Principios de selección del acero para recipientes a presión

¿Qué es el acero para recipientes a presión?

El acero para recipientes a presión se refiere al tipo de acero utilizado en la construcción de recipientes a presión. Normalmente se refiere a acero de alta resistencia.

Para satisfacer los distintos requisitos de diseño y fabricación, se dispone de varios grados de acero en función de sus niveles de resistencia, incluidos el carbono y la alta resistencia de baja aleación.

En la actualidad, existen cinco grados de resistencia de acero disponibles en China para recipientes a presión: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR y 18MnMoNbR.

En el diseño de recipientes a presión, es esencial elegir los materiales estructurales adecuados para garantizar una estructura razonable, un funcionamiento seguro y un diseño económico del recipiente.

La selección del acero para los recipientes a presión debe basarse en la presión de diseño, la temperatura de diseño y las características del medio que se almacenará en el equipo.

El acero elegido debe tener excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, buen rendimiento de soldadura y capacidad para soportar el tratamiento en frío y en caliente en las condiciones de diseño.

Además, es importante seleccionar el acero más rentable para minimizar el coste total del equipo.

1. Acero comúnmente utilizado en plantas químicas y petroquímicas

El acero utilizado habitualmente en las plantas químicas y petroquímicas se clasifica y define en función de su composición química y estructura metalúrgica de la siguiente manera:

1. 1. Acero al carbono

Aleaciones de hierro-carbono con un contenido de manganeso inferior o igual a 1,2% y un contenido en carbono inferior o igual a 2,0% se definen como acero, sin adición intencionada de otros elementos de aleación.

El acero bajo en carbono se refiere al acero con un contenido de carbono inferior o igual a 0,25%.

A efectos de soldadura, el contenido de carbono del acero utilizado en la construcción de componentes a presión no debe ser superior a 0,25% para garantizar su soldabilidad.

Por lo tanto, para soldar recipientes a presión se suele utilizar acero con bajo contenido en carbono.

El acero al carbono mencionado en estos selección de materiales directrices se refiere al acero con bajo contenido en carbono.

2. Acero de baja aleación

Bajo acero aleado es un término que engloba tanto el acero de baja aleación y alta resistencia como el acero perlítico resistente al calor.

El acero de baja aleación y alta resistencia es un acero con un contenido de aleación inferior a 3,0% diseñado para mejorar su resistencia y sus propiedades generales. Algunos ejemplos de este tipo de acero son el 16MnR y el 15MnV.

3. Acero perlítico resistente al calor

El acero perlítico resistente al calor es un acero de bajo contenido en carbono diseñado para mejorar sus propiedades de resistencia al calor y al hidrógeno mediante la adición de elementos de aleación como el cromo (Cr ≤ 10%) y el molibdeno. Ejemplos de estos aceros son el 18MnMoNb y el 15CrMo.

4. Acero inoxidable austenítico

El acero inoxidable es un tipo de acero que tiene una estructura metalúrgica austenítica a temperatura ambiente. Ejemplos de estos aceros son el Cr18Ni9 y el Cr17Ni12Mo2.

5. Acero inoxidable ferrítico

Acero inoxidable ferrítico es un tipo de acero inoxidable que presenta una microestructura ferrítica a temperatura ambiente. Un ejemplo de este tipo de acero es el Cr13Al.

6. Acero inoxidable martensítico

Acero inoxidable martensítico es un tipo de acero inoxidable que presenta una microestructura martensítica a temperatura ambiente. Un ejemplo de este tipo de acero es el Cr13.

Los materiales utilizados en la fabricación de recipientes a presión deben cumplir las normas descritas en GBT 150 para recipientes a presión de acero.

El límite superior de la temperatura de servicio para un grado de acero específico es la temperatura máxima a la que puede utilizarse el valor de tensión admisible específico, tal como figura en la tabla de tensiones admisibles.

Consulte las normas pertinentes para obtener información sobre la composición química, las propiedades mecánicas a temperatura normal, la disponibilidad y otros detalles de los grados de acero nacionales que son similares a los especificados en ASME-II.

2. Principios generales para la selección de diversos aceros:

Desde el punto de vista de la adquisición y la fabricación, es deseable utilizar acero con una amplia gama de variedades y especificaciones para los contenedores.

(1) Acero al carbono:

La selección de Q235-A, F, Q235-A, Q235-B, y Q235-C grados de acero deben cumplir con las disposiciones específicas de GB150.

Para los componentes a presión con un espesor de pared inferior a 8 mm, el carbono chapa de acero es preferible.

Cuando el grosor de la pared de los componentes a presión afecta a la rigidez, el acero al carbono es la opción preferida.

(2) Acero de baja aleación:

Para los componentes a presión en los que el grosor de la pared afecta a la resistencia, deben seleccionarse sucesivamente aceros con bajo contenido en carbono y aceros de baja aleación, asegurándose de que cumplen el ámbito de aplicación.

Esto incluye chapas de acero como 20R, 16MnR, 15MnVR y otras.

El acero al carbono y el acero al carbono-manganeso no deben utilizarse a 425℃ durante un período prolongado, ya que puede producirse la descomposición de la cementita en el acero, lo que lleva a la grafitización de la fase de carburo. Esto reduce la fuerza, la plasticidad, y la dureza del impacto del material, haciéndolo frágil e inadecuado para el uso.

En su lugar debe utilizarse acero perlítico de bajo contenido en carbono resistente al calor.

(3) Acero perlítico resistente al calor:

El acero termorresistente perlítico se utiliza comúnmente para aplicaciones termorresistentes o resistentes al hidrógeno con una temperatura de diseño superior a 350℃.

(4) Acero inoxidable austenítico:

El acero inoxidable austenítico se utiliza principalmente en condiciones que requieren resistencia a la corrosión o la necesidad de materiales limpios, no contaminados y sin iones de hierro.

El acero inoxidable austenítico no debe utilizarse como acero resistente al calor con una temperatura de diseño superior a 500℃.

El acero inoxidable austenítico sólo se suele utilizar como acero de baja temperatura cuando no se puede seleccionar un acero de baja aleación para aplicaciones de baja temperatura.

Para espesores superiores a 12 mm, debe preferirse el acero compuesto inoxidable austenítico.

(5) Acero de baja temperatura:

El acero de baja temperatura debe seleccionarse generalmente para aplicaciones en las que la temperatura de diseño sea inferior o igual a -20℃ (excluyendo las bajas tensiones).

Si el acero se utiliza por debajo de su temperatura de transición frágil y la tensión alcanza un determinado valor, puede producirse un fallo frágil.

Para evitar el fallo por fragilidad, el material debe tener un determinado nivel de tenacidad a su temperatura de servicio, que se mide mediante un ensayo de impacto. Los requisitos del valor de impacto se especifican en función de la resistencia a la tracción del material.

Además de cumplir los requisitos de resistencia a la tracción y límite elásticoEl acero para bajas temperaturas también debe cumplir los requisitos de tenacidad al impacto.

(6) Acero resistente a la corrosión:

Acero resistente a la corrosión por hidrógeno - Cuando el acero perlítico resistente al calor se utiliza como acero resistente al hidrógeno de alta temperatura, el uso a largo plazo a altas temperaturas puede provocar la acumulación de metano procedente de la reacción química entre el hidrógeno disuelto en el acero y el carbono, lo que provoca grietas internas o incluso fisuras (es decir. fragilización por hidrógeno).

Por lo tanto, cuando se trabaja con hidrógeno a alta temperatura, debe comprobarse la curva Nelson en función de la presión parcial de hidrógeno del material (presión de diseño multiplicada por el porcentaje en volumen de hidrógeno) y la temperatura de diseño para determinar el grado de acero adecuado.

La curva Nelson se encuentra en HG20581.

(7) Acero para componentes sin presión:

La norma GB150 especifica el acero para los recipientes a presión, pero no existen disposiciones escritas para los componentes que no son a presión.

La norma HG20581 establece las siguientes disposiciones para la selección del acero de los componentes sin presión:

En función del límite inferior de la temperatura de servicio, la importancia y la presión de los componentes, los coeficientes K1, K2 y K3 correspondientes se seleccionan de la siguiente manera:

Coeficiente de alta temperatura K1:

T> 0℃, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.

Coeficiente de importancia K2:

Si se producen daños, sólo afectarán localmente al equipo, K2=1;

Si se produce un daño, afectará a todo el equipo, K2=2.

Coeficiente de nivel de estrés K3:

Bajo nivel de estrés, K3=1;

El nivel de tensión es inferior o igual a 2/3 de la tensión admisible, K3=2;

El nivel de tensión es superior a 2/3 de la tensión admisible, K3=3.

K= K1+ K2 + K3

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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