Você já se perguntou como a escolha do aço afeta a segurança e a eficiência dos vasos de pressão? O aço para vasos de pressão deve suportar altas pressões e temperaturas e, ao mesmo tempo, ser resistente à corrosão e ao estresse mecânico. Este artigo explora vários tipos de aço, suas propriedades e como selecionar o mais adequado para diferentes aplicações, garantindo segurança e economia. Se você trabalha no setor químico ou petroquímico, compreender esses princípios é fundamental para o projeto e o desempenho ideais dos vasos. Mergulhe de cabeça para aprender os fundamentos da escolha do melhor aço para suas necessidades de vasos de pressão.
O aço para vasos de pressão refere-se ao tipo de aço usado na construção de vasos de pressão. Normalmente, refere-se a aço de alta resistência.
Para atender a vários requisitos de projeto e fabricação, vários tipos de aço estão disponíveis com base em seus níveis de resistência, incluindo carbono e baixa liga de alta resistência.
Atualmente, há cinco graus de resistência de aço disponíveis na China para vasos de pressão: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR e 18MnMoNbR.
No projeto de vasos de pressão, é essencial escolher os materiais estruturais corretos para garantir uma estrutura razoável, uma operação segura e um projeto econômico do vaso.
A seleção do aço para vasos de pressão deve se basear 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 soldagem e capacidade de suportar condições de processamento a frio e a quente nas condições do projeto.
Além disso, é importante selecionar o aço mais econômico para minimizar o custo total do equipamento.
O aço comumente usado em plantas químicas e petroquímicas é categorizado e definido com base em sua composição química e estrutura metalúrgica da seguinte forma:
Ligas de ferro-carbono com teor de manganês menor ou igual a 1,2% e teor de carbono de menor ou igual a 2,0% são definidos como aço, sem adição intencional de outros elementos de liga.
O aço de baixo carbono refere-se ao aço com teor de carbono menor ou igual a 0,25%.
Para fins de soldagem, o teor de carbono do aço usado na construção de componentes de pressão não deve exceder 0,25% para garantir sua soldabilidade.
Portanto, o aço de baixo carbono é normalmente usado para soldar vasos de pressão.
O aço carbono mencionado nesses seleção de materiais As diretrizes referem-se ao aço de baixo carbono.
Baixa liga de aço é um termo que engloba tanto o aço de baixa liga e alta resistência quanto o aço perlítico resistente ao calor.
O aço de baixa liga e alta resistência refere-se ao aço com um teor de liga inferior a 3,0%, projetado para melhorar sua resistência e propriedades gerais. Exemplos desse tipo de aço incluem o 16MnR e o 15MnV.
O aço perlítico resistente ao calor refere-se ao aço de baixo carbono projetado para melhorar suas propriedades de resistência ao calor e ao hidrogênio por meio da adição de elementos de liga como o cromo (Cr ≤ 10%) e o molibdênio. Exemplos desse tipo de aço incluem o 18MnMoNb e o 15CrMo.
O aço inoxidável é um tipo de aço que tem uma estrutura metalúrgica austenítica em temperatura ambiente. Exemplos desse tipo de aço incluem o Cr18Ni9 e o Cr17Ni12Mo2.
Aço inoxidável ferrítico é um tipo de aço inoxidável que tem uma microestrutura ferrítica em temperatura ambiente. Um exemplo desse tipo de aço é o Cr13Al.
Aço inoxidável martensítico é um tipo de aço inoxidável que tem uma microestrutura martensítica em temperatura ambiente. Um exemplo desse tipo de aço é o Cr13.
Os materiais usados na fabricação de vasos de pressão devem estar em conformidade com as normas descritas na GBT 150 para vasos de pressão de aço.
O limite superior da temperatura de serviço para um tipo específico de aço é a temperatura máxima na qual o valor específico da tensão permitida, conforme listado na tabela de tensão permitida, pode ser usado.
Consulte as normas relevantes para obter informações sobre a composição química, as propriedades mecânicas em temperatura normal, a disponibilidade e outros detalhes dos tipos de aço nacionais que são semelhantes aos especificados na ASME-II.
Do ponto de vista da aquisição e da fabricação, é desejável usar aço com uma ampla gama de variedades e especificações para contêineres.
(1) Aço carbono:
A seleção de Q235Os tipos de aço -A, F, Q235-A, Q235-B e Q235-C devem estar em conformidade com as disposições específicas da GB150.
Para componentes de pressão com espessura de parede inferior a 8 mm, o carbono chapa de aço é preferível.
Quando a espessura da parede dos componentes de pressão afeta a rigidez, o aço carbono é a opção preferida.
(2) Aço de baixa liga:
Para componentes de pressão em que a espessura da parede afeta a resistência, o aço de baixo carbono e o aço de baixa liga devem ser selecionados em sequência, garantindo que atendam ao escopo da aplicação.
Isso inclui chapas de aço como 20R, 16MnR, 15MnVR e outras.
O aço carbono e o aço carbono manganês não devem ser usados a 425°C por um período prolongado, pois isso pode resultar na decomposição da cementita no aço, levando à grafitização da fase de carboneto. Isso reduz a força, a plasticidade e a resistência ao impacto do material, tornando-o frágil e inadequado para uso.
Em vez disso, deve ser usado aço perlítico de baixo carbono resistente ao calor.
(3) Aço perlítico resistente ao calor:
O aço perlítico resistente ao calor é comumente usado para aplicações resistentes ao calor ou ao hidrogênio com uma temperatura de projeto acima de 350°C.
(4) Aço inoxidável austenítico:
O aço inoxidável austenítico é usado principalmente em condições que exigem resistência à corrosão ou a necessidade de materiais limpos, não contaminados e sem íons de ferro.
O aço inoxidável austenítico não deve ser usado como aço resistente ao calor com uma temperatura de projeto superior a 500 ℃.
Em geral, o aço inoxidável austenítico só é usado 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, o aço composto de aço inoxidável austenítico deve ser preferido.
(5) Aço para baixas temperaturas:
O aço para baixas temperaturas geralmente deve ser selecionado para aplicações em que a temperatura de projeto seja menor ou igual a -20°C (excluindo baixa tensão).
Se o aço for usado abaixo de sua temperatura de transição frágil e a tensão atingir um determinado valor, poderá ocorrer uma falha frágil.
Para evitar falhas frágeis, o material deve ter um determinado nível de resistência em sua temperatura de serviço, que é medido por meio de um teste de impacto. Os requisitos de valor de impacto são especificados com base na resistência à tração do material.
Além de atender aos requisitos de resistência à tração e resistência ao escoamentoO aço de baixa temperatura também deve atender aos requisitos de resistência ao impacto.
(6) Aço resistente à corrosão:
Aço resistente à corrosão por hidrogênio - Quando o aço perlítico resistente ao calor é usado como aço resistente ao hidrogênio em alta temperatura, o uso prolongado em altas temperaturas pode causar o acúmulo de metano a partir da reação química entre o hidrogênio dissolvido no aço e o carbono, levando a rachaduras internas ou até mesmo a trincas (ou seja fragilização por hidrogênio).
Portanto, ao trabalhar com hidrogênio em alta temperatura, a curva de Nelson deve ser verificada de acordo com a pressão parcial de hidrogênio do material (pressão de projeto multiplicada pela porcentagem de volume de hidrogênio) e a temperatura de projeto para determinar o grau de aço adequado.
A curva de Nelson pode ser encontrada em HG20581.
(7) Aço para componentes sem pressão:
A GB150 especifica o aço para vasos de pressão, mas não há disposições escritas para componentes sem pressão.
O HG20581 fornece 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 selecionados 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 ocorrer um dano, ele afetará o equipamento apenas localmente, K2=1;
Se ocorrer um dano, ele afetará todo o equipamento, K2=2.
Coeficiente de nível de estresse K3:
Baixo nível de estresse, K3=1;
O nível de tensão é menor ou igual a 2/3 da tensão permitida, K3=2;
O nível de tensão é maior que 2/3 da tensão permitida, K3=3.
K= K1+ K2 + K3
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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