Көміртегі болатының таяғы қысым көтергіш ыдыстардың бөлшектері үшін жарамды материал бола ма?

Материалдың созылу және ағу беріктігі ASME BPVC II бөлімі D тарауы талаптарына сай келеді.

Қысымдық ыдыстарға байланысты, көміртекті болат стерженьдері ASME Қазандықтар мен қысымдық ыдыстар кодына сәйкес келуі тиіс, атап айтқанда, қысымды ұстағыш бөлшектердің механикалық қасиеттерін түсіндіретін II бөлімнің D бөліміне. Ақырындық беріктігінің сандық көрсеткіштері бойынша ол кемінде 205 МПа немесе шамамен 30 000 psi құрайды. Ал созылу беріктігі аздаған дәрежеде ауытқиды: ол 380–485 МПа (шамамен 55 000–70 000 psi) аралығында болуы мүмкін, бұл баға және жұмыс температурасына байланысты. Қысым 300 psi-дан аспайтын қолданыстар үшін стандарттарда нақты көрсетілген ASTM A36 көміртекті болат таяғы қолданылады. Бұл таяқшалар стандарттарға сай келеді және сонымен қатар жақсы беріктік-салмақ қатынасын қамтамасыз етеді. Тағы бір маңызды қасиет — созылу. Егер ол 20%-дан асады, онда материал қысымның шамадан тыс көтерілуіне (шамадан тыс қысымға) төтеп беруге жеткілікті икемді болады. Қаттылықтың 200 HB-дан төмен болуы да пластикалықтың төмендеуіне байланысты сынулардың пайда болуын болдырмауға көмектеседі, бұл қауіпсіздік мәселесі ретінде өте маңызды.

Touchstone toughness сипаттамалары: ASTM A516 Grade 70 және төмен температурада пайдалану талаптарының салыстырмалы кестесі

Көміртегілі болаттың табиғаты мен оның серпімділіктен қаттылыққа ауысу температурасын ескере отырып, соққыға төзімділік маңызды фактор болып табылады. Мысалы, ASTM A516 70-ші дәрежесі — бұл жиі дәнекерленген ыдыс пластинкалары үшін қолданылатын материал. A515 70-ші дәрежесінің минус 30 градус Цельсийде Чарпи V-тәрізді ойықты сынақта 20 Дж талабын қанағаттандыруы талап етіледі. Бұл талап салқындатылған су қолданыстары үшін жеткілікті. Алайда, ол шамамен минус 45 градус Цельсий температурасын қамтитын қолданыстар үшін жеткіліксіз. Минус 49 градус. Қызығы, ASME VIII бөлімінің деректері мен сындық механикасына сүйене отырып, көміртегілі болат аустенитті коррозияға төзімді болатқа қарағанда төменірек қасиет көрсететіні анықталды. Бұл шамамен 40–50 пайызға аз. Шын мәнінде бұл Арктикалық газ құбырлары мен СПГ (сұйытылған табиғи газ) сақтау құрылыстарында кемінде 40 Дж өнімділік талап етілетінін білдіреді. Бұл жағдайда инженерлер көбінесе стандартты көміртегілі болат стерженьдерінің табиғи қабілеті болмайтындықтан, ASTM A352 LCB/LCC стандартында көрсетілген никель қорытпаларын қолдануға немесе құрылысқа кейін арнайы кернеуді босату өңдеуін қолдануға мәжбүр болады.

Қысымдық ыдыстар, жасау және ASTM-бекітілген көміртекті болаттан жасалған сырықтардың маркалары

Дәнекерленген көміртекті болаттан жасалған қысымдық ыдыстар: A516-70 маркалы болаттан жасалған бекітпе және қосымша бөлшектер

A516-70 маркалы болаттың барлық қажетті қасиеттері бар, себебі оның бастапқы аққыштық шегі шамамен 260 МПа (38 ksi) құрайды. Ол жақсы дәнекерлену қабілетіне ие және орташа пайдалану температурасында дәнекерленген қосылыстың қалыңдығы бойынша төзімділігі сенімді. Сонымен қатар, оның көміртегі мөлшері қажетті деңгейде (0,27% кем). Бұл жылу әсер еткен аймақта (ЖӘА) трещиналардың пайда болуын болдырмауға көмектеседі. Дегенмен, A516 стандарты тек плиталарға ғана қолданылады, ал сырықтарға қолданылмайды. Көміртекті болат сырықтарын қолдану — «теңдеу» сырығының маркасы көрсетілмеген жағдайда сәйкессіздікке әкеледі. Қысымды ұстауға арналған сырық түрлері үшін басқа да ASTM стандарттары қолданылады. Бұл стандарттар механикалық және химиялық құрам талаптарын қамтиды.

Құрылымдық және цилиндрлік қолданыстар үшін ASTM A106 және A29 сырықтарын қолданбау керек уақыт

Алайда ASTM A106 стандарты бойынша дөңгелек қуыс түтіктердің жоғары температурада жұмыс істейтін цилиндрлі компоненттерге (мысалы, соплалар мен оларға ұқсас бұйымдарға) қолданылуы өте тиімді болуы мүмкін, бірақ осы өнімнің нашар және тұрақсыз химиялық құрамы мен қажетті соққыға төзімділік сынақтарының жоқтығы оны біріншілік қысымды ұстау қолданыстарындағы конструкциялық арматураларды алмастыру үшін пайдалануға мүмкіндік бермейді. Мысалы, A29 стандарты бойынша 1045 маркасын қарастырыңыз. Бұл марка типтік конструкциялық қолданыстар үшін арналған, бірақ осы марканың анықталған ең төменгі ағу шегі жоқ, сондықтан оның пластик аймақта ағу шегі өте төмен болуы мүмкін, нәтижесінде құрылымдық зақымдану ең қолайсыз уақытта орын алуы мүмкін. Осы екі стандартта ASME BPVC 8-бөлімінің химиялық құрам, соққыға төзімділік сынағы және құжаттама сақтау талаптары да жоқ. Сондықтан цилиндрлі емес қысымды ұстау компоненттері үшін ASTM A696 көміртекті болат арматураларын қолдану қажет. Бұл арматуралардың химиялық құрамына қойылатын талаптар күшейтілген, олардың соққыға төзімділігі дәлелденген және осы арматуралардың қажетті фитингтерге өңделуі мүмкіндігін көрсететін сынақ нәтижелері бар, ал бұл фитингтер қазіргі әлемімізде өте маңызды.

Көміртегі болатының коррозиялық әрекеті және ортаға қойылатын талаптар

Ылғалды H₂S-ке қарсы трещиналарға, хлоридтік шұңқырлануға ұшырау қаупі және олардың болдырмау шаралары

Сулы сутегі сульфиді (H₂S) және хлоридтері бар қысымдық ыдыстар көміртекті болаттан жасалған бұрандаларға өте зиянды әсер етеді және металдың тез тозуына әкеледі. Пайдалану кезінде болат сульфидтық стресс-трещиналану деп аталатын құбылысқа ұшырайды. Сульфидтық стресс-трещиналану кезінде сутегі (H) металға және болат құрылымына сіңеді. Бұл проблема болаттың қаттылығы артқан сайын (Роквелл қаттылық шкаласы бойынша 22 HRC-тен жоғары) одан да айқын байқалады. Хлоридтердің болуы беттің бетінде электрхимиялық элементтер (немесе кішігірім піттинг коррозиясы) мен кернеу концентрациялану нүктелерін тудырады, ол трещина таралуының жылдамдығын қатты арттырады. Осы себепті инженерлер NACE MR0175 және ISO 15156 стандарттарында көрсетілген 22 HRC мәнінен төмен қаттылық деңгейіне ие материалдарды таңдауы керек. Сонымен қатар қорғаныш қабаттары (мысалы, жылулық шашыратылған алюминий мен эпоксидтік қабаттар) қолданылуы керек. Катодтық қорғаныс жүйелері де қарастырылуы керек. H₂S-ті жоюға, pH деңгейін төмендетуге және коррозияға қарсы заттарды қолдануға арналған бақылау жүйелері — бұл барлығы ортаны бақылаудың құралдары болып табылады. Жобалау кезінде коррозияға байланысты апаттарды болдырмау үшін «өлі аяқтар» мен су қалуы мүмкін кеңістіктерді жою маңызды.

Көміртекті болаттан жасалған арқылы көміртектің мазмұнын төмендету және оның дәнекерлеуге, өңдеуге және дәнекерлеуден кейінгі жылумен өңдеуге әсері

Көміртектің мазмұнын төмендету және оның Қызған Аймаққа (HAZ) және Дәнекерлеуден Кейінгі Жылумен Өңдеуге (PWHT) қойылатын талаптарға әсері қандай?

Қысымдық ыдыстардың құрылысы үшін көміртекті болатты басқа элементтермен біріктірген кезде көміртектің (C) деңгейі дәл осындай қосылуларды дәнекерлеудің оңайлығын анықтауда маңызды рөл атқарады. Көміртектің мөлшері 0,25% асқан жағдайда жылу әсерінің аймағында (ЖӘА) қажетсіз қасиеттердің пайда болу қаупі артады, сондықтан бұл аймақ дәнекерлеуден кейін суық трещиналарға ұшырауға бейім болады. Көміртектің мөлшері 0,25% кем болса, дәнекерлеу үшін жалпы алғанда қолайлы болып табылады, себебі бұл доғаның тұрақтылығын жақсартады, алдын ала қыздырудың қажеттілігін азайтады және дәнекерлеу процесінің сертификаттау талаптары бойынша икемділікті арттырады. ASME BPVC Бөлім VIII Бөлім 1 бойынша, егер кез келген бөліктің қалыңдығы 38 мм-ге тең немесе одан асса, онда Дәнекерлеуден кейінгі жылумен өңдеу (ДКЖӨ) жүргізу міндетті. Бұл процедура дәнекерлеу процесінен туындаған қалдық керілуді жоюға және циклдық жүктемеге ұшырайтын немесе жоғары тұрақтылықты қажет ететін жағдайларда жұмыс істейтін бөлшектер үшін қажетті созылғыштық деңгейін қалпына келтіруге арналған. Типтік ДКЖӨ үлгінің әрбір 25 мм қалыңдығына 1 сағат бойы 600–700 °C аралығындағы мақсатты температураға дейін қыздыру арқылы жүргізіледі; сонымен қатар ДКЖӨ-дан бұрын термиялық шокты болдырмау үшін алдын ала қыздыру міндетті.

Бұл қадамдарды дұрыс орындау барлығының өлшемдік тұрақтылығын сақтауға және құрылымның уақыт өте келе сенімді болып қалуына, сонымен қатар өндіріс жылдамдығына көп әсер етпей қол жеткізуге кепілдік береді.

Қысымдық ыдыстарда қолданылатын көміртекті болаттан жасалған арматуралар үшін ең төменгі аққыштық шегі қандай?

Талап етілетін ең төменгі аққыштық шегі 205 МПа немесе 30 000 PSI.

Неге ASTM A516 70-ші дәрежесі дәнекерленген көміртекті болаттан жасалған ыдыс бөлшектері үшін негізгі материал ретінде таңдалады?

Оның теңдестірілген сипаттамалары — шамамен 260 МПа-ға тең ең төменгі аққыштық шегі, жақсы дәнекерлену қабілеті мен жақсы соққыға төзімділігі сондықтан.

Температураның көміртекті болаттың соққыға төзімділігіне әсері қандай?

Төмен температура көміртекті болаттың соққыға төзімділігін төмендетеді, сондықтан ол аустенитті коррозияға төзімді болаттарға қарағанда нашар жұмыс істейді.

Көміртекті болаттан жасалған арматураларда коррозияны бақылаудың жолдары қандай?

22 HRC-тен төмен қаттылыққа ие материалдарды қолдану, қорғаныс қабаттарын пайдалану, катодтық қорғаныс және бақыланатын орта.

Көміртекті болаттың дәнекерлеуі кезінде көміртектің мазмұны қандай маңызға ие?

Егер көміртектің мазмұны 0,25% төмен болса, бұл дәнекерлеу кезінде тұрақты доғаны қамтамасыз етеді, алдын ала қыздырудың қажеттілігін азайтады және болат суық трещиналарға тұрақты болады.