Comprendere l'intervallo di temperatura dell'acciaio: Una guida per un uso ottimale

L'acciaio, un materiale versatile e ampiamente utilizzato in vari settori, presenta proprietà e comportamenti diversi in diversi intervalli di temperatura. La comprensione di queste caratteristiche dipendenti dalla temperatura è fondamentale per ingegneri, produttori e progettisti per ottimizzare le prestazioni dell'acciaio in diverse applicazioni. Questa guida completa esplora i principali intervalli di temperatura che influenzano le proprietà dell'acciaio e fornisce indicazioni su come sfruttare queste conoscenze per un uso ottimale.

1. Temperatura ambiente (da 20°C a 100°C)

A temperatura ambiente, l'acciaio presenta le sue proprietà meccaniche standard, come specificato nelle schede tecniche dei materiali. Questo intervallo è ideale per la maggior parte delle applicazioni quotidiane, in cui resistenza, duttilità e tenacità dell'acciaio sono ben bilanciate. Tuttavia, è importante notare che anche all'interno di questo intervallo, lievi fluttuazioni di temperatura possono influenzare la precisione nelle applicazioni di alta precisione.

Considerazioni chiave:

• Ideale per la maggior parte delle applicazioni strutturali e meccaniche
• Fornisce una linea di base per confrontare le variazioni di proprietà ad altre temperature
• Adatto ai processi di fabbricazione e giunzione standard

2. Intervallo di bassa temperatura (da -50°C a 20°C)

Quando le temperature scendono al di sotto della temperatura ambiente, l'acciaio diventa generalmente più resistente ma meno duttile. Questo fenomeno, noto come infragilimento a bassa temperatura, può avere un impatto significativo sulle prestazioni dell'acciaio in ambienti freddi.

Considerazioni chiave:

• Aumento della resistenza allo snervamento e alla trazione
• Riduzione della duttilità e della tenacità all'impatto
• Rischio più elevato di frattura fragile, soprattutto nelle aree ad alta sollecitazione
• Selezione dei gradi di acciaio appropriati (ad esempio, acciai a bassa temperatura) per le applicazioni criogeniche.

Le migliori pratiche:

• Eseguire test approfonditi sui materiali alle temperature di servizio previste
• Implementare fattori di sicurezza più severi nei calcoli di progettazione.
• Considerare l'utilizzo di acciai legati al nichel per migliorare la tenacità alle basse temperature

3. Intervallo di calore moderato (da 100°C a 450°C)

In questo intervallo, l'acciaio inizia a subire cambiamenti evidenti nelle sue proprietà meccaniche. Se inizialmente la resistenza può aumentare leggermente a causa dell'invecchiamento per deformazione, un'esposizione prolungata può portare a effetti di rinvenimento e a una graduale diminuzione della resistenza allo snervamento.

Considerazioni chiave:

• Potenziale di fragilità blu (infragilimento da tempra) intorno a 300°C
• Diminuzione graduale della resistenza allo snervamento e del modulo elastico
• Maggiore importanza della resistenza al creep per le applicazioni a lungo termine

Le migliori pratiche:

• Tenere conto della ridotta resistenza allo snervamento nei calcoli di progettazione
• Considerare l'utilizzo di acciai resistenti al calore per esposizioni prolungate.
• Implementare processi di trattamento termico appropriati per ottimizzare le proprietà

4. Intervallo di temperatura elevato (da 450°C a 900°C)

A queste temperature elevate, l'acciaio subisce notevoli cambiamenti microstrutturali, con conseguenti alterazioni sostanziali delle proprietà meccaniche. Questo intervallo è critico per i processi di trattamento termico, ma può essere dannoso per la resistenza dell'acciaio in condizioni di servizio.

Considerazioni chiave:

• Diminuzione drastica della resistenza allo snervamento e alla trazione
• Maggiore duttilità e formabilità
• Ossidazione e incrostazione accelerate
• Potenziale di trasformazioni di fase (ad esempio, formazione di austenite)

Le migliori pratiche:

• Utilizzare acciai resistenti alle alte temperature (ad esempio, acciai inossidabili).
• Applicare rivestimenti protettivi o atmosfere controllate per ridurre al minimo l'ossidazione.
• Progettazione per una ridotta capacità di carico a temperature elevate
• Sfruttare una maggiore formabilità per i processi di formatura a caldo

5. Gamma di calore estremo (oltre 900°C)

Le temperature superiori a 900°C si incontrano tipicamente nei processi di produzione, trattamento termico e saldatura dell'acciaio. A queste temperature estreme, l'acciaio diventa altamente malleabile e subisce notevoli cambiamenti microstrutturali.

Considerazioni chiave:

• L'acciaio diventa austenitico, altamente duttile e facilmente formabile.
• Può verificarsi una rapida crescita dei grani, con conseguente potenziale indebolimento del materiale.
• Rischio di fusione incipiente ai confini dei grani
• Intervallo cruciale per i processi di trattamento termico (ad es. austenitizzazione, normalizzazione)

Le migliori pratiche:

• Controllo accurato di tempo e temperatura per ottenere le microstrutture desiderate
• Implementare tecniche di raffreddamento rapido, se necessario, per affinare la struttura dei grani.
• Utilizzare un flusso e metodi di schermatura appropriati nella saldatura per prevenire l'ossidazione.
• Considerare gli effetti dei cicli termici sulle proprietà finali dell'acciaio.

Intervallo di temperatura di utilizzo dell'acciaio

Nota:

1. Le restrizioni d'uso per l'A3F lamiera d'acciaio sono i seguenti:

(1) non deve essere utilizzato per componenti pressurizzati con sostanze estremamente pericolose, altamente pericolose o esplosive;

(2) la temperatura di utilizzo è 0~250℃;

(3) pressione di progetto ≤0,6MPa;

(4) volume del serbatoio ≤10m3;

(5) per i componenti principali pressurizzati (guscio, testa formata), spessore della piastra ≤12 mm; per le flange, i coperchi delle flange, ecc., spessore della piastra ≤16 mm.

2. Le limitazioni d'uso della lamiera d'acciaio A3 sono le seguenti:

(1) non deve essere utilizzato per componenti pressurizzati con sostanze estremamente pericolose, altamente pericolose o gas di petrolio liquefatto;

(2) volume del serbatoio ≤10m3;

(3) per i principali componenti pressurizzati (guscio, testa formata): temperatura di utilizzo 0~350℃; pressione di progetto ≤1.0MPa; spessore della piastra ≤16mm;

(4) per flange, coperture di flange, fogli di tubi e componenti pressurizzati simili: temperatura di utilizzo >-20~350℃; pressione di progetto ≤4,0MPa; P×Di≤2000 (D è il diametro nominale in mm; P è la pressione di progetto in MPa).

Quando la temperatura di utilizzo è -20℃) e lo spessore della piastra è ≥30 mm, la resistenza all'urto a temperatura ambiente della piastra di acciaio (campioni Charpy longitudinali a forma di V, valore medio di tre campioni per gruppo) non deve essere inferiore a 27J.

3. Le limitazioni d'uso della piastra d'acciaio 16Mn sono le seguenti:

(1) Le lamiere d'acciaio non sottoposte a ispezioni supplementari o che non garantiscono i requisiti di tenacità all'urto a temperatura ambiente non possono essere utilizzate per i componenti principali pressurizzati dei recipienti a pressione;

(2) se utilizzato per flange, coperture di flange, lastre di tubi e componenti pressurizzati simili, le restrizioni d'uso sono le stesse dell'acciaio A3;

(3) Dopo l'ispezione o la reispezione, se la resistenza all'urto a temperatura ambiente è garantita (campioni Charpy longitudinali a forma di V, valore medio di tre campioni per gruppo) non inferiore a 27J, può essere utilizzata come componente principale pressurizzato del recipiente a pressione e le restrizioni d'uso sono le seguenti: a. temperatura di progetto 0~350℃; b. pressione di progetto ≤2,5MPa; c. spessore della piastra ≤30mm.

4. Attualmente non esiste uno standard per le lamiere o i tubi di acciaio per 16Mo e INCOLOY 800, né per 12CrMo, 15CrMo, 12Cr2Mo1 e 1Cr5Mo. Per la progettazione si può fare riferimento alle corrispondenti norme estere sull'acciaio.

5. Quando la temperatura di utilizzo a lungo termine di 16Mo supera i 475℃, occorre considerare l'influenza della tendenza alla grafitizzazione. Pertanto, i componenti pressurizzati con un tempo di utilizzo cumulativo superiore a 4 anni devono essere controllati per la grafitizzazione.

6. La temperatura di utilizzo a lungo termine dell'acciaio inossidabile austenitico a bassissimo tenore di carbonio, superiore a 425℃, provoca la precipitazione di carburo di cromo ai bordi dei grani, con conseguente perdita della resistenza alla corrosione intergranulare.

7. Acciaio inossidabile ferritico Le lamiere di acciaio (escluse le lamiere composite) con un contenuto nominale di cromo ≥13% non devono essere utilizzate come componenti principali pressurizzati di recipienti a pressione con pressione di progetto ≥0,25MPa e spessore di parete >6mm.

8. La temperatura minima indicata nella tabella è il valore di temperatura limite inferiore applicabile di questo standard (> -20℃).

9. La "temperatura massima di ossidazione" riportata nella tabella è applicabile solo a componenti non sollecitati e a bassa sollecitazione.

Fonte: HGJ15-89 Codice di progettazione per la selezione dei materiali dei recipienti chimici in acciaio del Ministero dell'Industria Chimica della Repubblica Popolare Cinese.

Temperatura di utilizzo dell'acciaio inossidabile resistente al calore