Já alguma vez se interrogou sobre o impacto da escolha do aço na segurança e eficiência dos recipientes sob pressão? O aço para recipientes sob pressão tem de suportar pressões e temperaturas elevadas e, ao mesmo tempo, ser resistente à corrosão e às tensões mecânicas. Este artigo explora vários tipos de aço, as suas propriedades e como selecionar o mais adequado para diferentes aplicações, garantindo segurança e rentabilidade. Quer esteja na indústria química ou petroquímica, compreender estes princípios é crucial para uma conceção e um desempenho ideais dos recipientes. Mergulhe para aprender os fundamentos da escolha do melhor aço para as suas necessidades de vasos de pressão.
O aço para recipientes sob pressão refere-se ao tipo de aço utilizado na construção de recipientes sob pressão. Refere-se normalmente a aço de alta resistência.
Para satisfazer vários requisitos de conceção e fabrico, estão disponíveis vários tipos de aço com base nos seus níveis de resistência, incluindo o carbono e a alta resistência de baixa liga.
Atualmente, existem cinco graus de resistência de aço disponíveis na China para recipientes sob pressão: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR e 18MnMoNbR.
Na conceção dos recipientes sob pressão, é essencial escolher os materiais estruturais adequados para garantir uma estrutura razoável, um funcionamento seguro e uma conceção económica do recipiente.
A seleção do aço para os recipientes sob pressão deve basear-se na pressão de projeto, na temperatura de projeto e nas características do meio que será armazenado no equipamento.
O aço escolhido deve ter excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão, bom desempenho de soldadura e capacidade para suportar condições de processamento a frio e a quente nas condições de projeto.
Além disso, é importante selecionar o aço mais rentável, a fim de minimizar o custo global do equipamento.
O aço normalmente utilizado em instalações químicas e petroquímicas é classificado e definido com base na sua composição química e estrutura metalúrgica da seguinte forma
Ligas ferro-carbono com um teor de manganês inferior ou igual a 1,2% e um teor de teor de carbono de valor inferior ou igual a 2,0% são definidos como aço, sem adição intencional de outros elementos de liga.
O aço com baixo teor de carbono refere-se ao aço com um teor de carbono inferior ou igual a 0,25%.
Para efeitos de soldadura, o teor de carbono do aço utilizado na construção de componentes sob pressão não deve exceder 0,25% para garantir a sua soldabilidade.
Por conseguinte, o aço de baixo carbono é normalmente utilizado para soldar recipientes sob pressão.
O aço-carbono mencionado nestes seleção de materiais As directrizes referem-se ao aço de baixo carbono.
Baixa liga de aço é um termo que engloba tanto os aços de baixa liga de elevada resistência como os aços perlíticos resistentes ao calor.
O aço de baixa liga e alta resistência refere-se ao aço com um teor de liga inferior a 3,0%, concebido para melhorar a sua resistência e propriedades gerais. Exemplos deste tipo de aço incluem o 16MnR e o 15MnV.
O aço perlítico resistente ao calor é um aço com baixo teor de carbono concebido para melhorar as suas propriedades de resistência ao calor e ao hidrogénio através da adição de elementos de liga como o crómio (Cr ≤ 10%) e o molibdénio. Exemplos de tais aços incluem o 18MnMoNb e o 15CrMo.
O aço inoxidável é um tipo de aço que possui uma estrutura metalúrgica austenítica à temperatura ambiente. Exemplos de tais aços incluem o Cr18Ni9 e o Cr17Ni12Mo2.
Aço inoxidável ferrítico é um tipo de aço inoxidável que tem uma microestrutura ferrítica à temperatura ambiente. Um exemplo deste tipo de aço é o Cr13Al.
Aço inoxidável martensítico é um tipo de aço inoxidável que tem uma microestrutura martensítica à temperatura ambiente. Um exemplo deste tipo de aço é o Cr13.
Os materiais utilizados no fabrico de recipientes sob pressão devem cumprir os regulamentos descritos na GBT 150 para recipientes sob pressão em aço.
O limite superior da temperatura de serviço para uma determinada classe de aço é a temperatura máxima à qual pode ser utilizado o valor específico da tensão admissível, tal como consta da tabela de tensões admissíveis.
Consulte as normas relevantes para obter informações sobre a composição química, as propriedades mecânicas à temperatura normal, a disponibilidade e outros pormenores dos tipos de aço nacionais que são semelhantes aos especificados na ASME-II.
Do ponto de vista do aprovisionamento e do fabrico, é desejável utilizar aço com uma vasta gama de variedades e especificações para os contentores.
(1) Aço-carbono:
A seleção de Q235Os tipos de aço -A, F, Q235-A, Q235-B e Q235-C devem cumprir as disposições específicas da GB150.
Para componentes sob pressão com espessura de parede inferior a 8 mm, o carbono chapa de aço é preferível.
Quando a espessura da parede dos componentes sob pressão afecta a rigidez, o aço-carbono é a opção preferida.
(2) Aço de baixa liga:
Para componentes sob pressão em que a espessura da parede afecta a resistência, o aço de baixo carbono e o aço de baixa liga devem ser seleccionados em sequência, assegurando simultaneamente que satisfazem o âmbito da aplicação.
Isto inclui chapas de aço como 20R, 16MnR, 15MnVR e outras.
O aço carbono e o aço carbono manganês não devem ser usados a 425 ℃ por um período prolongado, pois isso pode resultar na decomposição da cementita no aço, levando à grafitização da fase de carboneto. Isso reduz a resistência, a plasticidade e a resistência ao impacto do material, tornando-o quebradiço e inadequado para uso.
Em vez disso, deve ser utilizado aço perlítico de baixo carbono resistente ao calor.
(3) Aço perlítico resistente ao calor:
O aço resistente ao calor perlítico é comumente usado para aplicações resistentes ao calor ou resistentes ao hidrogênio com uma temperatura de projeto acima de 350 ℃.
(4) Aço inoxidável austenítico:
O aço inoxidável austenítico é utilizado principalmente em condições que exigem resistência à corrosão ou a necessidade de materiais limpos, não contaminados e sem iões de ferro.
O aço inoxidável austenítico não deve ser usado como aço resistente ao calor com uma temperatura de projeto superior a 500 ℃.
O aço inoxidável austenítico é normalmente utilizado apenas como aço de baixa temperatura quando o aço de baixa liga não pode ser selecionado para aplicações de baixa temperatura.
Para espessuras superiores a 12 mm, deve ser dada preferência ao aço composto de aço inoxidável austenítico.
(5) Aço para baixas temperaturas:
O aço de baixa temperatura deve geralmente ser selecionado para aplicações onde a temperatura de projeto é menor ou igual a -20 ℃ (excluindo baixa tensão).
Se o aço for utilizado abaixo da sua temperatura de transição frágil e a tensão atingir um determinado valor, pode ocorrer uma falha frágil.
Para evitar uma falha frágil, o material deve ter um determinado nível de resistência à sua temperatura de serviço, que é medido através de um ensaio de impacto. Os requisitos de valor de impacto são especificados com base na resistência à tração do material.
Para além de cumprir os requisitos de resistência à tração e limite de elasticidadeO aço de baixa temperatura deve também cumprir os requisitos de resistência ao impacto.
(6) Aço resistente à corrosão:
Aço resistente à corrosão por hidrogénio - Quando o aço perlítico resistente ao calor é utilizado como aço resistente ao hidrogénio a alta temperatura, a utilização a longo prazo a altas temperaturas pode provocar a acumulação de metano a partir da reação química entre o hidrogénio dissolvido no aço e o carbono, conduzindo a fissuras internas ou mesmo a fissuras (ou seja fragilização por hidrogénio).
Por conseguinte, ao trabalhar com hidrogénio a alta temperatura, a curva de Nelson deve ser verificada de acordo com a pressão parcial de hidrogénio do material (pressão de projeto multiplicada pela percentagem volumétrica de hidrogénio) e a temperatura de projeto para determinar o tipo de aço adequado.
A curva de Nelson pode ser encontrada em HG20581.
(7) Aço para componentes não sujeitos a pressão:
A GB150 especifica o aço para os recipientes sob pressão, mas não existem disposições escritas para os componentes sem pressão.
O HG20581 prevê as seguintes disposições para a seleção de aço para componentes sem pressão:
Com base no limite inferior da temperatura de serviço, importância e pressão dos componentes, os coeficientes correspondentes K1, K2 e K3 são seleccionados da seguinte forma:
Coeficiente de alta temperatura K1:
T> 0℃, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.
Coeficiente de Importância K2:
Se ocorrerem danos, estes só afectarão o equipamento localmente, K2=1;
Se ocorrerem danos, estes afectarão todo o equipamento, K2=2.
Coeficiente de nível de stress K3:
Baixo nível de stress, K3=1;
O nível de tensão é inferior ou igual a 2/3 da tensão admissível, K3=2;
O nível de tensão é superior a 2/3 da tensão admissível, K3=3.
K= K1+ K2 + K3
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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