¿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 al acero de alta resistencia.
Para cumplir con diversos requisitos de diseño y fabricación, hay varios tipos de acero disponibles según sus niveles de resistencia, incluido el carbono y el acero de baja aleación de alta resistencia.
Actualmente, hay cinco tipos 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 correctos para garantizar una estructura razonable, un funcionamiento seguro y un diseño económico del recipiente.
La selección del acero para 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 condiciones de procesamiento 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 comúnmente utilizado en plantas químicas y petroquímicas se categoriza y define en función de su composición química y estructura metalúrgica de la siguiente manera:
1. Acero al carbono
Se definen como acero las aleaciones hierro-carbono con un contenido de manganeso inferior o igual al 1,2% y un contenido de carbono inferior o igual al 2,0%, sin adición intencionada de otros elementos de aleación.
El acero con bajo contenido de carbono se refiere al acero con un contenido de carbono menor o igual al 0,25%.
Para fines de soldadura, el contenido de carbono del acero utilizado en la construcción de componentes a presión no debe exceder el 0,25% para garantizar su soldabilidad.
Por lo tanto, el acero con bajo contenido de carbono se utiliza normalmente para soldar recipientes a presión.
El acero al carbono mencionado en estas pautas de selección de materiales se refiere al acero con bajo contenido de carbono.
2. Acero de baja aleación
El acero de baja aleación es un término que engloba tanto el acero de baja aleación de alta resistencia como el acero perlítico resistente al calor.
El acero de baja aleación y alta resistencia se refiere al acero con un contenido de aleación inferior al 3,0%, diseñado para mejorar su resistencia y propiedades generales. Ejemplos de este acero incluyen 16MnR y 15MnV.
3. Acero perlítico resistente al calor
El acero perlítico resistente al calor se refiere al acero con bajo contenido de carbono diseñado para mejorar sus propiedades de resistencia al calor y al hidrógeno mediante la adición de elementos de aleación como cromo (Cr ≤ 10%) y molibdeno. Ejemplos de este acero incluyen 18MnMoNb y 15CrMo.
4. Acero inoxidable austenítico
El acero inoxidable es un tipo de acero que tiene una estructura metalúrgica austenítica a temperatura ambiente. Ejemplos de este acero incluyen Cr18Ni9 y Cr17Ni12Mo2.
5. Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico es un tipo de acero inoxidable que tiene una microestructura ferrítica a temperatura ambiente. Un ejemplo de este acero es el Cr13Al.
6. Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico es un tipo de acero inoxidable que tiene una microestructura martensítica a temperatura ambiente. Un ejemplo de este 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 temperatura de servicio para un grado de acero específico es la temperatura máxima a la que se puede utilizar el valor de tensión permisible específico, como se indica en la tabla de tensión permisible.
Consulte las normas pertinentes para obtener información sobre la composición química, las propiedades mecánicas a temperatura normal, la disponibilidad y otros detalles de grados de acero nacionales similares a los especificados en ASME-II.
2. Principios generales para la selección de diversos aceros:
Desde una perspectiva de adquisición y fabricación, es deseable utilizar acero con una amplia gama de variedades y especificaciones para contenedores.
(1) Acero al carbono:
La selección de los grados de acero Q235-A, F, Q235-A, Q235-B y Q235-C debe cumplir con las disposiciones específicas de GB150.
Para componentes de presión con un espesor de pared inferior a 8 mm, se prefiere la placa de acero al carbono.
Cuando el espesor de la pared de los componentes de presión afecta la rigidez, el acero al carbono es la opción preferida.
(2) Acero de baja aleación:
Para componentes de presión donde el espesor de la pared afecta la resistencia, se deben seleccionar acero con bajo contenido de carbono y acero de baja aleación en secuencia, garantizando al mismo tiempo que cumplan con el ámbito de aplicación.
Esto incluye placas de acero como 20R, 16MnR, 15MnVR y otras.
El acero al carbono y el acero al carbono al manganeso no deben usarse a 425 °C durante un período prolongado, ya que pueden provocar la descomposición de la cementita en el acero, lo que lleva a la grafitización de la fase de carburo. Esto reduce la fuerza, plasticidad y resistencia al impacto del material, haciéndolo quebradizo e inadecuado para su uso.
En su lugar, se debe utilizar acero perlítico resistente al calor con un bajo contenido de carbono.
(3) Acero perlítico resistente al calor:
El acero perlítico resistente al calor se usa comúnmente para aplicaciones resistentes al calor o 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 y no contaminados 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 normalmente sólo se utiliza como acero de baja temperatura cuando no se puede seleccionar acero de baja aleación para aplicaciones de baja temperatura.
Para espesores superiores a 12 mm se debe preferir el acero compuesto de acero inoxidable austenítico.
(5) Acero de baja temperatura:
Generalmente se debe seleccionar acero para bajas temperaturas para aplicaciones donde la temperatura de diseño es menor o igual a -20°C (excluyendo tensiones bajas).
Si el acero se utiliza por debajo de su temperatura de transición frágil y la tensión alcanza un cierto valor, puede ocurrir una falla frágil.
Para evitar fallas frágiles, el material debe tener un cierto nivel de tenacidad a temperatura de servicio, la cual se mide mediante una prueba de impacto. Los requisitos del valor de impacto se especifican en función de la resistencia a la tracción del material.
Además de cumplir con los requisitos de resistencia a la tracción y límite elástico, el acero de baja temperatura también debe cumplir con los requisitos de resistencia al impacto.
(6) Acero resistente a la corrosión:
Acero resistente a la corrosión por hidrógeno: cuando se utiliza acero perlítico resistente al calor como acero resistente al hidrógeno a altas temperaturas, el uso prolongado a altas temperaturas puede causar la acumulación de metano debido a la reacción química entre el hidrógeno disuelto en el acero y el carbono, lo que lleva a agrietamiento por corrosión interna o incluso agrietamiento (es decir, fragilización por hidrógeno).
Por lo tanto, cuando se trabaja con hidrógeno a alta temperatura, se debe verificar la curva de Nelson de acuerdo con la presión parcial de hidrógeno del material (presión de diseño multiplicada por el porcentaje volumétrico de hidrógeno) y la temperatura de diseño para determinar el grado de acero adecuado.
La curva de Nelson se puede encontrar en HG20581.
(7) Acero para componentes sin presión:
GB150 especifica acero para recipientes a presión, pero no existen disposiciones escritas para componentes sin presión.
HG20581 proporciona las siguientes disposiciones para la selección de acero para componentes sin presión:
Con base en el límite inferior de la temperatura de servicio, importancia y presión de los componentes, los coeficientes correspondientes K1, K2 y K3 se seleccionan de la siguiente manera:
Coeficiente de alta temperatura K1:
T>0°C, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.
Coeficiente de importancia K2:
Si se produce daño, sólo afectará al equipo localmente, K2=1;
Si se produce daño, afectará a todos los equipos, K2=2.
Coeficiente del nivel de tensión K3:
Bajo nivel de estrés, K3=1;
El nivel de voltaje es menor o igual a 2/3 del voltaje permitido, K3=2;
El nivel de voltaje es mayor que 2/3 del voltaje permitido, K3=3.
K = K1 + K2 + K3
