Haben Sie sich jemals gefragt, wie sich die Wahl des Stahls auf die Sicherheit und Effizienz von Druckbehältern auswirkt? Druckbehälterstahl muss hohen Drücken und Temperaturen standhalten und gleichzeitig korrosionsbeständig und widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen sein. Dieser Artikel befasst sich mit den verschiedenen Stahlsorten, ihren Eigenschaften und der Auswahl des richtigen Stahls für verschiedene Anwendungen, um sowohl Sicherheit als auch Kosteneffizienz zu gewährleisten. Unabhängig davon, ob Sie in der chemischen oder petrochemischen Industrie tätig sind, ist das Verständnis dieser Prinzipien entscheidend für eine optimale Konstruktion und Leistung von Behältern. Tauchen Sie ein und lernen Sie das Wesentliche über die Auswahl des besten Stahls für Ihren Druckbehälterbedarf.
Stahl für Druckbehälter bezieht sich auf die Art von Stahl, die für den Bau von Druckbehältern verwendet wird. Er bezieht sich typischerweise auf hochfester Stahl.
Um verschiedenen Konstruktions- und Fertigungsanforderungen gerecht zu werden, sind verschiedene Stahlsorten auf der Grundlage ihrer Festigkeitswerte erhältlich, darunter Kohlenstoffstahl und niedrig legierter hochfester Stahl.
Derzeit gibt es in China fünf Stahlsorten für Druckbehälter: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR und 18MnMoNbR.
Bei der Konstruktion von Druckbehältern ist es wichtig, die richtigen Konstruktionsmaterialien zu wählen, um eine vernünftige Struktur, einen sicheren Betrieb und eine wirtschaftliche Konstruktion des Behälters zu gewährleisten.
Die Auswahl des Stahls für Druckbehälter sollte sich nach dem Auslegungsdruck, der Auslegungstemperatur und den Eigenschaften des Mediums richten, das in dem Gerät gelagert werden soll.
Der gewählte Stahl sollte ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und die Fähigkeit haben, unter den vorgesehenen Bedingungen der Kalt- und Warmverarbeitung standzuhalten.
Darüber hinaus ist es wichtig, den kostengünstigsten Stahl zu wählen, um die Gesamtkosten des Geräts zu minimieren.
Der in chemischen und petrochemischen Anlagen üblicherweise verwendete Stahl wird aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung und metallurgischen Struktur wie folgt eingeteilt und definiert:
Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit einem Mangangehalt von höchstens 1,2% und einem Kohlenstoffgehalt von weniger als oder gleich 2,0% werden als Stahl ohne absichtliche Zugabe anderer Legierungselemente definiert.
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bezieht sich auf Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,25%.
Für Schweißzwecke sollte der Kohlenstoffgehalt des Stahls, der für den Bau von Druckbauteilen verwendet wird, 0,25% nicht überschreiten, um die Schweißbarkeit.
Daher wird für das Schweißen von Druckbehältern in der Regel Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet.
Der in diesen Texten erwähnte Kohlenstoffstahl Materialauswahl Richtlinien bezieht sich auf Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
Niedrig legierter Stahl ist ein Begriff, der sowohl niedrig legierten hochfesten Stahl als auch perlitischen hitzebeständigen Stahl umfasst.
Niedrig legierter hochfester Stahl ist ein Stahl mit einem Legierungsgehalt von weniger als 3,0%, der zur Verbesserung der Festigkeit und der allgemeinen Eigenschaften entwickelt wurde. Beispiele für solche Stähle sind 16MnR und 15MnV.
Perlitischer hitzebeständiger Stahl ist ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der seine Hitze- und Wasserstoffbeständigkeit durch den Zusatz von Legierungselemente wie Chrom (Cr ≤ 10%) und Molybdän. Beispiele für solche Stähle sind 18MnMoNb und 15CrMo.
Rostfreier Stahl ist ein Stahlsorte der bei Raumtemperatur eine austenitische metallurgische Struktur aufweist. Beispiele für solche Stähle sind Cr18Ni9 und Cr17Ni12Mo2.
Ferritischer rostfreier Stahl ist eine Art von nichtrostendem Stahl, der bei Raumtemperatur ein ferritisches Gefüge aufweist. Ein Beispiel für einen solchen Stahl ist Cr13Al.
Martensitischer rostfreier Stahl ist eine Art von nichtrostendem Stahl, der bei Raumtemperatur ein martensitisches Gefüge aufweist. Ein Beispiel für einen solchen Stahl ist Cr13.
Die für die Herstellung von Druckbehältern verwendeten Werkstoffe sollten den Vorschriften der GBT 150 für Stahldruckbehälter entsprechen.
Die Obergrenze der Gebrauchstemperatur für eine bestimmte Stahlsorte ist die maximale Temperatur, bei der der in der Tabelle der zulässigen Spannungen angegebene Wert verwendet werden kann.
Informationen über die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften bei normalen Temperaturen, die Verfügbarkeit und andere Details der inländischen Stahlsorten, die den in ASME-II spezifizierten ähnlich sind, finden Sie in den entsprechenden Normen.
Aus beschaffungs- und fertigungstechnischer Sicht ist es wünschenswert, Stahl mit einer breiten Palette von Sorten und Spezifikationen für Behälter zu verwenden.
(1) Kohlenstoffstahl:
Die Auswahl der Q235-Die Stahlsorten A, F, Q235-A, Q235-B und Q235-C müssen den spezifischen Bestimmungen der GB150 entsprechen.
Für Druckbauteile mit einer Wandstärke von weniger als 8 mm, Kohlenstoff Stahlplatte bevorzugt wird.
Wenn die Wandstärke von Druckteilen die Steifigkeit beeinflusst, ist Kohlenstoffstahl die bevorzugte Wahl.
(2) Niedrig legierter Stahl:
Für Druckbauteile, bei denen sich die Wandstärke auf die Festigkeit auswirkt, sollten kohlenstoffarme Stähle und niedrig legierte Stähle nacheinander ausgewählt werden, wobei sicherzustellen ist, dass sie dem Anwendungsbereich entsprechen.
Dazu gehören Stahlplatten wie 20R, 16MnR, 15MnVR und andere.
Kohlenstoffstahl und Kohlenstoffmanganstahl sollten nicht über einen längeren Zeitraum bei 425℃ verwendet werden, da dies zur Zersetzung von Zementit im Stahl und damit zur Graphitisierung der Karbidphase führen kann. Dies verringert die Festigkeit, Plastizität und Schlagzähigkeit des Materials, macht es spröde und ungeeignet für den Einsatz.
Stattdessen muss kohlenstoffarmer perlitischer hitzebeständiger Stahl verwendet werden.
(3) Perlitischer hitzebeständiger Stahl:
Perlitischer hitzebeständiger Stahl wird üblicherweise für hitzebeständige oder wasserstoffbeständige Anwendungen mit einer Auslegungstemperatur von über 350℃ verwendet.
(4) Austenitischer rostfreier Stahl:
Austenitischer nichtrostender Stahl wird hauptsächlich dort eingesetzt, wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist oder saubere, nicht verunreinigte Materialien ohne Eisenionen benötigt werden.
Austenitischer nichtrostender Stahl sollte nicht als hitzebeständiger Stahl mit einer Auslegungstemperatur von über 500℃ verwendet werden.
Austenitischer rostfreier Stahl wird in der Regel nur dann als Tieftemperaturstahl verwendet, wenn niedrig legierter Stahl für Tieftemperaturanwendungen nicht in Frage kommt.
Bei Dicken von mehr als 12 mm sollte austenitischer Edelstahl-Verbundstahl bevorzugt werden.
(5) Tieftemperaturstahl:
Niedrigtemperaturstahl sollte im Allgemeinen für Anwendungen gewählt werden, bei denen die Auslegungstemperatur unter oder gleich -20℃ liegt (außer bei geringer Belastung).
Wenn der Stahl unterhalb seiner Versprödungstemperatur verwendet wird und die Spannung einen bestimmten Wert erreicht, kann es zum Versagen kommen.
Um ein sprödes Versagen zu vermeiden, muss das Material bei seiner Betriebstemperatur eine bestimmte Zähigkeit aufweisen, die durch einen Kerbschlagbiegeversuch gemessen wird. Die Anforderungen an den Kerbschlagzähigkeitswert werden auf der Grundlage der Zugfestigkeit des Werkstoffs festgelegt.
Neben der Erfüllung der Anforderungen an die Zugfestigkeit und StreckgrenzeDie Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit müssen auch bei Tieftemperaturstählen erfüllt werden.
(6) Korrosionsbeständiger Stahl:
Wasserstoffkorrosionsbeständiger Stahl - Wenn perlitischer hitzebeständiger Stahl als hochtemperaturbeständiger wasserstoffbeständiger Stahl verwendet wird, kann es bei langfristiger Verwendung bei hohen Temperaturen zur Ansammlung von Methan aus der chemischen Reaktion zwischen im Stahl gelöstem Wasserstoff und Kohlenstoff kommen, was zu inneren Rissen oder sogar zur Rissbildung führt (d. h. Wasserstoffversprödung).
Daher sollte bei der Arbeit mit Hochtemperatur-Wasserstoff die Nelson-Kurve entsprechend dem Wasserstoffpartialdruck des Materials (Auslegungsdruck multipliziert mit dem Volumenprozentsatz des Wasserstoffs) und der Auslegungstemperatur überprüft werden, um die geeignete Stahlsorte zu bestimmen.
Die Nelson-Kurve ist in HG20581 zu finden.
(7) Stahl für nicht drucktragende Bauteile:
GB150 spezifiziert den Stahl für Druckbehälter, aber es gibt keine schriftlichen Bestimmungen für drucklose Komponenten.
HG20581 enthält die folgenden Bestimmungen für die Auswahl von Stahl für drucklose Bauteile:
Auf der Grundlage der Untergrenze der Betriebstemperatur, der Bedeutung und des Drucks der Bauteile werden die entsprechenden Koeffizienten K1, K2 und K3 wie folgt gewählt:
Hochtemperaturkoeffizient K1:
T> 0℃, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.
Wichtigkeitskoeffizient K2:
Wenn ein Schaden auftritt, wirkt er sich nur lokal auf das Gerät aus, K2=1;
Tritt ein Schaden auf, so wirkt sich dieser auf das gesamte Gerät aus, K2=2.
Stresslevel-Koeffizient K3:
Geringes Stressniveau, K3=1;
Das Spannungsniveau ist kleiner als oder gleich 2/3 der zulässigen Spannung, K3=2;
Das Spannungsniveau ist größer als 2/3 der zulässigen Spannung, K3=3.
K= K1+ K2 + K3
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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