Vi siete mai chiesti come la scelta dell'acciaio influisca sulla sicurezza e sull'efficienza dei recipienti a pressione? L'acciaio per recipienti a pressione deve resistere a pressioni e temperature elevate ed essere resistente alla corrosione e alle sollecitazioni meccaniche. Questo articolo esplora i vari tipi di acciaio, le loro proprietà e come scegliere quello giusto per le diverse applicazioni, garantendo sicurezza ed economicità. Che si tratti di industria chimica o petrolchimica, la comprensione di questi principi è fondamentale per la progettazione e le prestazioni ottimali dei serbatoi. Immergetevi per imparare gli elementi essenziali della scelta dell'acciaio migliore per le vostre esigenze di recipienti a pressione.
Per acciaio per recipienti a pressione si intende il tipo di acciaio utilizzato nella costruzione di recipienti a pressione. In genere si riferisce a acciaio ad alta resistenza.
Per soddisfare i vari requisiti di progettazione e produzione, sono disponibili diversi tipi di acciaio in base ai livelli di resistenza, tra cui quelli al carbonio e quelli a basso tenore di leghe ad alta resistenza.
Attualmente, in Cina sono disponibili cinque gradi di resistenza dell'acciaio per recipienti a pressione: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR e 18MnMoNbR.
Nella progettazione dei recipienti a pressione, è essenziale scegliere i materiali strutturali giusti per garantire una struttura ragionevole, un funzionamento sicuro e una progettazione economica del recipiente.
La scelta dell'acciaio per i recipienti a pressione deve basarsi sulla pressione di progetto, sulla temperatura di progetto e sulle caratteristiche del fluido che verrà immagazzinato nell'apparecchiatura.
L'acciaio scelto deve avere eccellenti proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione, buone prestazioni di saldatura e capacità di sopportare condizioni di lavorazione a freddo e a caldo nelle condizioni di progetto.
Inoltre, è importante selezionare l'acciaio più conveniente per ridurre al minimo il costo complessivo dell'apparecchiatura.
Gli acciai comunemente utilizzati negli impianti chimici e petrolchimici sono classificati e definiti in base alla loro composizione chimica e struttura metallurgica come segue:
Leghe ferro-carbonio con un contenuto di manganese inferiore o uguale a 1,2% e un contenuto di manganese inferiore o uguale a 1,2%. contenuto di carbonio inferiore o uguale a 2,0% sono definiti come acciaio, senza aggiunta intenzionale di altri elementi di lega.
Per acciaio a basso tenore di carbonio si intende un acciaio con un contenuto di carbonio inferiore o uguale a 0,25%.
Ai fini della saldatura, il tenore di carbonio dell'acciaio utilizzato per la costruzione di componenti a pressione non deve superare lo 0,25% per garantirne l'integrità. saldabilità.
Per questo motivo, per la saldatura dei recipienti a pressione si utilizza in genere acciaio a basso tenore di carbonio.
L'acciaio al carbonio menzionato in questi selezione del materiale Le linee guida si riferiscono all'acciaio a basso tenore di carbonio.
Basso acciaio legato è un termine che comprende sia l'acciaio basso legato ad alta resistenza che l'acciaio perlitico resistente al calore.
Gli acciai basso-legati ad alto limite di snervamento si riferiscono ad acciai con un contenuto di leghe inferiore a 3,0%, progettati per migliorare la resistenza e le proprietà generali. Esempi di questi acciai sono il 16MnR e il 15MnV.
Gli acciai perlitici resistenti al calore sono acciai a basso tenore di carbonio progettati per migliorare le proprietà di resistenza al calore e all'idrogeno mediante l'aggiunta di elementi in lega come il cromo (Cr ≤ 10%) e il molibdeno. Esempi di tali acciai sono 18MnMoNb e 15CrMo.
L'acciaio inossidabile è un tipo di acciaio che presenta una struttura metallurgica austenitica a temperatura ambiente. Esempi di tali acciai sono Cr18Ni9 e Cr17Ni12Mo2.
Acciaio inossidabile ferritico è un tipo di acciaio inossidabile che presenta una microstruttura ferritica a temperatura ambiente. Un esempio di questo tipo di acciaio è il Cr13Al.
Acciaio inossidabile martensitico è un tipo di acciaio inossidabile che presenta una microstruttura martensitica a temperatura ambiente. Un esempio di questo tipo di acciaio è il Cr13.
I materiali utilizzati per la fabbricazione dei recipienti a pressione devono essere conformi alle norme del GBT 150 per i recipienti a pressione in acciaio.
Il limite superiore della temperatura di servizio per uno specifico tipo di acciaio è la temperatura massima alla quale può essere utilizzato lo specifico valore di sollecitazione ammissibile, come elencato nella tabella delle sollecitazioni ammissibili.
Per informazioni sulla composizione chimica, sulle proprietà meccaniche a temperatura normale, sulla disponibilità e su altri dettagli dei gradi di acciaio nazionali simili a quelli specificati nella norma ASME-II, consultare le norme pertinenti.
Dal punto di vista dell'approvvigionamento e della produzione, è auspicabile utilizzare per i contenitori acciaio con un'ampia gamma di varietà e specifiche.
(1) Acciaio al carbonio:
La selezione di Q235-I tipi di acciaio Q235-A, Q235-B e Q235-C devono essere conformi alle disposizioni specifiche di GB150.
Per i componenti a pressione con spessore di parete inferiore a 8 mm, carbonio lamiera d'acciaio è preferibile.
Quando lo spessore delle pareti dei componenti a pressione influisce sulla rigidità, l'acciaio al carbonio è l'opzione preferita.
(2) Acciaio a bassa lega:
Per i componenti a pressione in cui lo spessore delle pareti influisce sulla resistenza, è necessario scegliere in sequenza acciai a basso tenore di carbonio e acciai a bassa lega, assicurandosi che soddisfino l'ambito di applicazione.
Tra questi vi sono piastre di acciaio come 20R, 16MnR, 15MnVR e altri.
L'acciaio al carbonio e l'acciaio al carbonio manganese non devono essere utilizzati a 425℃ per un periodo prolungato, in quanto possono provocare la decomposizione della cementite nell'acciaio, con conseguente grafitizzazione della fase di carburo. Ciò riduce la resistenza, la plasticità e la tenacità all'impatto del materiale, rendendolo fragile e inadatto all'uso.
Al suo posto deve essere utilizzato acciaio perlitico a basso tenore di carbonio resistente al calore.
(3) Acciaio perlitico resistente al calore:
L'acciaio perlitico resistente al calore è comunemente utilizzato per applicazioni resistenti al calore o all'idrogeno con una temperatura di progetto superiore a 350℃.
(4) Acciaio inossidabile austenitico:
L'acciaio inossidabile austenitico è utilizzato principalmente in condizioni che richiedono resistenza alla corrosione o la necessità di materiali puliti, non contaminati e privi di ioni di ferro.
L'acciaio inossidabile austenitico non deve essere utilizzato come acciaio resistente al calore con una temperatura di progetto superiore a 500℃.
L'acciaio inossidabile austenitico è tipicamente utilizzato come acciaio per basse temperature quando non è possibile scegliere un acciaio basso legato per applicazioni a bassa temperatura.
Per spessori superiori a 12 mm, si dovrebbe preferire l'acciaio composito austenitico.
(5) Acciaio per basse temperature:
L'acciaio per basse temperature deve essere generalmente scelto per applicazioni in cui la temperatura di progetto è inferiore o uguale a -20℃ (escluse le basse sollecitazioni).
Se l'acciaio viene utilizzato al di sotto della sua temperatura di transizione fragile e la sollecitazione raggiunge un certo valore, può verificarsi una rottura fragile.
Per evitare rotture fragili, il materiale deve avere un certo livello di tenacità alla sua temperatura di servizio, che viene misurato attraverso una prova d'urto. I requisiti del valore d'impatto sono specificati in base alla resistenza alla trazione del materiale.
Oltre a soddisfare i requisiti di resistenza alla trazione e di resistenza allo snervamentoL'acciaio per basse temperature deve soddisfare anche i requisiti di tenacità all'urto.
(6) Acciaio resistente alla corrosione:
Acciaio resistente alla corrosione da idrogeno - Quando l'acciaio perlitico resistente al calore viene utilizzato come acciaio resistente all'idrogeno per alte temperature, l'uso a lungo termine ad alte temperature può causare l'accumulo di metano derivante dalla reazione chimica tra l'idrogeno disciolto nell'acciaio e il carbonio, con conseguente formazione di cricche interne o addirittura di fessure (es. infragilimento da idrogeno).
Pertanto, quando si lavora con idrogeno ad alta temperatura, la curva di Nelson deve essere controllata in base alla pressione parziale dell'idrogeno del materiale (pressione di progetto moltiplicata per la percentuale in volume dell'idrogeno) e alla temperatura di progetto per determinare il tipo di acciaio adatto.
La curva di Nelson si trova in HG20581.
(7) Acciaio per componenti non a pressione:
GB150 specifica l'acciaio per i recipienti a pressione, ma non ci sono disposizioni scritte per i componenti non a pressione.
Il codice HG20581 fornisce le seguenti disposizioni per la scelta dell'acciaio per i componenti non a pressione:
In base al limite inferiore della temperatura di servizio, dell'importanza e della pressione dei componenti, i coefficienti corrispondenti K1, K2 e K3 sono selezionati come segue:
Coefficiente di alta temperatura K1:
T> 0℃, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.
Coefficiente di importanza K2:
Se si verifica un danno, questo si ripercuote solo localmente sull'apparecchiatura, K2=1;
Se si verifica un danno, questo si ripercuoterà sull'intera apparecchiatura, K2=2.
Coefficiente del livello di stress K3:
Basso livello di stress, K3=1;
Il livello di sollecitazione è inferiore o uguale a 2/3 della sollecitazione ammissibile, K3=2;
Il livello di sollecitazione è superiore ai 2/3 della sollecitazione ammissibile, K3=3.
K= K1+ K2 + K3
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