Hướng dẫn sử dụng ống thép hợp kim - ASTM A335 P5 P11 P22 P91 P92

Ống thép hợp kim có chủ ý bổ sung các nguyên tố hợp kim - crom, molypden, niken, vanadi và các nguyên tố khác - để nâng cao các đặc tính vượt xa những gì thép cacbon có thể cung cấp. Các nguyên tố hợp kim này biến đổi cấu trúc vi mô và đặc tính hiệu suất của vật liệu. Crom (Cr) cải thiện khả năng chống oxy hóa và ăn mòn bằng cách hình thành lớp oxit crom ổn định. Molypden (Mo) làm tăng-độ bền kéo và độ bền rão ở nhiệt độ cao thông qua việc tăng cường dung dịch rắn. Vanadi (V) và niobium (Nb) tinh chỉnh cấu trúc hạt và tăng cường lượng mưa. Sự kết hợp của các yếu tố này tạo ra vật liệu duy trì độ bền và chống lại sự xuống cấp ở nhiệt độ mà thép cacbon sẽ nhanh chóng bị hỏng.

Sự khác biệt cơ bản giữa thép hợp kim và thép carbon nằm ở tổng hàm lượng hợp kim. Thép carbon thường chỉ chứa lượng dư (tổng cộng dưới 1,6%) các nguyên tố ngoài carbon, mangan, silicon và tạp chất được kiểm soát. Thép hợp kim cố tình thêm hơn 1% nguyên tố hợp kim để đạt được các mục tiêu về đặc tính cụ thể. Hàm lượng hợp kim bổ sung này làm cho ống thép hợp kim đắt hơn đáng kể -, thường gấp 2-5 lần chi phí của thép cacbon - nhưng cho phép sử dụng trong những điều kiện mà thép cacbon không phù hợp.

Tài sản	Thép cacbon (A106 Gr.B)	Thép hợp kim (A335 P22)
Nhiệt độ dịch vụ tối đa	538 độ	593 độ
Sức mạnh leo ở 550 độ	~30 MPa	~60 MPa
Chống oxy hóa	Trung bình (lên đến 500 độ)	Tuyệt vời (lên đến 650 độ)
Chi phí tương đối	1.0x	2.0-3.0x
Tính hàn	Xuất sắc	Yêu cầu PWHT
Ứng dụng chính	Đường ống công nghiệp tổng hợp	Dịch vụ áp suất-nhiệt độ cao,{1}}áp suất cao

ASTM A335 là tiêu chuẩn chính bao gồm ống thép hợp kim ferritic liền mạch dành cho dịch vụ ở nhiệt độ-cao. Tiêu chuẩn này bao gồm các loại P5, P9, P11, P22, P91 và P92, mỗi loại có yêu cầu về đặc tính và hóa học cụ thể. ASTM A335 được ASME Phần II Phần A tham chiếu là SA-335 và các giá trị ứng suất cho phép được cung cấp trong Phần II Phần D cho tất cả các loại. Tiêu chuẩn liên quan ASTM A213 bao gồm các hợp kim tương tự nhưng ở dạng ống (đường kính nhỏ hơn) cho các ứng dụng nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt. Tiền tố "P" trong A335 biểu thị đường ống, trong khi "T" trong A213 biểu thị đường ống.

P5 chứa 4,0-6,0% crom và 0,45-0,65% molypden, mang lại khả năng chống oxy hóa-ở nhiệt độ cao và ăn mòn sunfua hóa tuyệt vời. Hàm lượng crom cao tạo thành lớp oxit bảo vệ ổn định, chống lại sự đóng cặn ở nhiệt độ lên tới 650 độ. P5 thường được sử dụng trong các ứng dụng của nhà máy lọc dầu như các thiết bị FCC (Fluid Catalytic Cracking), lò sưởi cốc và các đường ống xử lý nhiệt độ cao khác, nơi có môi trường chứa lưu huỳnh.

P9 tăng hàm lượng crom lên 8,0-10,0% với 0,90-1,10% molypden. Mức crom cao hơn này giúp cải thiện hơn nữa khả năng chống oxy hóa và ăn mòn so với P5. P9 được chỉ định cho các đơn vị khử lưu huỳnh bằng hydro của nhà máy lọc dầu, nhà máy thu hồi lưu huỳnh và dịch vụ hydrocarbon nhiệt độ cao. Hàm lượng crom 9% giúp nó có khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất axit polythionic (PASCC) tốt hơn trong quá trình tắt máy.

P11 là loại thép hợp kim thấp-được sử dụng rộng rãi nhất với 1,00-1,50% crom và 0,44-0,65% molypden. Nó cung cấp độ bền nhiệt độ cao được cải thiện so với thép carbon với mức chi phí khiêm tốn. P11 được sử dụng trong đường ống hâm nóng nóng của nhà máy điện, đường ống xử lý nhà máy lọc dầu ở nhiệt độ trung gian và đường ống nhiệt độ cao của nhà máy hóa chất. Nó có thể hàn dễ dàng bằng cách gia nhiệt trước và PWHT.

P22 là đặc trưng của ngành công nghiệp hóa dầu và năng lượng. Với 1,90-2,60% crom và 0,87-1,13% molypden, nó mang lại độ bền rão tuyệt vời ở nhiệt độ lên tới 593 độ. P22 được sử dụng rộng rãi trong đường ống dẫn hơi và hâm nóng nóng chính của nhà máy điện, các thiết bị hydrocracker của nhà máy lọc dầu và hệ thống hơi nước áp suất cao. Sự kết hợp giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và chi phí vừa phải khiến nó trở thành lựa chọn mặc định cho nhiều ứng dụng nhiệt độ cao trước khi chuyển sang loại 9Cr đắt tiền hơn.

P91 là thép 9Cr{10}}1Mo đã được cải tiến với việc bổ sung vanadi (0,18-0,25%) và niobi (0,06-0,10%) có kiểm soát. Những nguyên tố này tạo thành kết tủa mịn giúp cải thiện đáng kể độ bền của rão. P91 cung cấp độ bền đứt gãy gấp khoảng ba lần P22 ở 600 độ, cho phép thành mỏng hơn và giảm trọng lượng trong hệ thống đường ống nhiệt độ cao. P91 yêu cầu xử lý nhiệt chính xác (bình thường hóa ở 1040-1080 độ sau đó ủ ở 730-780 độ) để phát triển cấu trúc vi mô martensite được tôi luyện tối ưu hóa.

P92 là sự phát triển của P91, trong đó vonfram (1,5-2,0%) thay thế một phần molypden để cải thiện hơn nữa độ bền rão. P92 có cường độ đứt đứt từ biến cao hơn khoảng 15-20% so với P91 ở 600 độ, khiến nó phù hợp với các khu vực có nhiệt độ-cao nhất của các nhà máy điện siêu tới hạn. Tuy nhiên, P92 khó hàn hơn và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn các thông số xử lý nhiệt. Nhiệt độ hoạt động tối đa của P92 là khoảng 620 độ để sử dụng lâu dài.

Tài sản	P11	P22	P91	P92
Cr (%)	1.00-1.50	1.90-2.60	8.00-9.50	8.50-9.50
Mo (%)	0.44-0.65	0.87-1.13	0.85-1.05	0.30-0.60
Năng suất tối thiểu (MPa)	205	205	415	440
UTS (MPa)	415	415	585	620
Nhiệt độ tối đa (độ)	593	593	649	649
Sức mạnh leo (600 độ)	Thấp	Vừa phải	Cao	Rất cao
Chi phí tương đối	1,5 lần CS	CS 2.0x	3,5 lần CS	CS 4.0x

Các nhà máy lọc dầu và hóa dầu là khách hàng chính của ống thép hợp kim. Các đơn vị FCC sử dụng P5 và P9 cho đường ống của lò phản ứng và máy tái sinh ở những nơi có tình trạng ăn mòn lưu huỳnh ở nhiệt độ cao-rất nghiêm trọng. Các thiết bị hydrocracking sử dụng P22 và P91 cho đường ống nước thải của lò phản ứng hoạt động ở nhiệt độ 400-450 độ và áp suất 150-200 bar. Các thiết bị luyện cốc sử dụng P5 và P9 cho các ống gia nhiệt và đường truyền hoạt động trên 500 độ. Các nhà máy điện siêu tới hạn sử dụng P91 và P92 cho đường ống hơi chính hoạt động ở nhiệt độ 600-620 độ và 250-300 bar. Để biết các ứng dụng chi tiết trong ngành điện, hãy xemHướng dẫn đường ống nhà máy điện.

Tất cả các ống thép hợp kim đều yêu cầu xử lý nhiệt để phát triển các tính chất cơ học được chỉ định. Các loại hợp kim-thấp (P5, P9, P11, P22) thường được chuẩn hóa ở 900-980 độ, sau đó tôi luyện ở 650-750 độ . Bước chuẩn hóa sẽ tinh chỉnh cấu trúc hạt, trong khi ủ sẽ mang lại độ cứng và độ dẻo dai cần thiết. P91 và P92 yêu cầu điều khiển chính xác hơn: chuẩn hóa ở 1040-1080 độ (trên nhiệt độ Ac3 để austenit hóa hoàn toàn), tiếp theo là ủ ở 730-780 độ. Tốc độ làm nguội sau khi ủ cũng rất quan trọng để tránh bị cứng lại. PWHT (Xử lý nhiệt sau hàn) là bắt buộc đối với tất cả các mối hàn ống thép hợp kim, thường ở nhiệt độ 680-760 độ trong 1 giờ trên 25 mm độ dày. Xem của chúng tôiHướng dẫn quy trình xử lý nhiệt(51) để biết thông số chi tiết.

Ống thép hợp kim hàn đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến việc làm nóng trước, nhiệt độ giữa các lớp và PWHT. P11 yêu cầu làm nóng trước ở mức 150{10}}200 độ, trong khi P22 yêu cầu làm nóng trước ở mức 200{11}}300 độ. Hàn P91 có yêu cầu đặc biệt cao: làm nóng trước 200{13}}250 độ, kiểm soát nhiệt độ giữa các khe một cách nghiêm ngặt (tối đa 300 độ) và PWHT ngay lập tức sau khi hàn. Việc sử dụng điện cực hàn có hàm lượng hydro thấp và bảo quản điện cực thích hợp là rất quan trọng đối với tất cả các loại hàn thép hợp kim để ngăn chặn hiện tượng nứt nguội do hydro gây ra. Các mối hàn kim loại khác nhau giữa thép hợp kim thấp và thép hợp kim cao đòi hỏi phải lựa chọn kim loại phụ cẩn thận và các thông số xử lý nhiệt sau hàn phù hợp với cả hai vật liệu.

ASTM A335 P11 tương đương với EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 và GB/T 5310 15CrMoG. P22 tương đương với EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 và GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 tương đương với EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 và GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Xem của chúng tôiSo sánh tiêu chuẩn ốngđể có các tài liệu tham khảo chéo đầy đủ.

Khi đặt hàng ống thép hợp kim, hãy cung cấp các thông tin sau: tiêu chuẩn và cấp độ (ví dụ: ASTM A335 P91), kích thước và lịch trình (ví dụ: 12" SCH 80), điều kiện giao hàng (chuẩn hóa và tôi luyện) và bất kỳ yêu cầu đặc biệt nào. Ống thép hợp kim phải được cung cấp MTC hoàn chỉnh thể hiện phân tích hóa học, tính chất cơ học và các chi tiết xử lý nhiệt. Nhà sản xuấtPipe cung cấp tất cả các loại ASTM A335 từ P5 đến P92, với đầy đủ khả năng xử lý nhiệt và NDT, đồng thời có thể sắp xếp{13}bên thứ ba kiểm tra đối với ống thép hợp kim. xác minh chất lượng.