Фланцы жаропрочные. Фланцы в условиях повышенных рабочих температур

Повышенные температуры рабочих сред трубопроводов вынуждают использовать подготовленные элементы, дабы не снижались механические качества изделий. В противном случае может нарушиться функционирование всего участка системы. Это приведет к существенным затратам на ремонт и восстановление работы трубопровода.

К примеру, для производства фланцев используются жаропрочные стали, которые отлично противодействуют высокотемпературным влияниям. Из этого же металла изготавливаются крепежные составляющие. Благодаря такому подходу они отлично переносят влияние высоких температур, проявляют стойкость к разрушению, а также ползучести.

Особенности жаропрочной стали

Материал характеризуется важными качествами:

• продолжительная ползучесть;
• износо- и термостойкость.

Этих свойств, наряду с прочностью и прочими, достаточно, чтобы использовать жаропрочную сталь для создания фланцев, подтвержденных напряжениям и высокотемпературным воздействиям.

Металл создается по технологии, подразумевающей:

• начальную температурную обработку;
• легирование хромом с внедрением, к примеру, никеля для улучшения прочностных характеристик.

Также в материал может добавляться молибден, кобальт, медь, алюминий, титан и другие компоненты, способствующие стойкости к различным внешним воздействиям.

Что касается производства фланцев, к этим деталям предъявляются особые требования по:

• качеству проработки структуры;
• точности изготовления;
• надежности;
• жаропрочности.

Для этого могут применяться деформируемые, порошковые и литейные сплавы. Последние являются самыми распространенными. Линейные сложнолегированные сплавы с добавлением никеля способны работать при температуре до 1100 градусов. Подобная сталь часто применяется для производства составных частей систем в нефтехимических производственных условиях:

• фланцев;
• крепежей;
• частей трубопровода.

Во время проведения обработки высокими температурами достигаются необходимые жаропрочные качества. Закалка на твердый раствор и старение осуществляются с таким расчетом, чтобы получить нужную жаропрочность и размер зерна. Обработка высокими температурами наделяет высоколегированные сплавы пластическими и прочностными характеристиками.

Структура таких материалов определяется содержанием:

• никеля;
• хрома;
• аустенитизаторов (V, W, Nb, Al и прочих);
• ферритизаторов (N, В, Мп, Си и других).

Для повышения жаропрочности готовой продукции могут применяться дополнительные методы воздействия. К примеру, возможна обработка поверхности с помощью электронной пушки и лазера. Также могут применяться меры влияния:

• напыление оксидов с тугоплавкими свойствами;
• эмалирование;
• диффузионная химическая обработка поверхности изделия при высоких температурах;
• продуктами, выделяемыми при сгорании газа и топлива.

Этапы ползучести

Продолжительная деформация изделия, созданного из металла, называется ползучестью. Если рассматривать в этом отношении фланцы, то изменение состояния материала происходит под высокотемпературным воздействием и влиянием напряжений. Поэтому специалисты определяют стадии ползучести:

• Этап I. Неустойчивость. Происходит планомерное снижение скорости деформации до перманентного показателя.
• Этап II. Постоянное состояние. Скорость остается неизменной.
• Этап III. Разрушение. Рост скорости структурных изменений приводит к логическому итогу – разрушению.

Если для изготовления крепежей и фланцев выбрать не тот металл, термообработка может спровоцировать появление ползучести. Результат ее развития - разрушение изделий, а значит, целого участка трубопровода, на котором использовались некорректно подобранные элементы.

Металл, подготовленный к влиянию высоких температур

Жаропрочная сталь выгодно отличается от аналогов важными качествами: продолжительная ползучесть и износостойкость. Как отмечалось, для производства такого материала применяется особая технология, включающая в себя обработку повышенными температурами и легирование хромом с включением добавок. Благодаря этому увеличивается не только стойкость к термовоздействию, но и прочность.

Условно все жаропрочные стали, которые используются для создания фланцев, можно разделить на три группы:

• Релаксационная сталь. Если температура не превышает 500 градусов, из такого материала могут производиться болты, пружины и прочие элементы. Релаксационная сталь отличается повышенным содержанием углерода. Изделия имеют упругость, низкую ползучесть.
• Низколегированная сталь. Благодаря повышенному содержанию молибдена и хрома улучшается стойкость к износу. Из такой стали производятся изделия, функционирующие при температуре, не превышающей 450 градусов.
• Высоколегированная сталь. Изделия, произведенные из такого материала, способны функционировать при рабочих температурах до 600 градусов. Такая продукция применяется в энергетическом, нефтяном и химическом машиностроении. Изделия характеризуются высокой прочностью при длительной эксплуатации. Для этого в составе содержится повышенное содержание молибдена, никеля и хрома. Остальные примеси составляют незначительный объем. Поскольку высоколегированная сталь сохраняет свои механические качества при любых температурах (высоких и низких), из нее могут производиться хладостойкие фланцы и крепежи.

Создание деталей, например фланцев и крепежей из стали с жаропрочными характеристиками, львиная часть мирового проката. Поэтому эта группа материалов играет важную роль в промышленности.

Изготовление фланцев, стойких к повышенным температурам

Изделия производятся из сталей разных марок: 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 15Х5М и прочих. Такие элементы могут применяться при изготовлении каучука, синтетической уксусной кислоты и прочих материалов. Рассмотрим несколько характерных примеров металлов, их свойства.

15Х5М

Указанная марка является низколегированной мартенситного класса. Ее аналог на американском рынке - A 182 Grade F5 (B5). Материал может использоваться для создания:

• фланцев;
• крепежей;
• задвижек.

Эти изделия могут использоваться на участках перемещения продуктов нефтехимической промышленности, на перерабатывающих заводах, при рабочей температуре до 600 градусов. Также из стали 15Х5М может производиться арматура и трубопроводы, температура которых не превышает 400 градусов.

Химический состав стали 15Х5М указан в таблице.

Cu	V	Mo	P	Ni	Si	Ti	W	Cr	S	Mn	C
до 0.2	до 0.05	0.45-0.6	до 0.03	до 0.6	до 0.5	до 0.03	до 0.3	4.5-6	до 0.025	до 0.5	до 0.15

10Х11Н23Т3МР

Материал представляет собой высоколегированную сталь. Ее механические характеристики (при комнатной температуре) указаны в таблице. Химсостав соответствует ГОСТу 5632-72.

σв(МПа)	sT (МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
900	600	8	10	300

13ХФА

Изделия используются в:

• промышленных трубопроводах, перемещающих нефтепродукты и саму нефть;
• системах нефтегазопроводов.

Возможно изготовление изделий с учетом индивидуальных требований. Для этого могут подбираться особые жаропрочные стали и параметры.