Въведение в стоманена котелна тръба 13CrMo4-5 / 1.7335
Класификация на материалите
13CrMo4-5 (номер на материала1.7335) ене е въглеродна стоманано аниско{0}}легирана хром-молибденова стоманаспециално проектиран за работа при повишени температури в котли и съдове под налягане. Този материал представлявасреден класмежду обикновени въглеродни стомани и високолегирани стомани,-устойчиви на пълзене, предлагайки балансирана комбинация от свойства за специфични температурни диапазони.
Правилна класификация:
Ниско{0}}легирана пълзеща-устойчива на топлина-стомана (1,25% хромна група)
Разбивка на обозначението на материала:
13: Приблизително 1,3% съдържание на хром (в действителност 0,7-1,2% диапазон)
Кр: Легиращ елемент от хром
мо: Молибден легиращ елемент
4-5: Показва съдържание както на хром (~1%), така и на молибден (~0,5%)
Алтернативни обозначения:1Cr-0.5Mo стомана, 1.25Cr-0.5Mo (приблизителен състав)
Основни характеристики и приложения
Отличителни характеристики:
Подобрена устойчивост на пълзене: Превъзхожда обикновените въглеродни стомани при повишени температури
Добра заваряемост: По-добър от стоманите с високо съдържание на хром, но изисква повече грижи от въглеродните стомани
Устойчивост на окисление: Подобрен спрямо въглеродните стомани поради съдържанието на хром
Устойчивост на висока крехкост: По-добре от някои по-високи класове сплави
Добра изработваемост: Може да се формира и обработва със стандартно оборудване
Исторически контекст:
Разработен в средата на 20 векза междинни температурни приложения
европейска адаптацияот подобни класове в САЩ като 1.25Cr-0.5Mo
Широко използванв конвенционални електроцентрали и преработващи индустрии
Доказана надеждностс богата сервизна история
Основни приложения:
Котелни барабании заглавки
Прегревателни тръбии поддържа
Тръбопроводи за парав конвенционалните електроцентрали
Топлообменни тръбив рафинерии
Съдове под наляганеза химическа обработка
Компоненти в топлофикационни системи
Типични сервизни условия:
Температурен диапазон: 450°C до 550°C(оптимално 475-525°C)
налягане: До150 бараобикновено
Срок на експлоатация: 100 000-150 000 часапри проектна температура
Икономичен диапазон: Най-рентабилен-за своята температурна способност
Технически спецификации
Таблица 1: Изисквания за химичен състав (EN 10216-2)
| елемент | Стандартен диапазон (%) | Типичен анализ (%) | Функционална роля |
|---|---|---|---|
| Въглерод (C) | 0.08 - 0.18 | 0.10 - 0.15 | Якост, образуване на карбид |
| Силиций (Si) | 0.10 - 0.35 | 0.15 - 0.30 | Дезоксидант |
| Манган (Mn) | 0.40 - 1.00 | 0.60 - 0.90 | Сила, контрол на сулфидите |
| Фосфор (P) | ≤ 0,025 | ≤ 0,020 | Контрол на примесите |
| Сяра (S) | ≤ 0,015 | ≤ 0,010 | Контрол на примесите |
| хром (Cr) | 0.70 - 1.20 | 0.90 - 1.10 | Устойчивост на окисление, якост на пълзене |
| Молибден (Mo) | 0.40 - 0.60 | 0.45 - 0.55 | Устойчивост на пълзене, карбидна стабилизация |
| Никел (Ni) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Остатъчен елемент |
| Алуминий (Al) | ≤ 0,040 | ≤ 0,030 | Усъвършенстване на зърното |
| Мед (Cu) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Остатъчен елемент |
| Ванадий (V) | -- | -- | Обикновено не се добавя |
| Ниобий (Nb) | -- | -- | Обикновено не се добавя |
| Азот (N) | ≤ 0,012 | ≤ 0,010 | Контролирано добавяне |
Таблица 2: Механични свойства при стайна температура
| Собственост | Стандартно изискване | Типични стойности | Тестово състояние |
|---|---|---|---|
| Степен на провлачване (Rp0.2) | ≥ 310 MPa | 320-400 MPa | Нормализирано+темперирано |
| Якост на опън (Rm) | 460 - 590 MPa | 480-550 MPa | Нормализирано+темперирано |
| Удължение (A) | ≥ 22% | 24-30% | L₀=5.65√S₀ |
| Намаляване на площта (Z) | -- | 60-75% | Напречен |
| Енергия на удара (KV) | ≥ 40 J (ср.) | 50-100 J | +20°C |
| твърдост | 140 - 195 HB | 150-180 HB | Бринел |
Таблица 3: Свойства при повишена температура
| Температура (°C) | 400 | 450 | 475 | 500 | 525 | 550 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин. Rp0,2 (MPa) | 260 | 240 | 225 | 210 | 200 | 190 |
| 10⁵h якост на пълзене | 110 | 70 | 55 | 40 | 30 | 22 |
| Допустимо напрежение (MPa) | 96 | 68 | 55 | 43 | 33 | 25 |
| срещу. 16Mo3 | +10% | +25% | +35% | +40% | +45% | +50% |
| срещу P460NH | +20% | +30% | -- | -- | -- | -- |
Таблица 4: Сравнение със съответните класове стомана
| Параметър | 13CrMo4-5 | 16Mo3 | 10CrMo9-10 | P460NH | X11CrMo5-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| Материал № | 1.7335 | 1.5415 | 1.7380 | 1.8949 | 1.7361 |
| Съдържание на Chrome | 1% | <0.3% | 2.25% | <0.3% | 5% |
| Молибден | 0.5% | 0.3% | 1% | <0.08% | 0.5% |
| Минимален добив (MPa) | 310 | 280 | 280 | 460 | 280 |
| Макс. температура (°C) | 560 | 550 | 580 | 550 | 600 |
| Устойчивост на пълзене | добре | Умерен | много добре | Ограничен | много добре |
| Заваряемост | добре | добре | трудно | добре | Изисква грижи |
| Фактор на разходите | 1.4 | 1.0 | 1.8 | 1.3 | 1.7 |
Производство и преработка
Производствен процес:
текст
Основна кислородна/електрическа дъгова пещ → Обработка на кофа → Непрекъснато леене → Производство на тръби (безшевни или заварени) → Нормализиране (900-950°C) + Закаляване (650-700°C) → Охлаждане → Тестване → Крайна проверка
Изисквания за термична обработка:
Нормализиране: 900-950°C последвано от въздушно охлаждане
Закаляване: 650-700°C за 1-2 часа
Термична обработка след-заваряване: Изисква се за дебелина > 10-15 mm
Крайна микроструктура: Ферит-перлит или бейнит в зависимост от скоростта на охлаждане
Технология на заваряване:
Характеристики на заваряване:
Умерена закаляемост: По-малко от стоманите с високо съдържание на хром
Добри свойства на заваръчния метал: С подходящи процедури
Изисква се PWHT: За повечето приложения за облекчаване на напрежението
Контрол на водорода: Важно за предотвратяване на напукване
Препоръчителни процедури за заваряване:
текст
Изисквания за предварително-заваряване: • Преглед на сертифицирането на материала • Квалификация на заваръчната процедура (WPQR) • Избор на добавъчен метал Изисквания за предварително нагряване: • 150-200°C минимум • Увеличава се с дебелина и ограничаване Процеси на заваряване: • SMAW с основни електроди с ниско-водород • GTAW за коренни проходи (препоръчително) • SAW за надлъжни шевове • GMAW с подходящо газово екраниране Interpass Температура: • Максимум: 250-300°C • Непрекъснато наблюдение Термична обработка след заваряване: • Температура: 650-700°C • Време: 1-2 часа (минимум 1h/25mm) • Скорост на нагряване/охлаждане: ≤ 200°C/час • От съществено значение за стрес облекчаване и омекотяване на HAZ Пълнежни материали: • Съвпадение: EN ISO 16834-A: G 42 4 M M1Mo • Общ електрод: E9015-B3 (AWS) или еквивалентен
Съображения за проектиране
Предимства на 13CrMo4-5:
Доказана надеждност: Обширна сервизна история в енергетиката
Ценова-ефективност: Икономичен за своя температурен диапазон
Добра изработваемост: Може да се огъва, формира и обработва лесно
Предсказуемо поведение: Добре-разбрани свойства на материала
Приемане на код: Широко прието във всички основни кодове за дизайн
Ограничения и предпазни мерки:
Температурна граница: Не е подходящо над 560°C за дългосрочна-експлоатация
Риск от графитизация: Потенциал при определени условия след продължително обслужване
Изискване за PWHT: Често задължително за заварки,-съдържащи натиск
Умерена сила: По-ниска от някои алтернативни материали
Граница на окисление: Може да изисква защита в агресивни среди
Параметри на дизайна:
Фактор на безопасност: Обикновено 1,5 за якост на разкъсване при пълзене
Надбавка за корозия: 1-2 мм в зависимост от работната среда
Минимална проектна температура: -10°C (по-ниска с тест за удар)
Съображения за умора: Важно за цикличните сервизни компоненти
Микроструктурни характеристики
Фазова трансформация:
Температура на аустенизиране: 900-950°C
Критична скорост на охлаждане: Умерено
Продукти за трансформация: Възможен перлит, бейнит
Отговор на темпериране: Стабилни карбиди (M₃C, M₇C3)
Дългосрочна-стабилност:
Карбидно загрубяване: трансформация от M₃C в M₇C3
Риск от графитизация: В определени температурни диапазони (рядко)
Сфероидизация: Разграждане на перлита с течение на времето
Пълзеща кавитация: След продължително обслужване при висока-температура
Гарантиране на качеството и стандарти
Изисквания за сертифициране:
EN 10204 3.1 или 3.2 сертификат за материал
Пълна проследимост до топлина/партиден номер
Пълен химичен анализ
Доклади от механични изпитвания (стайна температура)
Доклади за не{0}}разрушителни тестове
Записи за термична обработка
Приложими стандарти:
Продуктови стандарти: EN 10216-2 (безшевни), EN 10217-2 (заварени)
Стандарт за материали: EN 10028-2
Стандарти за тестване: EN ISO 6892-1, EN ISO 148-1
Стандарти за заваряване: EN ISO 15614-1
Дизайн кодове: EN 12952, EN 13480, ASME Раздел I
Специални тестове (според изискванията):
Тестване на пълзене: За критични приложения
Изследвания на твърдостта: Основен метал, HAZ и заваръчен метал
Микроструктурно изследване: Оценка на размера на зърната
Тестване на огъване: За квалификация на заваръчната процедура
Изпълнение на услугата и поддръжка
Механизми на разграждане:
Пълзене: Ограничаващ-фактор на основния живот при проектни температури
Окисляване: Както външна, така и{0}}страна на парата
Графитизация: В заварка HAZ след много дълга експлоатация (рядко)
Термична умора: В компоненти с температурни цикли
Корозия: В определени агресивни среди
Инспекция и мониторинг:
Редовна визуална проверка: За разграждане на повърхността
Ултразвуково изследване: За откриване на повреда при пълзене
Репликационна микроскопия: За микроструктурна оценка
Тестване на твърдост: За откриване на омекотяване
Проверки на размерите: За измерване на деформация на пълзене
Оценка на оставащия живот:
Въз основа на оперативна история (температура, време)
Измерване на деформация на пълзене
Микроструктурна оценка
Тестване на проби в критични случаи
Икономически съображения
Разходни фактори:
Материални разходи: 30-40% повече от въглеродните стомани
Разходи за производство: Умерено увеличение поради изискванията за заваряване
Разходи за жизнен цикъл: Благоприятно поради по-дълъг експлоатационен живот при температура
Наличност: Добър на европейските пазари
Обща цена на притежание:
текст
Първоначални разходи: умерени разходи за инсталиране: умерени разходи за поддръжка: ниски до умерени разходи за подмяна: умерени експлоатационен живот: 20-25 години типичен Общ икономически показател: много благоприятен за проектирани приложения
Насоки за избор
Когато 13CrMo4-5 е подходящ:
Температурни изисквания: 475-525°C работен диапазон
Икономически проекти: Когато балансът между разходите-ефективността е критичен
Доказани дизайни: За компоненти с установена сервизна история
Необходима е добра изработваемост: Сложни форми или обширни заварки
Съответствие с кода: Проекти, използващи европейски кодове за проектиране
Кога да обмислите алтернативи:
Под 475°C: P460NH или подобен може да е по-икономичен
Над 525°C: Помислете за 10CrMo9-10 или подобен
Силно циклична услуга: Може да изисква различен избор на материал
Тежка среда: Необходими са повече{0}}устойчиви на корозия материали
Много високо налягане: Може да са необходими материали с по-висока якост
Еквивалентни спецификации:
| Стандартен | Еквивалентен клас | Бележки |
|---|---|---|
| ASTM | A335 P11 | Подобен състав, различни свойства |
| ASME | SA335 P11 | Раздел I и VIII са приемливи |
| DIN | 15CrMo5 | По-старо немско наименование |
| ISO | 12CrMo4-5 | Подобна спецификация |
Съвременни приложения и тенденции
Текуща употреба:
Конвенционални електроцентрали: Все още се използва широко в съществуващи съоръжения
Проекти за удължаване на живота: Подмяна на остарели компоненти
Индустриални котли: За генериране на технологична пара
Когенерационни инсталации: Комбинирани топлоенергийни системи
Възобновяема интеграция: Резервно и балансиращо захранване
Бъдеща перспектива:
Постепенна подмяна: С по-нови материали във високо-ефективни инсталации
Продължителна употреба: На пазарите за преоборудване и поддръжка
Специални приложения: Където неговите специфични свойства са оптимални
Стандартизация: Все още е включен във всички основни дизайнерски кодове
Сравнителен анализ с основните алтернативи
спрямо. 16Mo3:
Предимство: По-добра якост на пълзене над 475°C
Недостатък: По-висока цена, по-сложно заваряване
Точка на вземане на решение: ~475°C работна температура
спрямо P460NH:
Предимство: Превъзходни свойства при високи-температури
Недостатък: Сила при по-ниска стайна температура
Точка на вземане на решение: Изисквания за температура срещу налягане
срещу X11CrMo5-1:
Предимство: По-добра заваряемост, по-ниска цена
Недостатък: Възможност за по-ниска температура
Точка на вземане на решение: граница на работната температура 525°C
Резюме:13CrMo4-5 представлява aдобре{0}}утвърден, надежден материалза междинни температурни приложения в енергетиката и процесната промишленост. Това ебалансирана комбинация от устойчивост на пълзене, изработваемост и ценаго направи астандартен изборза барабани на котли, колектори и тръбопроводни системи, работещи в диапазона 475-525°C в продължение на десетилетия. Докато по-новите материали предлагат подобрена производителност при високи температури, 13CrMo4-5 продължава да се специфицира за приложения, където доказаният му опит, добрата наличност и благоприятната икономика осигуряват оптималното решение. Правилно внимание къмзаваръчни процедури и топлинна обработкае от съществено значение за успешното приложение, но тези изисквания са по-малко строги, отколкото за високолегираните стомани, което го прави достъпен за широк кръг производители и оператори.
