Differenze di Prestazione delle Flange Realizzate con Materiali Diversi in Ambienti ad Alta Temperatura

Le prestazioni dei materiali di flange in condizioni di alta temperatura variano significativamente in base a fattori quali:Ritenzione della resistenza, resistenza all'ossidazione, resistenza al sollevamento, stabilità termica, ecompatibilità chimicaDi seguito è riportata una valutazione dettagliata basata sulle categorie tipiche di materiali.

1. Flanche in acciaio al carbonio (ad esempio, acciaio Q235, 20#)

L'acciaio al carbonio è generalmente adatto per applicazioni a bassa o media temperatura.la resistenza al rendimento dell'acciaio 20# diminuisce da circa 245 MPa a temperatura ambiente a circa 180 MPa a 400°CAl di sopra di 450°C, il materiale diventa sempre più suscettibile al grossoramento del grano a causa della sferoidizzazione della perlite, che può eventualmente portare a un fallimento del creep.

In termini di resistenza all'ossidazione, l'acciaio al carbonio ha scarse prestazioni.la velocità di ossidazione può essere cinque volte superiore a quella a 300°CSe nell'ambiente sono presenti composti di zolfo o vapore, la corrosione da ossidazione è ulteriormente aggravata, limitando l'affidabilità del materiale in tali condizioni.

2Flangelle in acciaio inossidabile austenitiche (ad esempio, 304, 316)

Gli acciai inossidabili austenitici sono ampiamente utilizzati in ambienti corrosivi ad alta temperatura a causa della loro superiore resistenza all'ossidazione e stabilità termica.Tipo 304 può essere utilizzato a temperature fino a circa 870°C, mentre il 316L, che contiene molibdeno, mantiene una buona resistenza (resistenza al rendimento ≥ 120 MPa) fino a 650°C.Il loro elevato contenuto di cromo (18·20%) consente la formazione di uno strato passivo denso di Cr2O3 che rallenta significativamente l'ossidazioneAd esempio, a 800 °C, il tasso di ossidazione del 304/316 è inferiore di oltre il 90% a quello dell'acciaio al carbonio.

Tuttavia, gli acciai inossidabili austenitici non sono privi di limitazioni: l'esposizione prolungata all'interno dell'intervallo di temperatura di 450°C a 850°C può portare a sensibilizzazione.in cui i carburi di cromo precipitano ai confini del granoQuesto problema può essere mitigato con trattamenti di stabilizzazione, come l'uso di gradi stabilizzati in titanio come l'acciaio inossidabile 321.

Un'altra preoccupazione è la deformazione da sollevamento. Oltre i 650°C, la velocità di sollevamento aumenta notevolmente, rendendo necessaria una riduzione della sollecitazione di progettazione ammissibile.la tensione ammissibile del 316L può scendere solo a circa il 15% del suo valore a temperatura ambiente.

3Flanghe duplex in acciaio inossidabile (ad es. 2205, 2507)

Gli acciai inossidabili duplessi offrono un equilibrio tra resistenza e resistenza alla corrosione, rendendoli una soluzione conveniente in ambienti a temperatura moderatamente elevata che coinvolgono mezzi aggressivi.Il tipo 2205 è tipicamente utilizzato a temperature fino a 300°C, mentre il 2507 può essere utilizzato fino a 350°C. A 300°C, il 2205 mantiene una resistenza al rendimento superiore a 400 MPa, quasi il doppio di quella dell'acciaio inossidabile 304.

Nonostante i loro vantaggi di resistenza, gli acciai duplex sono termicamente meno stabili dei gradi austenitici a temperature elevate.la fase ferritica diventa soggetta alla crescita del grano e alla ridotta resistenza al sollevamentoQuesta perdita accelerata di integrità meccanica limita la loro idoneità per un servizio a temperature elevate a lungo termine.

4Flanghe di acciaio in lega di cromo-molibdeno (ad esempio, 15CrMo, P91)

Gli acciai in lega Cr-Mo sono specificamente progettati per ambienti ad alta temperatura e pressione, come centrali elettriche e sistemi di caldaie.Le loro prestazioni meccaniche in tali condizioni superano di gran lunga quelle degli acciai al carbonio e degli acciai inossidabili standard.

L'acciaio 15CrMo, contenente circa l'1,5% di cromo e circa lo 0,5% di molibdeno, è adatto a temperature di servizio fino a 550°C. A 500°C mantiene ancora una resistenza al rendimento superiore a 200 MPa.una legatura ad alte prestazioni di 9%Cr1Mo, è in grado di funzionare a lungo termine sotto i 650°C con un'eccellente resistenza al sollevamento.rispetto a soli 40 MPa per il 15CrMo.

Questi materiali combinano resistenza ad alte temperature con una buona resistenza all'ossidazione, rendendoli adatti a condizioni termiche e di pressione impegnative.

5. Flanghe in lega a base di nichel (ad esempio, Inconel 625, Hastelloy C-276)

Le leghe a base di nichel rappresentano il più alto livello di prestazioni sia a temperature estreme che in ambienti altamente corrosivi.mentre Hastelloy C-276 offre un'eccellente resistenza all'ossidazione fino a 1200°CQueste leghe offrono anche una straordinaria resistenza al sollevamento. Ad esempio, a 800 °C, Hastelloy C-276 ha una resistenza al sollevamento di circa cinque volte quella dell'acciaio inossidabile 316L.

La loro eccezionale resistenza alla corrosione è dovuta al loro elevato contenuto di nichel (≥ 50%), cromo (20% 30%) e molibdeno (10% 16%).Questa combinazione consente la resistenza a una vasta gamma di meccanismi di degradazione, compresa l'ossidazione, la cracking da corrosione da stress e la corrosione intergranulare, anche negli ambienti chimici più aggressivi.dove i gassificatori funzionano a 650°C e contengono H2S e CO2, solo le leghe a base di nichel possono fornire prestazioni affidabili per oltre 20 anni di vita utile.

Conclusioni

Nelle applicazioni ad alta temperatura, la selezione dei materiali per le flange deve considerare non solo le soglie di temperatura, ma anche le prestazioni meccaniche a lungo termine e la resistenza alla corrosione.

• Acciaio al carbonioè economico ma limitato a temperature più basse e ambienti non corrosivi.

• Acciai inossidabili austeniticioffrono una migliore resistenza alla corrosione ad alte temperature, ma sono sensibili alla sensibilizzazione e alla scorrevolezza.

• Acciai inossidabili duplexfornire elevata resistenza a temperature moderate ma si degradano rapidamente a temperature elevate.

• Acciai di lega Cr-Mosono ottimizzati per il servizio ad alta pressione e ad alta temperatura con una forte resistenza al sollevamento.

• Leghe a base di nichelfornire prestazioni ineguagliabili in condizioni estreme, sebbene a costi significativamente più elevati.

Una valutazione attenta della temperatura di funzionamento, della pressione e della composizione del mezzo è essenziale per selezionare il materiale appropriato per garantire la sicurezza, la durata e la redditività.