением.

2.3.2 Процесс сварки

2.3.2.1 Метод сварки: Может использоваться ручная сварка, сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа или автоматическая сварка плавящимся электродом.
2.3.2.2 Сварочный материал: можно выбрать сварочную проволоку или сварочный стержень WE690.

Выбор сварочного материала:
(1) Сварка стали одного и того же типа – если для изготовления прутка ручной сварки CM-9Cb можно использовать ручную сварку, для изготовления проволоки TGS-9Cb можно использовать сварку в среде защитного газа вольфрамовым электродом, для изготовления проволоки MGS-9Cb можно использовать автоматическую сварку плавящимся электродом;
(2) сварка разнородных сталей – например, сварка с аустенитной нержавеющей сталью, доступны сварочные расходные материалы ERNiCr-3.

2.3.2.3 Точки процесса сварки:
(1) выбор температуры предварительного подогрева перед сваркой
Точка Ms стали T91 составляет около 400 ℃; температура предварительного нагрева обычно выбирается в диапазоне 200 ~ 250 ℃. Температура предварительного нагрева не может быть слишком высокой. В противном случае скорость охлаждения соединения снижается, что может привести к образованию в сварных соединениях на границах зерен карбидных выделений и образованию ферритной организации, что значительно снижает ударную вязкость сварных соединений стали при комнатной температуре. Германия обеспечивает температуру предварительного нагрева 180 ~ 250 ℃; USCE обеспечивает температуру предварительного нагрева 120 ~ 205 ℃.

(2) выбор сварочного канала/температуры межслоевого слоя
Температура между слоями не должна быть ниже нижнего предела температуры предварительного нагрева. Тем не менее, как и при выборе температуры предварительного нагрева, температура между слоями не может быть слишком высокой. Температура между слоями сварки T91 обычно контролируется на уровне 200 ~ 300 ℃. Французские правила: температура между слоями не должна превышать 300 ℃. Американские правила: температура между слоями может находиться в диапазоне 170 ~ 230 ℃.

(3) выбор начальной температуры послесварочной термообработки
T91 требует охлаждения после сварки до температуры ниже точки Ms и выдержки в течение определенного периода перед отпуском со скоростью охлаждения после сварки 80 ~ 100 ℃ / ч. Если не изолировать, аустенитная структура соединения может не полностью трансформироваться; отпускной нагрев будет способствовать выделению карбидов вдоль границ аустенитных зерен, что сделает структуру очень хрупкой. Однако T91 нельзя охлаждать до комнатной температуры перед отпуском после сварки, поскольку холодное растрескивание опасно, когда его сварные соединения охлаждаются до комнатной температуры. Для T91 наилучшая начальная температура послесварочной термообработки 100 ~ 150 ℃ и выдержка в течение одного часа могут обеспечить полное преобразование структуры.

(4) температура отпуска послесварочной термообработки, время выдержки, выбор скорости охлаждения при отпуске
Температура отпуска: Склонность стали Т91 к холодному растрескиванию более значительна, и при определенных условиях она склонна к замедленному растрескиванию, поэтому сварные соединения должны быть отпущены в течение 24 часов после сварки. Состояние после сварки Т91 организации реечного мартенсита после отпуска может быть изменено на отпущенный мартенсит; его производительность превосходит реечный мартенсит. Температура отпуска низкая; эффект отпуска не очевиден; металл шва легко стареет и становится хрупким; температура отпуска слишком высока (больше, чем линия АС1), соединение может быть снова аустенизировано, а в последующем процессе охлаждения повторно закалено. В то же время, как описано ранее в этой статье, при определении температуры отпуска следует также учитывать влияние слоя размягчения соединения. В общем, температура отпуска Т91 составляет 730 ~ 780 ℃.
Время выдержки: для стали T91 требуется выдержка послесварочного отпуска не менее одного часа, чтобы гарантировать полное преобразование ее структуры в отпущенный мартенсит.
Скорость охлаждения при отпуске: Для снижения остаточного напряжения сварных соединений стали Т91 скорость охлаждения должна быть менее пяти ℃/мин.
В целом процесс сварки стали Т91 в режиме температурного контроля можно кратко изобразить на рисунке ниже:

Процесс контроля температуры при сварке труб из стали Т91

Процесс контроля температуры при сварке труб из стали Т91

III. Понимание ASME SA213 T91

3.1 Сталь Т91 за счет легирования, особенно при добавлении небольшого количества ниобия, ванадия и других микроэлементов, значительно повышает жаропрочность и стойкость к окислению по сравнению со сталью 12Cr1MoV, но ее свариваемость оставляет желать лучшего.
3.2 Сталь Т91 имеет большую склонность к образованию холодных трещин во время сварки и нуждается в предварительном нагреве перед сваркой до 200 ~ 250 ℃, поддерживая температуру между слоями на уровне 200 ~ 300 ℃, что может эффективно предотвратить образование холодных трещин.
3.3 Послесварочная термическая обработка стали Т91 должна включать охлаждение до 100 ~ 150 ℃, изоляцию в течение одного часа, прогрев и отпуск до температуры 730 ~ 780 ℃, время изоляции не менее одного часа и, наконец, охлаждение до комнатной температуры со скоростью не более 5 ℃/мин.

IV. Производственный процесс ASME SA213 T91

Процесс производства SA213 T91 требует нескольких методов, включая плавку, прошивку и прокатку. Процесс плавки должен контролировать химический состав, чтобы гарантировать, что стальная труба имеет отличную коррозионную стойкость. Процессы прошивки и прокатки требуют точного контроля температуры и давления для получения требуемых механических свойств и точности размеров. Кроме того, стальные трубы должны быть подвергнуты термической обработке для снятия внутренних напряжений и повышения коррозионной стойкости.

V. Применение ASME SA213 T91

ASME SA213 T91 — это высокохромистая жаропрочная сталь, в основном используемая в производстве высокотемпературных пароперегревателей и промежуточных пароперегревателей и других находящихся под давлением деталей котлов докритических и сверхкритических электростанций с температурой стенки металла не более 625 °C, а также может использоваться в качестве высокотемпературных находящихся под давлением деталей сосудов высокого давления и ядерной энергетики. SA213 T91 обладает превосходной стойкостью к ползучести и может сохранять стабильные размеры и форму при высоких температурах и длительных нагрузках. Ее основные области применения включают котлы, пароперегреватели, теплообменники и другое оборудование в энергетической, химической и нефтяной промышленности. Она широко используется в водоохлаждаемых стенках котлов высокого давления, трубах экономайзера, пароперегревателях, промежуточных пароперегревателях и трубах нефтехимической промышленности.

NACE MR0175 ISO 15156 против NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1

/в /от

Введение

В нефтегазовой промышленности, особенно в наземных и морских условиях, обеспечение долговечности и надежности материалов, подверженных воздействию агрессивных условий, имеет первостепенное значение. Именно здесь вступают в игру такие стандарты, как NACE MR0175/ISO 15156 и NACE MR0103/ISO 17495-1. Оба стандарта предоставляют важные рекомендации по выбору материалов для работы в кислых условиях. Однако понимание различий между ними имеет важное значение для выбора правильных материалов для ваших операций.

В этой записи блога мы рассмотрим основные различия между NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1, и предложим практические советы для специалистов нефтегазовой отрасли, ориентирующихся в этих стандартах. Мы также обсудим конкретные приложения, проблемы и решения, которые предоставляют эти стандарты, особенно в контексте суровых условий нефтяных и газовых месторождений.

Что такое NACE MR0175/ISO 15156 и NACE MR0103/ISO 17495-1?

НАСЕ MR0175/ИСО 15156:
Этот стандарт признан во всем мире для управления выбором материалов и контроля коррозии в средах с кислым газом, где присутствует сероводород (H₂S). Он содержит рекомендации по проектированию, производству и обслуживанию материалов, используемых в наземных и морских нефтегазовых операциях. Цель состоит в том, чтобы снизить риски, связанные с водородным растрескиванием (HIC), сульфидным растрескиванием под напряжением (SSC) и коррозионным растрескиванием под напряжением (SCC), которые могут поставить под угрозу целостность критически важного оборудования, такого как трубопроводы, клапаны и устья скважин.

НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1:
С другой стороны, НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1 в первую очередь ориентирован на материалы, используемые в средах переработки и химической обработки, где может иметь место воздействие кислой среды, но с несколько иной сферой применения. Он охватывает требования к оборудованию, подверженному воздействию умеренно коррозионных условий, с акцентом на обеспечение того, чтобы материалы выдерживали агрессивную природу определенных процессов переработки, таких как дистилляция или крекинг, где риск коррозии сравнительно ниже, чем в операциях по добыче нефти и газа.

NACE MR0175 ISO 15156 против NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175 ISO 15156 против NACE MR0103 ISO 17495-1

Основные различия: NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1

Теперь, когда у нас есть обзор каждого стандарта, важно выделить различия, которые могут повлиять на выбор материала в полевых условиях. Эти различия могут существенно повлиять на производительность материалов и безопасность операций.

1. Область применения

Основное различие между NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1 лежит в сфере их применения.

НАСЕ MR0175/ИСО 15156 предназначен для оборудования, используемого в кислых средах, где присутствует сероводород. Он имеет решающее значение в таких видах деятельности, как разведка, добыча и транспортировка нефти и газа, особенно на морских и наземных месторождениях, где используется кислый газ (газ, содержащий сероводород).

НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1хотя и по-прежнему решает проблемы эксплуатации в кислой среде, в большей степени ориентирован на нефтеперерабатывающую и химическую промышленность, особенно там, где кислый газ участвует в таких процессах, как очистка, дистилляция и крекинг.

2. Экологическая серьезность

Условия окружающей среды также являются ключевым фактором при применении этих стандартов. НАСЕ MR0175/ИСО 15156 рассматривает более жесткие условия кислой эксплуатации. Например, он охватывает более высокие концентрации сероводорода, который является более едким и представляет более высокий риск деградации материала посредством таких механизмов, как водородное растрескивание (HIC) и сульфидное растрескивание под напряжением (SSC).

В отличие, НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1 рассматривает среды, которые могут быть менее суровыми с точки зрения воздействия сероводорода, хотя все еще критическими в средах нефтеперерабатывающих и химических заводов. Химический состав жидкостей, используемых в процессах переработки, может быть не таким агрессивным, как те, которые встречаются на месторождениях сернистого газа, но все еще представляет риск коррозии.

3. Требования к материалам

Оба стандарта предусматривают конкретные критерии выбора материалов, но они различаются по строгости требований. НАСЕ MR0175/ИСО 15156 уделяет больше внимания предотвращению водородной коррозии в материалах, которая может возникнуть даже при очень низких концентрациях сероводорода. Этот стандарт требует материалов, устойчивых к SSC, HIC и коррозионной усталости в кислых средах.

С другой стороны, НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1 менее регламентирован с точки зрения растрескивания, связанного с водородом, но требует материалов, которые могут выдерживать коррозионные агенты в процессах нефтепереработки, часто уделяя больше внимания общей коррозионной стойкости, а не конкретным рискам, связанным с водородом.

4. Тестирование и проверка

Оба стандарта требуют тестирования и проверки, чтобы гарантировать, что материалы будут работать в соответствующих условиях. Однако, НАСЕ MR0175/ИСО 15156 требует более обширных испытаний и более детальной проверки эксплуатационных характеристик материалов в условиях кислой среды. Испытания включают конкретные рекомендации для SSC, HIC и других видов отказов, связанных с кислыми газовыми средами.

НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1, хотя также и требующий испытаний материалов, часто является более гибким с точки зрения критериев испытаний, уделяя особое внимание обеспечению соответствия материалов общим стандартам коррозионной стойкости, а не уделяя особого внимания рискам, связанным с сероводородом.

Почему вам следует обратить внимание на NACE MR0175/ISO 15156 по сравнению с NACE MR0103/ISO 17495-1?

Понимание этих различий может помочь предотвратить материальные неудачи, обеспечить эксплуатационную безопасность и соответствие отраслевым нормам. Независимо от того, работаете ли вы на морской нефтяной платформе, трубопроводном проекте или на нефтеперерабатывающем заводе, использование соответствующих материалов в соответствии с этими стандартами защитит от дорогостоящих неудач, непредвиденных простоев и потенциальных экологических опасностей.

Для нефтегазовых операций, особенно в условиях эксплуатации в сероводородной среде на суше и на море, НАСЕ MR0175/ИСО 15156 является стандартом, к которому обращаются. Он гарантирует, что материалы выдерживают самые суровые условия, снижая риски, такие как SSC и HIC, которые могут привести к катастрофическим отказам.

Напротив, для операций по очистке или химической переработке, НАСЕ MR0103/ИСО 17495-1 предлагает более индивидуальные рекомендации. Позволяет эффективно использовать материалы в средах с сернистым газом, но в менее агрессивных условиях по сравнению с добычей нефти и газа. Здесь больше внимания уделяется общей коррозионной стойкости в средах переработки.

Практическое руководство для специалистов нефтегазовой отрасли

При выборе материалов для проектов в любой категории учитывайте следующее:

Поймите свое окружение: Оцените, связана ли ваша деятельность с извлечением сернистого газа (upstream) или очисткой и химической переработкой (downstream). Это поможет вам определить, какой стандарт применять.

Выбор материала: Выбирайте материалы, соответствующие соответствующему стандарту, исходя из условий окружающей среды и типа обслуживания (сернистый газ или очистка). Нержавеющие стали, высоколегированные материалы и коррозионно-стойкие сплавы часто рекомендуются в зависимости от суровости окружающей среды.

Тестирование и проверка: Убедитесь, что все материалы испытаны согласно соответствующим стандартам. Для сред с сернистым газом могут потребоваться дополнительные испытания на SSC, HIC и коррозионную усталость.

Проконсультируйтесь с экспертами: Всегда полезно проконсультироваться со специалистами по коррозии или инженерами-материаловедами, знакомыми с NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1 для обеспечения оптимальных характеристик материала.

Заключение

В заключение, понимая разницу между NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1 имеет важное значение для принятия обоснованных решений по выбору материалов для нефтегазовых приложений как upstream, так и downstream. Выбирая подходящий стандарт для вашей работы, вы обеспечиваете долгосрочную целостность вашего оборудования и помогаете предотвратить катастрофические отказы, которые могут возникнуть из-за неправильно указанных материалов. Независимо от того, работаете ли вы с сернистым газом на морских месторождениях или с химической переработкой на нефтеперерабатывающих заводах, эти стандарты предоставят необходимые рекомендации по защите ваших активов и поддержанию безопасности.

Если вы не уверены, какому стандарту следовать, или вам нужна дополнительная помощь в выборе материала, обратитесь к эксперту по материалам за индивидуальной консультацией. NACE MR0175/ISO 15156 против NACE MR0103/ISO 17495-1 и гарантируем безопасность ваших проектов и их соответствие лучшим отраслевым практикам.