Hoe behoudt een metaal zijn sterkte en weerstand tegen corrosie bij hoge temperaturen? Chroom-molybdeenstaal, dat veel wordt gebruikt bij olieraffinage en in de chemische industrie, bereikt dit door de unieke samenstelling van de legering. In deze blogpost worden de eigenschappen, hittebestendigheid en corrosiebestendigheid van chroom-molybdeenstaal onderzocht. Ontdek het ontwerp, de productieoverwegingen en waarom dit materiaal cruciaal is voor toepassingen met hoge temperaturen en hoge druk. Lees hoe chroom-molybdeenstaal uw volgende engineeringproject kan verbeteren.
Chroom-molybdeenstaal, ook bekend als waterstofbestendig staal met gemiddelde temperatuur, is een hoogwaardige legering die wordt gekenmerkt door een verbeterde sterkte en kruipweerstand bij hoge temperatuur. Deze verbetering wordt bereikt door de strategische toevoeging van legeringselementen, voornamelijk chroom (Cr ≤10%) en molybdeen (Mo).
Het synergetische effect van deze legeringselementen verbetert niet alleen de mechanische eigenschappen van het staal, maar zorgt ook voor een uitstekende weerstand tegen waterstofbrosheid en superieure prestaties bij hoge temperaturen. Deze eigenschappen maken chroom-molybdeenstaal tot een onmisbaar materiaal in diverse veeleisende industriële toepassingen, waaronder olieraffinage, chemische waterstofverwerkingsapparatuur en apparaten voor hoge temperaturen.
Op het gebied van de productie van drukvaten heeft chroom-molybdeenstaal zich gevestigd als voorkeursmateriaal vanwege de unieke combinatie van eigenschappen. Het vermogen om structurele integriteit te behouden onder verhoogde temperaturen en druk, in combinatie met de weerstand tegen degradatie door waterstof, maakt het bijzonder geschikt voor de veeleisende omgevingen in de procesindustrie.
Dit artikel gaat in op de veelzijdige aspecten van chroom-molybdeenstaal binnen de context van het Jiutai Methanolsyntheseproject. We verkennen de onderscheidende eigenschappen van het materiaal en onderzoeken kritische overwegingen in verschillende stadia van de projectimplementatie, waaronder ontwerpoptimalisatie, fabricageprocessen, protocollen voor niet-destructief onderzoek, warmtebehandelingsregimes en operationele procedures tijdens het opstarten en stilleggen van de fabriek. Door deze factoren uitgebreid aan de orde te stellen, willen we inzichten verschaffen die kunnen bijdragen aan een veilige, efficiënte en betrouwbare werking van chroom-molybdeenstaalapparatuur in methanolsynthese en vergelijkbare industriële processen waarbij veel op het spel staat.
De toevoeging van elementen zoals chroom, molybdeen en aluin verbetert de weerstand van het staal tegen oxidatie bij hoge temperaturen en de sterkte bij hoge temperaturen.
Het werkingsmechanisme is als volgt: Chroom komt voornamelijk voor in cementiet (Fe3C) en het in cementiet opgeloste chroom verhoogt de ontbindingstemperatuur van carbiden, voorkomt het optreden van grafitisering en verbetert zo de hittebestendigheid van het staal.
Molybdeen heeft een versterkend effect in vaste oplossing op ferriet en kan ook de stabiliteit van carbiden verhogen, wat de sterkte van staal bij hoge temperatuur ten goede komt.
Door de toevoeging van een geschikte hoeveelheid vanadium behoudt het staal een fijnkorrelige structuur bij hogere temperaturen, wat de thermische stabiliteit en sterkte van het staal verbetert.
Elementen zoals chroom en molybdeen vergroten de stabiliteit van carbiden en voorkomen hun ontbinding, waardoor de kans op methaanvorming door de reactie van carbiden en neergeslagen koolstof met waterstof afneemt.
De toevoeging van vanadium zorgt ervoor dat het staal een fijnkorrelige structuur behoudt bij hogere temperaturen, waardoor de stabiliteit van het staal onder omstandigheden van hoge temperatuur en druk aanzienlijk toeneemt.
De brosheid van chroom-molybdeenstaal verwijst naar het fenomeen waarbij de slagvastheid van het staal afneemt bij langdurig gebruik binnen een temperatuurbereik van 370 °C tot 595 °C.
Dit is het exacte temperatuurbereik waarbinnen onze veelgebruikte waterstofapparatuur werkt. Experimentele studies hebben aangetoond dat in chroom-molybdeenstaal van drukvaten de hardingsbrosheid het ernstigst is wanneer het chroomgehalte tussen 2% en 3% ligt.
Elementen zoals fosfor, antimoon, tin, arseen, silicium en mangaan hebben een significante invloed op de verbrossing. Verbrossing is omkeerbaar; materialen die ernstig verbrokkeld zijn, kunnen door de juiste warmtebehandeling weer ontbrokkeld worden.
Door de toevoeging van legeringselementen zoals chroom, molybdeen en vanadium wordt de kritische koelsnelheid van staal verlaagd, waardoor de stabiliteit van het onderkoelde austeniet toeneemt.
Als de laskoelsnelheid snel is, zal de transformatie van austeniet tot parelliet in de oververhitte zone van de warmte-beïnvloede zone is onwaarschijnlijk.
In plaats daarvan verandert het in martensiet bij lagere temperaturen, waardoor een gedoofde structuur ontstaat.
Onder de gecombineerde werking van complexe restspanning op de gelaste verbinding en diffuse waterstof is de afgeschrikte structuur in het lasgebied en de warmte-beïnvloede zone zeer gevoelig voor waterstofgeïnduceerde vertraagde scheurvorming.
Onder specifieke bedrijfsomstandigheden moeten de geselecteerde materialen niet alleen een superieure weerstand tegen waterstofcorrosie hebben, maar ook de neiging tot brosheid effectief onder controle houden.
Ze moeten ook goede lasbaarheid. De chemische samenstelling bepaalt de structuur, de structuur bepaalt de prestaties en de prestaties bepalen het gebruik. Uiteindelijk ligt de sleutel in de controle van de chemische samenstelling.
3.1.1 Maatregelen tegen waterstofcorrosie
Chroommolybdeenstaal ondervindt geen waterstofcorrosie, zelfs niet onder hoge druk bij lagere temperaturen (~200°C). Het kan echter wel waterstofcorrosie vertonen bij gebruik in waterstofomgevingen met hoge temperatuur en hoge druk.
Meestal selecteren we chroommolybdeenstaal voor specifieke bedrijfsomstandigheden op basis van de Nelson-curve, die overeenkomt met de bedrijfstemperatuur en de partiële waterstofdruk.
Zoals te zien is in de Nelson-curve, is de weerstand tegen waterstofcorrosie sterker naarmate het chroom- en molybdeengehalte hoger is.
Als in de curve de bedrijfsomstandigheden van het vat boven de ononderbroken lijn liggen, duidt dit op het optreden van waterstofcorrosie. Als ze onder de ononderbroken lijn liggen, geeft dit aan dat er geen waterstofcorrosie zal optreden.
3.1.2 Maatregelen om de neiging tot broosheid te beheersen
Door het gehalte aan elementen zoals P, Sb, Sn, As, Si en Mn in het materiaal te regelen, kan de neiging tot broosheid worden beheerst.
De brosheidsgevoeligheidscoëfficiënt J van gewoon staal en de brosheidsgevoeligheidscoëfficiënt x van het lasmetaal worden hiervoor gewoonlijk gebruikt. Voor algemeen gebruikt 2,25Cr-1Mo worden de volgende controle-indices gebruikt:
In praktische technische toepassingen is het ook noodzakelijk om de inhoud van de restelementen Cu en Ni te controleren. Het Cu-gehalte mag niet hoger zijn dan 0,20% en het Ni gehalte niet hoger dan 0,30%.
3.1.3 Bepaling van scheurgevoeligheid
Scheurgevoeligheid is gerelateerd aan koolstofequivalent, waarvan de waarde moet worden bepaald door de fabrikant op basis van de lasproces evaluatie.
De berekeningsmethode is: Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15.
Naarmate de koolstofequivalentwaarde toeneemt, verslechtert de lasbaarheid van het staal. Wanneer de Ceq-waarde groter is dan 0,5%, neemt de gevoeligheid voor koudscheuren toe, en de las- en warmtebehandelingsprocessen strenger worden.
Voor veelgebruikte Cr-Mo staalmaterialen met 485Mpa ≤ UTS <550Mpa is Ceq gewoonlijk beperkt tot ongeveer 0,48%.
Wanneer gesimuleerd lassen en warmtebehandeling na het lassen worden uitgevoerd op testplaten voor productlassen, kan het maximale koolstofequivalent worden verhoogd tot 0,5%.
Door de hoge verhardingsneiging van Cr-Mo staal is het gevoelig voor vertraagd scheuren en barsten bij de hoeklassen.
Daarom is de structureel ontwerp moet aandacht besteden aan de volgende punten:
3.2.1 Beperk de mate van terughoudendheid en ontwerp de verbindingsstructuur op een redelijke manier.
3.2.2 Het lasoppervlak mag geen ondersnijding hebben.
3.2.3 Gatenwapening moet in zijn geheel worden uitgevoerd en ringwapeningsstructuren mogen niet worden gebruikt.
3.2.4 Inwendige verlengstukken mogen niet worden gebruikt.
3.2.5 De verbinding met accessoires moet dubbelzijdig zijn. volledige penetratie structuur en hoeklassen mogen niet worden gebruikt.
3.2.6 Voor de stootverbinding van de cilinder wordt bij voorkeur een U-vorm gebruikt. groef.
Cr-Mo staal heeft een grotere koolstofequivalentwaarde en heeft over het algemeen de neiging om in meer of mindere mate koud te scheuren. Dit kan worden voorkomen door de volgende maatregelen te nemen:
3.3.1 Controleer strikt het waterstofgehalte in de lasstaaf en gebruik een basische elektrode met een laag waterstofgehalte.
3.3.2 Voorverwarmen moet gebeuren voordat de apparatuurassemblage wordt gelast. Door voorverwarmen wordt de koelsnelheid van de lasmateriaal kan worden verminderd om de vorming van brosse harde structuren te voorkomen.
De voorverwarmingstemperatuur wordt bepaald door de evaluatie van lasprocessen. Vóór de evaluatie van het lasproces moet een las scheurtest moet worden uitgevoerd op het monster om de voorverwarmingstemperatuur te bepalen, die niet lager mag zijn dan de voorverwarmingstemperatuur tijdens het gehele lasproces.
Tegelijkertijd moet de tussenlaagtemperatuur niet lager zijn dan de voorverwarmingstemperatuur. Naverwarmingsmaatregelen moeten onmiddellijk na het lassen worden genomen.
Elke staalplaat Cr-Mo die voor de behuizing wordt gebruikt, moet een ultrasone test ondergaan.
Voor reactievaten met hoge temperatuur, hoge druk en dikke wanden moeten, na 100% radiografisch onderzoek van de stootvoegen, ultrasoon onderzoek en aanvullend onderzoek met magnetische deeltjes worden uitgevoerd op lasverbindingen toelaatbaar voor ultrasoon onderzoek na warmtebehandeling en hydrostatisch onderzoek.
Ultrasoon onderzoek is gevoeliger voor scheuren en defecten dan radiografisch onderzoek en moet daarom zorgvuldig worden uitgevoerd, rekening houdend met de timing voor niet-destructief onderzoek.
Tijdens het fabricageproces van het vat kan waterstofgas in het metaal infiltreren, waardoor kleine scheurtjes in het staal ontstaan, een fenomeen dat bekend staat als waterstofbrosheid.
Om waterstofbrosheid te voorkomen, moet na het lassen onmiddellijk een dehydrogenatiebehandeling worden uitgevoerd.
Bij een dehydrogeneringsbehandeling worden de las en het aangrenzende moedermateriaal onmiddellijk na het lassen verwarmd tot een hoge temperatuur, waardoor de diffusiecoëfficiënt van waterstof in het staal toeneemt.
Dit bevordert de uitstroom van oververzadigde waterstofatomen in het lasmetaal, waardoor het optreden van koude scheuren. Een dehydrogenatiebehandeling kan onnodig worden geacht als de warmtebehandeling na het lassen (Post-Weld Heat Treatment, PWHT) direct na het lassen wordt uitgevoerd.
Drukvaten van elke dikte van Cr-Mo moeten na het lassen een warmtebehandeling ondergaan. Warmtebehandeling van Cr-Mo staal na het lassen elimineert niet alleen restspanning maar verbetert ook de mechanische eigenschappen van het staal, wat voordelig is bij het weerstaan van waterstofcorrosie.
Cr-Mo staal kan bros bezwijken als de bedrijfstemperatuur laag is of in de buurt komt van de overgangstemperatuur van ductiel naar bros en de spanning een bepaald niveau bereikt.
Dergelijk falen is echter bijna te voorkomen als de werkelijke spanning in het vat minder is dan een vijfde van de treksterkte van Cr-Mo staal.
Daarom moet voor drukvaten van Cr-Mo staal een procedure worden toegepast waarbij de temperatuur tijdens het opstarten vóór de druk wordt verhoogd en de druk tijdens het stilleggen vóór de temperatuur wordt verlaagd om bros worden te voorkomen.
Bij het implementeren van internationale standaard Cr-Mo staalmaterialen
Vanwege de verschillen in de bepaling van de veiligheidsfactor en berekeningsmethoden tussen binnenlandse en internationale normen voor toelaatbare materiaalspanningen, moet men bij het gebruik van Cr-Mo staalmaterialen uit internationale normen de binnenlandse regels voor toelaatbare spanningsberekening toepassen.
Als we SA387Cr.11G1.2 als voorbeeld nemen, is de berekening van de toelaatbare spanning als volgt:
Verkrijg eerst de treksterkte en treksterkte bij verschillende temperaturen voor het materiaal van ASME.
De toelaatbare spanning bij kamertemperatuur is de kleinste waarde tussen de treksterkte bij kamertemperatuur gedeeld door 3,0 en de vloeigrens gedeeld door 1,5.
Aangezien er in eigen land geen gegevens zijn over de treksterkte bij hoge temperaturen, wordt de toelaatbare spanning bij hoge temperaturen verkregen door de vloeigrens bij hoge temperaturen te delen door 1,6.
Als de berekende waarde groter is dan de toegestane spanning bij kamertemperatuur, gebruik dan de waarde bij kamertemperatuur. Gebruik anders de berekende waarde.
De toelaatbare spanning van dit materiaal in ASME laat zien dat wanneer de temperatuur boven de 450℃ komt, de toelaatbare spanning snel daalt, op welk punt de kruipgrens de toelaatbare spanning bepaalt.
Aangezien ASME geen gegevens verschaft over de kruipgrens boven 450℃ en de veiligheidsfactoren voor de kruipgrens in zowel binnenlandse normen als ASME consistent zijn, nemen we direct de toelaatbare spanning van ASME over. De specifieke toelaatbare spanning bij de ontwerptemperatuur kan worden verkregen door interpolatie.
Dit artikel beschrijft enkele specifieke vereisten voor Cr-Mo stalen materialen. In het gedetailleerde ontwerpwerk is het noodzakelijk om alle aspecten te overwegen volgens de standaardspecificaties, een uitgebreide analyse uit te voeren om een veilig, economisch en rationeel ontwerp te bereiken.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO