در صنایع سنگین مانند انرژی و پتروشیمی، عملیات ایمن و قابل اعتماد ظرف های تحت فشار و سیستم های لوله کشی بسیار مهم است.در حالی که تبدیل انرژی را تسهیل می کند.انتخاب مواد به طور مستقیم بر کارایی سیستم، طول عمر و ایمنی تاثیر می گذارد.در هنگام انتخاب بین P22 و P91، مهندسان و متخصصان خرید باید هزینه ها را با دقت متعادل کنند.، قابل تولید و عملکرد بلند مدت.
استانداردها و طبقه بندی مواد
هر دو P22 و P91 مطابق با استانداردهای سختگیرانه صنعت هستند که کیفیت و عملکرد را تضمین می کنند:
- ASTM/ASME:ASTM A335 / ASME SA-335 (پایپ فولادی آلیاژ فرریت بدون درز)
- EN:استاندارد های معادل EN 10216 / EN 10222
- JIS/GB:استانداردهای ملی معمولا معادلات تقریبی را ارائه می دهند
مواد به طور قابل توجهی در طبقه بندی متفاوت هستند:
- P22:فولاد فرریت کم آلیاژ (1.25٪ Cr) که معمولا 1.25Cr-0.5Mo نامیده می شود ، به عنوان فولاد آلیاژ درجه حرارت بالا طبقه بندی می شود.
- P91:فولاد فرریت مقاوم به گرما با ارتفاع کرومیوم (تراکم اسمی 9Cr-1Mo با افزودن V / Nb) ، برای مقاومت در خزیدن به عنوان فولاد مارتنسیتیک کم سبد (HSLA) با قدرت بالا بهینه شده است.
تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی
عملکرد فولاد تا حد زیادی به ترکیب شیمیایی بستگی دارد. جدول زیر محدوده های درصد وزن معمولی برای P22 و P91 را نشان می دهد (ارزش ها ممکن است با استاندارد و دسته متفاوت باشد):
| عنصر | P22 (مجموعه معمولی) | P91 (مجموعه معمولی) |
|---|---|---|
| C | 0.04 ۰12 | 0.08 ۰12 |
| م | 0.25 ۰60 | 0.25 ۰60 |
| آره | 0.10 ۰50 | 0.20 ۰60 |
| P | ≤0.025 | ≤0.02 |
| S | ≤0.015 | ≤0.01 |
| Cr | 0.915 | 8.0995 |
| مو | 0.38 ۰65 | 0.85105 |
| V | ️ | 0.08 ۰25 |
| Nb (Cb) | ️ | 0.03 ۰12 |
| N | رد | 0.02 ۰06 |
اثرات عنصر کلیدی:
- کروم (Cr):مقاومت در برابر اکسیداسیون و سخت شدن را افزایش می دهد. محتوای کرومیوم بالاتر P91 به طور قابل توجهی مقاومت در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون را بهبود می بخشد.
- مولیبدن (Mo):افزایش مقاومت در دمای بالا و مقاومت در خزیدن (~ 1٪ در P91 در مقابل ~ 0.5٪ در P22)
- وانادیوم (V) و نیوبیوم (Nb):در P91، کربیدهای نازک/نیتریدها تشکیل می شوند که مارتنسیت را ثبات می دهند و از تغییر شکل خزنده جلوگیری می کنند.
ویژگی های میکروساختاری
- P22:ساختار میکروسکوپی نرمال شده و سخت شده نشان می دهد بائینیت/فرایت با کربیدهای غنی از مولیبدنارائه ثبات در دمای متوسط اما مقاومت کم تر در دراز مدت.
- P91:طراحی شده برای تشکیل مارتنسیت ظریف پس از نرمال شدن و خنک شدن سریع، پس از آن برای تثبیت کربیدهای ظریف/نیتریدها.پردازش ترمو مکانیکی برای ارتقاء مارتنسیت با قدرت کششی بالا بسیار مهم است..
فرآیند های درمان گرما
- عادی شدن:اندازه دانه های اصلی آستنیت را تصفیه می کند. P91 نیاز به دمای نورمال سازی بالاتر از P22 دارد.
- خاموش کردن و گرم کردن:هر دو فولاد نیاز به سخت گیری پس از سخت شدن دارند. سخت گیری P91 برای تثبیت مارتنسیت و دستیابی به سفتی بسیار مهم است.
- پردازش ترمو مکانیکی:مهم تر برای P91 برای جلوگیری از ورودی های خشن و کنترل عملکرد درازمدت خزیدن است.
مقایسه عملکرد
| مالکیت | P22 (معمولی) | P91 (معمولی) |
|---|---|---|
| قدرت کششی | متوسط | بالا |
| قدرت تولید | متوسط | بالا |
| طولبندی (دکتیلیتی) | خوب (بیشتر از P91) | متوسط (کمتر از P22) |
| مقاومت ضربه (RT) | وقتی که به درستی گرم شده خوب است | وقتی به درستی گرم شود خوب است؛ حساس به درمان گرما |
| سختی | متوسط | بالاتر (مقاومت بیشتری نسبت به لباس) |
ملاحظات در مورد جوش
- P22:محتوای کرومیوم پایین تر و سخت شدن منجر به مقادیر معتدل معادل کربن می شود. نیاز به پیش گرم کردن استاندارد و PWHT با روش های ثابت دارد.
- P91:محتوای بالاتر آلیاژ باعث افزایش سخت شدن و خطر ترک HAZ می شود. نیاز به کنترل دقیق از قبل از گرم شدن، دمای میان مسیر و چرخه های تخصصی PWHT دارد.نیاز به WPS/PQR واجد شرایط و جوشگران باتجربه.
مقاومت در برابر خوردگی
- نه P22 و نه P91 فولاد ضد زنگ هستند و نیاز به اقدامات حفاظتی در محیط های خوردنی دارند.
- محتوای کرومیوم بالاتر P91 مقاومت اکسیداسیون در دمای بالا را نسبت به P22 بهتر می کند.
قابلیت ماشینکاری و شکل دادن
- ماشینکاری:P22 آسان تر از P91 به دلیل قدرت / سختی کمتر است.
- شکل دادن:P22 توانایی بهتر شکل گیری سرد را ارائه می دهد؛ P91 اغلب نیاز به شکل گیری گرم دارد.
سناریوهای کاربرد
| P22 درخواست ها | P91 درخواست ها |
|---|---|
| لوله های بخار، سر و ظرف های تحت فشار در دیگها و پالایشگاه های متوسط درجه حرارت (تا ~540-565 °C) | هیدرهای درجه حرارت بالا، لوله های سوپر هیتر/رایتر و لوله های بخار در نیروگاه های فوق فوق بحرانی که نیاز به مقاومت کششی بالا دارند |
| مبادلات گرما، بشکه ها و لوله های غیر حیاتی با دمای بالا که هزینه آنها 1.25Cr-0.5Mo است | اجزای با استرس بالا و با عمر طولانی که در معرض دمای بالا یا استرس های بلند مدت قرار دارند |
معیارهای انتخاب
- P22 را انتخاب کنید:جوش پذیری، انعطاف پذیری و هزینه مواد پایین تر اولویت های کاربردی در دمای متوسط است.
- P91 را انتخاب کنید:مقاومت بلند مدت در برابر خزیدن، مقاومت در دمای بالا و احتمال کاهش ضخامت دیوار، هزینه های بالاتر و کنترل های سختگیرانه تر جوش را توجیه می کند.
هزینه و در دسترس بودن
- P91 معمولاً به دلیل محتوای بیشتر آلیاژ و الزامات پردازش سختگیرانه قیمت بیشتری دارد.
- P22 به طور گسترده ای در فرم های مختلف محصول در دسترس است؛ P91 ممکن است زمان تحویل طولانی تری برای اقلام تخصصی داشته باشد.
مقایسه خلاصه
| دسته بندی | P22 | P91 |
|---|---|---|
| قابلیت جوش | ساده تر؛ PWHT استاندارد | تقاضای بیشتر؛ الزامات سختگیرانه پیش گرم کردن/PWHT |
| قدرت-سختی (RT) | قدرت متوسط با انعطاف پذیری خوب / سختی | قدرت بالا با سختی خوب در صورت درمان مناسب |
| مقاومت در برابر گرماهای بالا | متوسط؛ مناسب برای کاربردهای با دمای پایین/ چرخه های بالا | عالی؛ برای طول عمر طولانی تر طراحی شده است |
| هزینه | هزینه مواد پایین تر؛ ساخت ساده تر | هزینه های بالاتر مواد و تولید |
توصیه های نهایی
- انتخاب P22:هنگامی که نیاز به راه حل های مقرون به صرفه برای کاربردهای متوسط و بالا در دمای که استاندارد PWHT قابل قبول است، و مقاومت خروجی برتر مورد نیاز نیست.
- انتخاب P91:هنگامی که طراحی به شدت مقاومت و مقاومت در برابر ارتفاع در دمای بالا، یا زمانی که ضخامت دیوار / وزن کاهش یافته و فواصل نگهداری طولانی تر هزینه های بالاتر را توجیه می کند.
نکته مهم:انتخاب مواد باید استرس های طراحی قطعات، طول عمر مورد نیاز، استانداردهای قابل اجرا، قابلیت های جوش / بازرسی و تجزیه و تحلیل هزینه چرخه عمر را در نظر بگیرد.همیشه از داده های شیمیایی/مکانیکی و روش های جوش با کیفیت برای اجزای فشار بحرانی استفاده کنید.