Johdatus 13CrMo4-5 / 1.7335 teräskattilaputkeen
Materiaalien luokitus
13CrMo4-5 (materiaalinumero1.7335) onei hiiliterästämutta aniukka-seosteinen kromi-molybdeeniterässuunniteltu erityisesti korkean lämpötilan huoltoon kattiloissa ja paineastioissa. Tämä materiaali edustaaväliluokkatavallisten hiiliterästen ja korkeammin seostettujen virumiskestoisten -terästen välillä, mikä tarjoaa tasapainoisen yhdistelmän ominaisuuksia tietyille lämpötila-alueille.
Oikea luokitus:
Matala-seoksen viruma-lämmönkestävä-teräs (1,25 % kromiryhmä)
Materiaalin nimitysten erittely:
13: Noin 1,3 % kromipitoisuus (itse asiassa 0,7-1,2 %)
Cr: Kromiseosaine
Mo: Molybdeenin seosaine
4-5: Ilmaisee sekä kromi (~1 %) että molybdeeni (~0,5 %) pitoisuuden
Vaihtoehtoiset nimitykset:1Cr-0.5Mo teräs, 1.25Cr-0.5Mo (likimääräinen koostumus)
Tärkeimmät ominaisuudet ja sovellukset
Erottavat ominaisuudet:
Parannettu virumisvastus: Ylivoimainen tavallisiin hiiliteräksiin korkeissa lämpötiloissa
Hyvä Hitsattavuus: Parempi kuin kromiteräkset, mutta vaatii enemmän hoitoa kuin hiiliteräkset
Hapettumiskestävyys: Parannettu hiiliteräksiin verrattuna kromipitoisuuden ansiosta
Lämpöhaurastumisen vastustuskyky: Parempi kuin jotkut korkeammat metalliseoslaadut
Hyvä muokattavuus: Voidaan muotoilla ja työstää vakiovarusteilla
Historiallinen konteksti:
Kehitetty 1900-luvun puolivälissäkeskilämpötilasovelluksiin
Eurooppalainen sopeutuminensamankaltaisia yhdysvaltalaisia laatuja, kuten 1,25Cr-0,5Mo
Laajalti käytettyperinteisissä voimalaitoksissa ja prosessiteollisuudessa
Todistettu luotettavuuslaajalla huoltohistorialla
Ensisijaiset sovellukset:
Kattilan rummutja otsikot
Tulistimen putketja tukee
Höyryputkistoperinteisissä voimalaitoksissa
Lämmönvaihtimen putketjalostamoissa
Paineastiatkemialliseen käsittelyyn
Kaukolämpöjärjestelmien komponentit
Tyypilliset palveluehdot:
Lämpötila-alue: 450 °C - 550 °C(optimaalinen 475-525 °C)
Paine: Jopa150 bartyypillisesti
Käyttöikä: 100 000-150 000 tuntiasuunnittelulämpötilassa
Taloudellinen valikoima: Kustannustehokkain-lämpötilojensa vuoksi
Tekniset tiedot
Taulukko 1: Kemiallisen koostumuksen vaatimukset (EN 10216-2)
| Elementti | Vakioalue (%) | Tyypillinen analyysi (%) | Toiminnallinen rooli |
|---|---|---|---|
| Hiili (C) | 0.08 - 0.18 | 0.10 - 0.15 | Lujuus, kovametallin muodostuminen |
| Pii (Si) | 0.10 - 0.35 | 0.15 - 0.30 | Hapettumisenestoaine |
| Mangaani (Mn) | 0.40 - 1.00 | 0.60 - 0.90 | Vahvuus, sulfidihallinta |
| Fosfori (P) | ≤ 0,025 | ≤ 0,020 | Epäpuhtauksien hallinta |
| rikki (S) | ≤ 0,015 | ≤ 0,010 | Epäpuhtauksien hallinta |
| Kromi (Cr) | 0.70 - 1.20 | 0.90 - 1.10 | Hapettumiskestävyys, virumislujuus |
| Molybdeeni (Mo) | 0.40 - 0.60 | 0.45 - 0.55 | Virumisvastus, kovametallistabilointi |
| Nikkeli (Ni) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Jäännöselementti |
| Alumiini (Al) | ≤ 0,040 | ≤ 0,030 | Viljan jalostus |
| Kupari (Cu) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Jäännöselementti |
| Vanadiini (V) | -- | -- | Ei yleensä lisätty |
| Niobium (Nb) | -- | -- | Ei yleensä lisätty |
| Typpi (N) | ≤ 0,012 | ≤ 0,010 | Hallittu lisäys |
Taulukko 2: Huonelämpötilan mekaaniset ominaisuudet
| Omaisuus | Vakiovaatimus | Tyypilliset arvot | Testi kunto |
|---|---|---|---|
| Sadonvoimakkuus (Rp0,2) | ≥ 310 MPa | 320-400 MPa | Normalisoitu+karkaistu |
| Vetolujuus (Rm) | 460 - 590 MPa | 480-550 MPa | Normalisoitu+karkaistu |
| Venymä (A) | ≥ 22 % | 24-30% | L₀=5.65√S₀ |
| Pinta-alan pienentäminen (Z) | -- | 60-75% | Poikittainen |
| Iskuenergia (KV) | ≥ 40 J (kesk.) | 50-100 J | +20°C |
| Kovuus | 140 - 195 HB | 150-180 HB | Brinell |
Taulukko 3: Korkean lämpötilan ominaisuudet
| Lämpötila (°C) | 400 | 450 | 475 | 500 | 525 | 550 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Minimi Rp0,2 (MPa) | 260 | 240 | 225 | 210 | 200 | 190 |
| 10⁵h virumisvoima | 110 | 70 | 55 | 40 | 30 | 22 |
| Sallittu stressi (MPa) | 96 | 68 | 55 | 43 | 33 | 25 |
| vs. 16Mo3 | +10% | +25% | +35% | +40% | +45% | +50% |
| vs. P460NH | +20% | +30% | -- | -- | -- | -- |
Taulukko 4: Vertailu vastaaviin teräslajeihin
| Parametri | 13CrMo4-5 | 16Mo3 | 10CrMo9-10 | P460NH | X11CrMo5-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| Materiaali nro | 1.7335 | 1.5415 | 1.7380 | 1.8949 | 1.7361 |
| Chromen sisältö | 1% | <0.3% | 2.25% | <0.3% | 5% |
| Molybdeeni | 0.5% | 0.3% | 1% | <0.08% | 0.5% |
| Pienin tuotto (MPa) | 310 | 280 | 280 | 460 | 280 |
| Maksimilämpötila (°C) | 560 | 550 | 580 | 550 | 600 |
| Virumisen vastustuskyky | Hyvä | Kohtalainen | Erittäin hyvä | Rajoitettu | Erittäin hyvä |
| Hitsattavuus | Hyvä | Hyvä | Vaikea | Hyvä | Vaatii hoitoa |
| Kustannustekijä | 1.4 | 1.0 | 1.8 | 1.3 | 1.7 |
Valmistus ja käsittely
Tuotantoprosessi:
teksti
Perushappi/sähkökaariuuni → Kauhankäsittely → Jatkuva valu → Putken valmistus (saumaton tai hitsattu) → Normalisointi (900-950°C) + karkaisu (650-700°C) → Jäähdytys → Testaus → Lopputarkastus
Lämpökäsittelyn vaatimukset:
Normalisoidaan: 900-950°C ja sen jälkeen ilmajäähdytys
Karkaisu: 650-700°C 1-2 tuntia
Jälki-hitsauksen lämpökäsittely: Vaaditaan paksuudelle > 10-15mm
Lopullinen mikrorakenne: Ferriitti-perliitti tai bainiitti jäähdytysnopeudesta riippuen
Hitsaustekniikka:
Hitsauksen ominaisuudet:
Kohtalainen karkaistuvuus: Vähemmän kuin korkeammat kromiteräkset
Hyvät hitsausmetallin ominaisuudet: Oikein menettelyin
PWHT Pakollinen: Useimpiin sovelluksiin stressin lievittämiseen
Vetyohjaus: Tärkeää halkeilun estämiseksi
Suositeltavat hitsausmenetelmät:
teksti
Esi-hitsausvaatimukset: • Materiaalin sertifioinnin tarkistus • Hitsausprosessin pätevyys (WPQR) • Täytemetallin valinta Esilämmitysvaatimukset: • Vähintään 150{2}}200°C • Paksuuden lisääminen ja rajoitukset Hitsausprosessit: • SMAW, jossa on perusmatala{4}}vetyläpivienti • GTAW-hyväksyttyjen roottien elektrodien saumat • GMAW sopivalla kaasusuojauksella Interpass Lämpötila: • Maksimi: 250-300°C • Valvo jatkuvasti Hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä: • Lämpötila: 650-700°C • Aika: 1-2 tuntia (vähintään 1h/25mm) • Lämmitys/jäähdytysnopeus: ≤ 0°C/2 jännityksenpoistoaika Täyteaineet: • Vastaavuus: EN ISO 16834-A: G 42 4 M M1Mo • Yhteinen elektrodi: E9015-B3 (AWS) tai vastaava
Suunnittelun huomioita
13CrMo4-5:n edut:
Todistettu luotettavuus: Laaja huoltohistoria energiateollisuudessa
Kustannus-tehokas: Taloudellinen lämpötila-alueelleen
Hyvä muokattavuus: Voidaan taivuttaa, muotoilla ja työstää helposti
Ennustettava käyttäytyminen: Hyvin-ymmärretyt materiaalin ominaisuudet
Koodin hyväksyminen: Laajalti hyväksytty kaikissa tärkeimmissä suunnittelukoodeissa
Rajoitukset ja varotoimet:
Lämpötilaraja: Ei sovellu yli 560 °C:n lämpötilaan-pitkäaikaiseen käyttöön
Grafitisoinnin riski: Tietyissä olosuhteissa mahdollista laajennetun huollon jälkeen
PWHT-vaatimus: Usein pakollinen paine{0}}sisäville hitseille
Kohtalainen voimakkuus: Alempi kuin jotkut vaihtoehtoiset materiaalit
Hapettumisraja: Saattaa vaatia suojaa aggressiivisissa ympäristöissä
Suunnitteluparametrit:
Turvallisuustekijä: Tyypillisesti 1,5 virumismurtolujuudella
Korroosiokorvaus: 1-2mm riippuen palveluympäristöstä
Minimi suunnittelulämpötila: -10°C (alempi iskutestauksella)
Väsymys huomioitavaa: Tärkeää syklisille huoltokomponenteille
Mikrorakenteen ominaisuudet
Vaiheen muunnos:
Austenisoiva lämpötila: 900 - 950 °C
Kriittinen jäähdytysnopeus: Kohtalainen
Muutostuotteet: Pearliitti, bainiitti mahdollinen
Tempering Response: Stabiilit karbidit (M₃C, M₇C3)
Pitkäaikainen{0}}vakaus:
Karbidikarkeus: M3C:n muunnos M7C3:ksi
Grafitisoinnin riski: Tietyillä lämpötila-alueilla (harvinainen)
Sferoidisaatio: Perliitin hajoaminen ajan myötä
Creep Kavitaatio: Jatketun korkean{0}}lämpötilapalvelun jälkeen
Laadunvarmistus ja -standardit
Sertifiointivaatimukset:
FI 10204 3.1 tai 3.2 materiaalitodistus
Täysi jäljitettävyys lämmön/erän numeroon
Täydellinen kemiallinen analyysi
Mekaaniset testiraportit (huoneenlämpötila)
-Tuhoamattomat testiraportit
Lämpökäsittelytiedot
Sovellettavat standardit:
Tuotestandardit: EN 10216-2 (saumaton), EN 10217-2 (hitsattu)
Materiaalistandardi: EN 10028-2
Testausstandardit: EN ISO 6892-1, EN ISO 148-1
Hitsausstandardit: EN ISO 15614-1
Suunnittelukoodit: EN 12952, EN 13480, ASME Osa I
Erikoistestit (tarvittaessa):
Viritystestaus: Kriittisiin sovelluksiin
Kovuustutkimukset: Perusmetalli, HAZ ja hitsausmetalli
Mikrorakenteen tutkiminen: Raekoon arviointi
Taivutustestaus: Hitsausprosessin pätevyys
Palvelun suorituskyky ja huolto
Hajoamismekanismit:
Hiipiä: Ensisijainen käyttöikää{0}}rajoittava tekijä suunnittelulämpötiloissa
Hapetus: Sekä ulkoinen että höyry-puoli
Grafitisointi: Hitsauksessa HAZ erittäin pitkän käytön jälkeen (harvinainen)
Lämpöväsymys: Komponenteissa, joissa on lämpötilavaihtelu
Korroosio: Tietyissä aggressiivisissa ympäristöissä
Tarkastus ja valvonta:
Säännöllinen visuaalinen tarkastus: Pintavaurioita varten
Ultraäänitestaus: Virumisvaurioiden havaitsemiseen
Replikaatiomikroskopia: Mikrorakenteen arviointiin
Kovuustestaus: Pehmenemisen havaitsemiseen
Mittatarkistukset: Virumisen jännitysmittaukseen
Arvio jäljellä olevasta elämästä:
Perustuu käyttöhistoriaan (lämpötila, aika)
Virumisen jännitysmittaus
Mikrorakennearviointi
Näytetestaus kriittisissä tapauksissa
Taloudelliset näkökohdat
Kustannustekijät:
Materiaalikustannukset: 30-40 % enemmän kuin hiiliteräkset
Valmistuskustannukset: Kohtalainen lisäys hitsausvaatimuksista johtuen
Elinkaarikustannukset: Edullinen pidemmän käyttöiän vuoksi lämpötilassa
Saatavuus: Hyvä Euroopan markkinoilla
Kokonaisomistuskustannukset:
teksti
Alkukustannukset: Kohtuulliset asennuskustannukset: Kohtuulliset ylläpitokustannukset: Alhaiset tai kohtalaiset Vaihtokustannukset: Kohtuullinen käyttöikä: 20-25 vuotta tyypillinen Kokonaistaloudellisuus: Erittäin suotuisa suunniteltuihin sovelluksiin
Valintaohjeet
Milloin 13CrMo4-5 on sopiva:
Lämpötilavaatimukset: 475-525°C käyttöalue
Talousprojektit: Missä kustannus{0}}tehokkuuden tasapaino on kriittinen
Todistetut mallit: Komponenteille, joilla on vakiintunut huoltohistoria
Hyvää valmistettavuutta tarvitaan: Monimutkaiset muodot tai laaja hitsaus
Koodin noudattaminen: Hankkeet, joissa käytetään eurooppalaisia suunnittelukoodeja
Milloin vaihtoehtoja kannattaa harkita:
Alle 475 °C: P460NH tai vastaava voi olla edullisempi
Yli 525 °C: Harkitse 10CrMo9-10 tai vastaavaa
Erittäin syklinen palvelu: Saattaa vaatia erilaisen materiaalin valinnan
Vaikeat ympäristöt: Lisää korroosionkestäviä{0}}materiaaleja tarvitaan
Erittäin korkea paine: Vahvempia materiaaleja voidaan tarvita
Vastaavat tekniset tiedot:
| Vakio | Vastaava arvosana | Huomautuksia |
|---|---|---|
| ASTM | A335 P11 | Samanlainen koostumus, erilaiset ominaisuudet |
| ASME | SA335 P11 | Osa I ja VIII hyväksytään |
| DIN | 15CrMo5 | Vanhempi saksalainen nimitys |
| ISO | 12CrMo4-5 | Samanlainen spesifikaatio |
Nykyaikaiset sovellukset ja trendit
Nykyinen käyttö:
Perinteiset voimalaitokset: Käytetään edelleen laajasti olemassa olevissa tiloissa
Elämän pidennysprojektit: Ikääntyvien komponenttien vaihto
Teollisuuskattilat: Prosessihöyryn tuottamiseen
Yhteistuotantolaitokset: Yhdistetyt lämmön ja sähkön järjestelmät
Uusiutuva integraatio: Vara- ja tasapainoteho
Tulevaisuuden näkymät:
Asteittainen vaihto: Uudemmilla materiaaleilla tehokkaissa{0}}tehtaissa
Jatkuva käyttö: Jälkiasennus- ja huoltomarkkinoilla
Erikoissovellukset: Missä sen erityisominaisuudet ovat optimaaliset
Standardointi: Sisältyy edelleen kaikkiin tärkeimpiin suunnittelukoodeihin
Vertaileva analyysi tärkeimpien vaihtoehtojen kanssa
vs. 16Mo3:
Etu: Parempi virumislujuus yli 475°C:ssa
Epäkohta: Korkeammat kustannukset, monimutkaisempi hitsaus
Päätöspiste: ~475°C käyttölämpötila
vs. P460NH:
Etu: Erinomaiset korkean lämpötilan{0}}ominaisuudet
Epäkohta: Alempi huoneenlämpötilan vahvuus
Päätöspiste: Lämpötila vs. painevaatimukset
vs. X11CrMo5-1:
Etu: Parempi hitsattavuus, alhaisemmat kustannukset
Epäkohta: Alhaisemman lämpötilan kyky
Päätöspiste: 525°C käyttölämpötilaraja
Yhteenveto:13CrMo4-5 edustaa avakiintunutta, luotettavaa materiaalia-keskilämpötilasovelluksiin voima- ja prosessiteollisuudessa. Sentasapainoinen yhdistelmä virumiskestävyyttä, valmistettavuutta ja kustannuksiaon tehnyt sen avakiovalintakattiloiden tynnyreille, jakoputkille ja putkistojärjestelmille, jotka ovat toimineet 475-525 °C:n lämpötilassa vuosikymmeniä. Vaikka uudemmat materiaalit tarjoavat parannetun suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa, 13CrMo4-5 on edelleen määritelty sovelluksiin, joissa sen todistettu kokemus, hyvä saatavuus ja suotuisa taloudellinen tilanne tarjoavat optimaalisen ratkaisun. Oikea huomiohitsaustoimenpiteet ja lämpökäsittelyon välttämätön onnistuneelle sovellukselle, mutta nämä vaatimukset ovat vähemmän tiukkoja kuin korkeaseosteisille teräksille, joten se on monien valmistajien ja käyttäjien saatavilla.
