O que é aço para vasos de pressão?
Aço para vasos de pressão refere-se ao tipo de aço utilizado na construção de vasos de pressão. Normalmente se refere ao aço de alta resistência.
Para atender a vários requisitos de projeto e fabricação, vários tipos de aço estão disponíveis com base em seus níveis de resistência, incluindo carbono e baixa liga de alta resistência.
Atualmente, existem cinco tipos de aço disponíveis na China para vasos de pressão: 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR e 18MnMoNbR.
No projeto de vasos de pressão, é essencial escolher os materiais estruturais corretos para garantir uma estrutura razoável, operação segura e projeto econômico do vaso.
A seleção do aço para vasos de pressão deve ser baseada na pressão de projeto, na temperatura de projeto e nas características do meio que será armazenado no equipamento.
O aço escolhido deve ter excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão, bom desempenho de soldagem e capacidade de suportar condições de processamento a frio e a quente nas condições de projeto.
Além disso, é importante selecionar o aço com melhor custo-benefício para minimizar o custo geral do equipamento.
1. Aço comumente usado em plantas químicas e petroquímicas
O aço comumente utilizado em plantas químicas e petroquímicas é categorizado e definido com base em sua composição química e estrutura metalúrgica da seguinte forma:
1. Aço carbono
Ligas de ferro-carbono com teor de manganês menor ou igual a 1,2% e teor de carbono menor ou igual a 2,0% são definidas como aço, sem adição intencional de outros elementos de liga.
Aço de baixo carbono refere-se ao aço com teor de carbono menor ou igual a 0,25%.
Para fins de soldagem, o teor de carbono do aço utilizado na construção de componentes de pressão não deve exceder 0,25% para garantir sua soldabilidade.
Portanto, o aço de baixo carbono é normalmente usado para soldagem de vasos de pressão.
O aço carbono mencionado nestas diretrizes de seleção de materiais refere-se ao aço com baixo teor de carbono.
2. Aço de baixa liga
Aço de baixa liga é um termo que abrange tanto o aço de baixa liga de alta resistência quanto o aço perlítico resistente ao calor.
Aço de baixa liga e alta resistência refere-se ao aço com um teor de liga inferior a 3,0%, projetado para melhorar sua resistência e propriedades gerais. Exemplos desse aço incluem 16MnR e 15MnV.
3. Aço perlítico resistente ao calor
O aço resistente ao calor perlítico refere-se ao aço de baixo carbono projetado para melhorar suas propriedades de resistência ao calor e ao hidrogênio por meio da adição de elementos de liga como cromo (Cr ≤ 10%) e molibdênio. Exemplos desse aço incluem 18MnMoNb e 15CrMo.
4. Aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável é um tipo de aço que possui estrutura metalúrgica austenítica à temperatura ambiente. Exemplos desse aço incluem Cr18Ni9 e Cr17Ni12Mo2.
5. Aço inoxidável ferrítico
O aço inoxidável ferrítico é um tipo de aço inoxidável que possui microestrutura ferrítica à temperatura ambiente. Um exemplo desse aço é o Cr13Al.
6. Aço inoxidável martensítico
O aço inoxidável martensítico é um tipo de aço inoxidável que possui microestrutura martensítica à temperatura ambiente. Um exemplo desse aço é o Cr13.
Os materiais utilizados na fabricação de vasos de pressão devem atender aos regulamentos descritos na GBT 150 para vasos de pressão de aço.
O limite superior da temperatura de serviço para um tipo de aço específico é a temperatura máxima na qual o valor de tensão específica admissível, conforme listado na tabela de tensão admissível, pode ser usado.
Consulte as normas relevantes para obter informações sobre a composição química, propriedades mecânicas em temperatura normal, disponibilidade e outros detalhes de classes de aço doméstico semelhantes às especificadas na ASME-II.
2. Princípios gerais para a seleção de vários aços:
Do ponto de vista de aquisição e fabricação, é desejável utilizar aço com uma ampla gama de variedades e especificações para recipientes.
(1) Aço Carbono:
A seleção dos tipos de aço Q235-A, F, Q235-A, Q235-B e Q235-C deve estar em conformidade com as disposições específicas do GB150.
Para componentes de pressão com espessura de parede inferior a 8 mm, a placa de aço carbono é preferida.
Quando a espessura da parede dos componentes de pressão afeta a rigidez, o aço carbono é a opção preferida.
(2) Aço de baixa liga:
Para componentes de pressão onde a espessura da parede afeta a resistência, o aço de baixo carbono e o aço de baixa liga devem ser selecionados em sequência, garantindo ao mesmo tempo que atendam ao escopo de aplicação.
Isso inclui placas de aço como 20R, 16MnR, 15MnVR e outras.
O aço carbono e o aço carbono manganês não devem ser usados a 425°C por um período prolongado, pois podem resultar na decomposição da cementita no aço, levando à grafitização da fase de carboneto. Isso reduz a resistência, a plasticidade e a resistência ao impacto do material, tornando-o quebradiço e inadequado para uso.
Em vez disso, deve ser usado aço perlítico resistente ao calor com baixo teor de carbono.
(3) Aço Perlítico Resistente ao Calor:
O aço perlítico resistente ao calor é comumente usado para aplicações resistentes ao calor ou ao hidrogênio com uma temperatura projetada acima de 350 ℃.
(4) Aço Inoxidável Austenítico:
O aço inoxidável austenítico é usado principalmente em condições que exigem resistência à corrosão ou necessidade de materiais limpos, não contaminados e sem íons de ferro.
O aço inoxidável austenítico não deve ser usado como aço resistente ao calor com uma temperatura projetada superior a 500 ℃.
O aço inoxidável austenítico normalmente é usado apenas como aço de baixa temperatura quando o aço de baixa liga não pode ser selecionado para aplicações de baixa temperatura.
Para espessuras superiores a 12 mm, o aço composto de aço inoxidável austenítico deve ser preferido.
(5) Aço de baixa temperatura:
O aço de baixa temperatura geralmente deve ser selecionado para aplicações onde a temperatura de projeto é menor ou igual a -20°C (excluindo baixa tensão).
Se o aço for usado abaixo de sua temperatura de transição frágil e a tensão atingir um determinado valor, poderá ocorrer falha frágil.
Para evitar falhas frágeis, o material deve ter um certo nível de tenacidade na temperatura de serviço, que é medida através de um teste de impacto. Os requisitos de valor de impacto são especificados com base na resistência à tração do material.
Além de atender aos requisitos de resistência à tração e limite de escoamento, o aço para baixas temperaturas também deve atender aos requisitos de resistência ao impacto.
(6) Aço resistente à corrosão:
Aço resistente à corrosão por hidrogênio – Quando o aço perlítico resistente ao calor é usado como aço resistente ao hidrogênio de alta temperatura, o uso prolongado em altas temperaturas pode causar o acúmulo de metano a partir da reação química entre o hidrogênio dissolvido no aço e o carbono, levando a corrosão interna fissuras ou mesmo fissuras (ou seja, fragilização por hidrogénio).
Portanto, ao trabalhar com hidrogênio em alta temperatura, a curva de Nelson deve ser verificada de acordo com a pressão parcial de hidrogênio do material (pressão de projeto multiplicada pela porcentagem volumétrica de hidrogênio) e a temperatura de projeto para determinar o tipo de aço adequado.
A curva de Nelson pode ser encontrada em HG20581.
(7) Aço para componentes sem pressão:
GB150 especifica o aço para vasos de pressão, mas não há disposições escritas para componentes sem pressão.
HG20581 fornece as seguintes disposições para a seleção de aço para componentes sem pressão:
Com base no limite inferior da temperatura de serviço, importância e pressão dos componentes, os coeficientes correspondentes K1, K2 e K3 são selecionados da seguinte forma:
Coeficiente de alta temperatura K1:
T> 0°C, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.
Coeficiente de Importância K2:
Se ocorrer dano, afetará apenas localmente o equipamento, K2=1;
Se ocorrer dano, afetará todo o equipamento, K2=2.
Coeficiente de nível de estresse K3:
Baixo nível de estresse, K3=1;
O nível de tensão é menor ou igual a 2/3 da tensão admissível, K3=2;
O nível de tensão é superior a 2/3 da tensão admissível, K3=3.
K = K1 + K2 + K3
