Полное руководство по трубам из легированной стали: ASTM A335 от P5 до P92.

Что такое трубы из легированной стали? Чем она отличается от углеродистой стали?

Трубы из легированной стали содержат преднамеренные добавки легирующих элементов - хрома, молибдена, никеля, ванадия и других - для улучшения свойств, превышающих те, которые может обеспечить углеродистая сталь. Эти легирующие элементы изменяют микроструктуру и эксплуатационные характеристики материала. Хром (Cr) улучшает стойкость к окислению и коррозии, образуя стабильный слой оксида хрома. Молибден (Mo) повышает -высокотемпературную прочность на растяжение и ползучесть за счет упрочнения твердого раствора. Ванадий (V) и ниобий (Nb) улучшают структуру зерна и обеспечивают дисперсионное упрочнение. Сочетание этих элементов создает материалы, которые сохраняют прочность и сопротивляются разрушению при температурах, при которых углеродистая сталь быстро выйдет из строя.

Фундаментальное различие между легированной сталью и углеродистой сталью заключается в общем содержании легированного сплава. Углеродистая сталь обычно содержит только остаточные количества (всего менее 1,6%) элементов, помимо углерода, марганца, кремния и контролируемых примесей. В легированную сталь намеренно добавляют более 1% легирующих элементов для достижения определенных целевых свойств. Такое дополнительное содержание легирования делает трубы из легированной стали значительно более дорогими, - обычно в 2-5 раз дороже углеродистой стали, но позволяет эксплуатировать их в условиях, когда углеродистая сталь непригодна.

Обзор стандарта ASTM A335

ASTM A335 – это основной стандарт, охватывающий бесшовные трубы из ферритной стали, предназначенные для эксплуатации при высоких-температурах. Стандарт охватывает классы P5, P9, P11, P22, P91 и P92, каждый из которых имеет особые требования к химическому составу и свойствам. ASTM A335 упоминается в разделе II части A ASME как SA-335, а допустимые значения напряжений указаны в разделе II части D для всех марок. Соответствующий стандарт ASTM A213 охватывает те же сплавы, но в форме труб (меньших диаметров) для котлов и теплообменников. Префикс «P» в A335 обозначает трубу, а «T» в A213 — трубку.

Марки низколегированных стальных труб

A335 P5 (5% Cr, 0,5% Mo)

P5 содержит 4,0-6,0 % хрома и 0,45-0,65 % молибдена, что обеспечивает превосходную стойкость к высоко-температурному окислению и сульфидейшн-коррозии. Высокое содержание хрома образует стабильный защитный оксид, устойчивый к образованию накипи при температуре до 650 градусов. P5 обычно используется на нефтеперерабатывающих заводах, таких как установки FCC (жидкостного каталитического крекинга), нагреватели коксования и другие высокотемпературные технологические трубопроводы, где присутствуют серосодержащие среды.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mo)

П9 повышает содержание хрома до 8,0-10,0% при 0,90-1,10% молибдена. Этот более высокий уровень хрома еще больше улучшает стойкость к окислению и коррозии по сравнению с P5. P9 предназначен для установок гидрообессеривания нефтеперерабатывающих заводов, установок по улавливанию серы и высокотемпературной эксплуатации углеводородов. Содержание хрома в составе 9% обеспечивает лучшую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением из политионовой кислоты (PASCC) во время простоев.

A335 P11 (1,25% Cr, 0,5% Mo)

P11 — наиболее широко используемая низко-легированная марка стали с содержанием 1,00-1,50 % хрома и 0,44-0,65 % молибдена. Он обеспечивает улучшенную жаропрочность по сравнению с углеродистой сталью при умеренной надбавке к цене. P11 используется в трубопроводах горячего промежуточного нагрева электростанций, технологических трубопроводах нефтеперерабатывающих заводов при промежуточных температурах и высокотемпературных линиях химических заводов. Он легко поддается сварке с предварительным нагревом и термообработкой.

A335 P22 (2,25% Cr, 1% Mo)

P22 — это «рабочая лошадка» нефтехимической и энергетической промышленности. Благодаря содержанию 1,90-2,60% хрома и 0,87-1,13% молибдена он обеспечивает превосходную прочность на ползучесть при температурах до 593 градусов. P22 широко используется в главных паровых трубопроводах и трубопроводах горячего промежуточного нагрева электростанций, установках гидрокрекинга нефтеперерабатывающих заводов и паровых системах высокого давления. Сочетание прочности, коррозионной стойкости и умеренной стоимости делает его выбором по умолчанию для многих высокотемпературных применений, прежде чем перейти к более дорогим маркам 9Cr.

Трубы из высоколегированной стали марок - P91 и P92

A335 P91 (9% Cr, 1% Mo, V, Nb)

Р91 представляет собой модифицированную сталь 9Cr-1Mo с контролируемыми добавками ванадия (0,18–0,25 %) и ниобия (0,06–0,10 %). Эти элементы образуют мелкие выделения, которые значительно улучшают сопротивление ползучести. P91 обеспечивает примерно в три раза большую прочность на разрыв при ползучести P22 при 600 градусах, что позволяет сделать стенки более тонкими и снизить вес в высокотемпературных трубопроводных системах. P91 требует точной термической обработки (нормализация при температуре 1040–1080 градусов с последующим отпуском при температуре 730–780 градусов) для разработки оптимизированной микроструктуры отпущенного мартенсита.

A335 P92 (9% Cr, 0,5% Mo, W, V)

P92 является развитием P91, в котором вольфрам (1,5-2,0%) частично заменяет молибден для дальнейшего улучшения сопротивления ползучести. P92 обеспечивает примерно на 15-20% большую прочность на разрыв при ползучести, чем P91 при 600 градусах, что делает его пригодным для самых -температурных секций ультрасверхкритических электростанций. Однако P92 сложнее сваривать и требует более строгого контроля параметров термообработки. Максимальная рабочая температура P92 составляет примерно 620 градусов при длительной эксплуатации.

Применение труб из легированной стали

Основными потребителями труб из легированной стали являются нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия. В установках FCC используются P5 и P9 для трубопроводов реактора и регенератора, где высоко-сернистая коррозия является серьезной. На установках гидрокрекинга для выпускных трубопроводов реактора используются Р22 и Р91, работающие при температуре 400-450 градусов и давлении 150-200 бар. В установках коксования используются P5 и P9 для нагревательных труб и линий передачи, работающих при температуре выше 500 градусов. На сверхсверхкритических электростанциях в качестве главных паропроводов используются Р91 и Р92, работающие при температуре 600–620 градусов и давлении 250–300 бар. Подробную информацию о применении в энергетической отрасли см. в нашейНаправляющая для труб электростанции.

Термическая обработка труб из легированной стали

Все трубы из легированной стали требуют термической обработки для достижения указанных механических свойств. Низкие-марки сплавов (P5, P9, P11, P22) обычно нормализуются при температуре 900-980 градусов с последующим отпуском при температуре 650-750 градусов. Стадия нормализации улучшает зернистую структуру, а отпуск обеспечивает необходимую твердость и ударную вязкость. Р91 и Р92 требуют более точного контроля: нормализация при 1040-1080 градусах (выше температуры Ас3 для полной аустенизации) с последующим отпуском при 730-780 градусах. Скорость охлаждения после отпуска также имеет решающее значение, чтобы избежать повторной закалки. PWHT (послесварочная термообработка) обязательна для всех сварных швов труб из легированной стали, обычно при температуре 680–760 градусов в течение 1 часа на 25 мм толщины. Посмотрите нашРуководство по процессу термообработки(51) для получения подробных параметров.

Рекомендации по сварке легированной стали

Сварка труб из легированной стали требует особого внимания к предварительному нагреву, межпроходной температуре и термообработке. P11 требует предварительного нагрева на 150-200 градусов, а P22 — на 200-300 градусов. Сварка P91 особенно требовательна: предварительный нагрев до 200-250 градусов, строгий контроль температуры между проходами (максимум 300 градусов) и немедленная термообработка после сварки. Использование сварочных электродов с низким-водородом и правильное хранение электродов имеют решающее значение для сварки всех легированных сталей, чтобы предотвратить образование холодных трещин, вызванных водородом.- Сварные швы из разнородных металлов между низколегированными и высоколегированными сталями требуют тщательного выбора присадочного металла и параметров послесварочной термообработки, подходящих для обоих материалов.

Перекрестная-ссылка на международные стандарты

ASTM A335 P11 эквивалентен EN 10216-2 13CrMo4-5 (1,7335), JIS G3458 STPA23 и GB/T 5310 15CrMoG. P22 эквивалентен EN 10216-2 10CrMo9-10 (1,7380), JIS G3458 STPA24 и GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 эквивалентен EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 и GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Посмотрите нашСравнение стандартов трубдля полных перекрестных-ссылок.

Как найти трубы из легированной стали

При заказе труб из легированной стали укажите следующее: стандарт и марку (например, ASTM A335 P91), размер и типоразмер (например, 12 дюймов SCH 80), состояние поставки (нормализованное и отпущенное) и любые особые требования. Трубы из легированной стали должны поставляться с полным MTC, показывающим химический анализ, механические свойства и детали термообработки. ПроизводительPipe поставляет все марки ASTM A335 от P5 до P92, с полной термообработкой и возможностями неразрушающего контроля, и может организовать проверка сторонней-стороны для проверки качества.