Wybór materiału do kucia pod wysokim-ciśnieniem jest bardziej skomplikowany niż wybór stali o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie.

Kuty kołnierz, pierścień, cylinder, element zaworu lub część zawierająca-ciśnienie mogą być wystawione na działanie wysokiego ciśnienia wewnętrznego przez tysiące godzin. Materiał musi wytrzymać to ciśnienie, zachowując jednocześnie odpowiednią wytrzymałość, stabilność wymiarową, odporność na korozję i wytrzymałość zmęczeniową w rzeczywistych warunkach pracy.

Dla kupujących ważnym pytaniem nie jest zatem:

„Która stal jest najmocniejsza?”

To jest:

„Który materiał do kucia może bezpiecznie zachować wymagane właściwości przy rzeczywistym ciśnieniu, temperaturze, medium i okresie użytkowania?”

To rozróżnienie jest szczególnie ważne w przypadku odkuwek zbiorników ciśnieniowych, kutych kołnierzy, kutych pierścieni, kutych cylindrów, odkuwek naftowych i gazowych oraz komponentów petrochemicznych.

1. Zacznij od ciśnienia projektowego

Pierwszą informacją dotyczącą-wyboru materiału powinno być rzeczywiste ciśnienie projektowe.

Kupujący powinien określić:

• Normalne ciśnienie robocze
• Ciśnienie projektowe
• Maksymalne ciśnienie
• Wahania ciśnienia
• Częstotliwość cykli ciśnienia
• Wymagana trwałość projektowa

Element wystawiony na działanie stałego ciśnienia ma inne właściwości zmęczeniowe niż element, który wielokrotnie przechodzi między niskim i wysokim ciśnieniem.

Na przykład kuty element ciśnieniowy używany w procesie, który rozpoczyna się i kończy każdego dnia, może w ciągu swojego okresu użytkowania przejść tysiące cykli ciśnienia.

Dlatego materiał należy ocenić zarówno pod kątem wytrzymałości statycznej, jak i obciążenia cyklicznego.

2. Weź pod uwagę temperaturę i ciśnienie

Ciśnienia nie można oceniać niezależnie od temperatury.

Wiele materiałów traci wytrzymałość wraz ze wzrostem temperatury.

Gatunek stali zapewniający wystarczającą granicę plastyczności w temperaturze pokojowej może mieć zasadniczo odmienne właściwości w podwyższonej temperaturze.

Dlatego w przypadku odkuwki stalowej-wysokociśnieniowej materiał należy oceniać w rzeczywistej temperaturze roboczej.

Kupujący powinien dostarczyć:

Minimalna temperatura robocza

Normalna temperatura pracy

Maksymalna temperatura robocza

Ciśnienie w każdej temperaturze

Warunki ogrzewania i chłodzenia

W przypadku sprzętu wysoko-ciśnieniowego/wysoko-temperaturowego połączenie temperatury i ciśnienia może decydować o wyborze materiału w większym stopniu niż którykolwiek z parametrów osobno.

3. Ustal, czy wytrzymałość jest krytyczna

Wysoka wytrzymałość nie oznacza automatycznie dużej wytrzymałości.

Element poddawany działaniu ciśnienia-może ulec nagłemu pęknięciu, jeśli materiał ma niewystarczającą odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć w rzeczywistych warunkach użytkowania.

Jest to szczególnie ważne w niskich temperaturach roboczych.

W przypadku krytycznych odkuwek zbiorników ciśnieniowych kupujący może zatem być zmuszony określić:

Udarność Charpy’ego

Minimalna temperatura pracy

Wymagane kryteria akceptacji wytrzymałości

Odpowiednie standardy materiałowe

Materiał musi utrzymywać wystarczającą wytrzymałość w najniższej oczekiwanej temperaturze użytkowania, a nie tylko wykazywać dobrą wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze pokojowej.

4. Weź pod uwagę cykliczne zmiany ciśnienia i zmęczenie

Systemy wysoko-ciśnieniowe często nie są naprawdę statyczne.

Ciśnienie może się zmieniać z powodu:

• Uruchamianie-i zamykanie
• Lakierki
• Sprężarki
• Zawory
• Zmiany przepływu
• Rozszerzalność cieplna
• Przerwy w procesie

Powtarzające się zmiany ciśnienia mogą powodować cykliczne naprężenia.

W długim okresie użytkowania cykle te mogą przyczyniać się do pękania zmęczeniowego.

Wybierając materiał do odkuwki do zastosowań-wysokociśnieniowych, kupujący powinien zatem wziąć pod uwagę oczekiwaną liczbę i wielkość cykli ciśnienia.

Materiał odpowiedni do stałego ciśnienia niekoniecznie będzie najlepszym wyborem w przypadku ciężkiej pracy cyklicznej.

5. Weź pod uwagę korozję powodowaną przez medium procesowe

Odporność na ciśnienie to tylko jedna strona problemu.

Medium wewnętrzne może z czasem zaatakować materiał.

W zależności od zastosowania odkuwka może stykać się z:

• Woda
• Para
• Olej
• Gaz ziemny
• Wodór
• CO₂
• H₂S
• Chlorki
• Kwasy
• Płyny petrochemiczne
• Inne chemikalia procesowe

Korozja może zmniejszyć efektywną grubość ścianki i spowodować miejscowe uszkodzenia.

Oznacza to, że materiał o doskonałej wytrzymałości mechanicznej może w dalszym ciągu być nieodpowiedni, jeżeli nie posiada odpowiedniej odporności na działanie czynnika roboczego.

W przypadku odkuwek ropy i gazu kwestia ta może być szczególnie ważna.

6. Weź pod uwagę-warunki świadczenia usług wodorowych i kwaśnych

Niektóre zastosowania wysoko-ciśnieniowe obejmują środowiska zawierające wodór-lub H₂S-.

Warunki te mogą powodować dodatkowe problemy materiałowe, takie jak pękanie-wodorowe lub pękanie naprężeniowe siarczkowe, w zależności od materiału i warunków pracy.

Kupujący powinien zatem określić, czy sprzęt będzie działał w:

• Serwis wodorowy
• Serwis gazu kwaśnego
• Środowiska zawierające H₂S-
• Mokry gaz pod wysokim-ciśnieniem
• Inne określone media żrące

Dobór materiałów powinien być wówczas zgodny z obowiązującymi standardami usług i specyfikacją projektu.

Nie wystarczy wybrać-stal stopową o wysokiej wytrzymałości tylko dlatego, że jej właściwości mechaniczne wyglądają atrakcyjnie.

W niektórych środowiskach nadmierna twardość lub nieodpowiednia mikrostruktura mogą powodować dodatkowe ryzyko.

7. Weź pod uwagę wymaganą siłę,-ale nie wybieraj wyłącznie na podstawie siły

Wytrzymałość jest oczywiście ważna w przypadku urządzeń ciśnieniowych.

Materiał może wymagać spełnienia określonych wymagań w zakresie:

• Siła plastyczności
• Wytrzymałość na rozciąganie
• Wydłużenie
• Twardość

Jednakże zwiększenie wytrzymałości nie powoduje automatycznie uzyskania lepszego składnika ciśnienia.

Materiały-o wyższej wytrzymałości mogą wiązać się-z kompromisami obejmującymi:

• Wytrzymałość
• Spawalność
• Zachowanie korozyjne
• Wrażliwość na wodór
• Wymagania dotyczące-obróbki cieplnej
• Skrawalność
• Koszt

Celem powinno być zatem spełnienie wymaganych właściwości konstrukcyjnych z odpowiednim marginesem bezpieczeństwa, a nie niepotrzebne maksymalizację wytrzymałości.

8. Rozważ grubość przekroju odkuwki

Wymiary elementu mogą mieć wpływ na dobór materiału i obróbkę cieplną.

Mały kuty kołnierz i duży kuty pierścień wykonane z tego samego gatunku stali mogą nie podlegać identycznym warunkom chłodzenia i-obróbki cieplnej.

W dużych przekrojach mogą występować większe różnice między temperaturą powierzchni i rdzenia.

Może to mieć wpływ:

• Mikrostruktura
• Twardość
• Właściwości mechaniczne
• Stres resztkowy
• Reakcja na-obróbkę cieplną

Dlatego w przypadku dużych odkuwek stalowych kupujący powinien podać przybliżone wymiary i grubość przekroju podczas oceny przydatności materiału.

9. Obróbka cieplna jest częścią specyfikacji materiału

W przypadku wielu stali stopowych i ciśnieniowych-na ostateczny stan materiału duży wpływ ma obróbka cieplna.

W zależności od stopnia leczenie może obejmować:

• Normalizowanie
• Hartowanie
• Ruszenie
• Wyżarzanie
• Łagodzenie stresu

Obróbka cieplna może określić ostateczną równowagę pomiędzy wytrzymałością i wytrzymałością.

Na przykład samo określenie gatunku stali stopowej bez określenia wymaganych-warunków obróbki cieplnej może nie dostarczyć wystarczających informacji dla odkuwki pod krytycznym ciśnieniem.

Specyfikacja zakupu powinna jasno określać wymagany stan materiałowy.

10. Rozważ wymagania dotyczące spawalności i produkcji

Niektóre kute elementy ciśnieniowe są obrabiane bezpośrednio w gotową część.

Inne stają się częścią większego zespołu ciśnieniowego i mogą wymagać spawania lub innych operacji łączenia.

Jeśli w grę wchodzi spawanie, przy wyborze materiału należy wziąć pod uwagę:

• Odpowiednik węgla
• Rozgrzewanie
• Obróbka cieplna po-spawaniu
• Kontrola wodoru
• Wymagania dotyczące procedury spawania
• Właściwości strefy-pod wpływem ciepła-

Materiał doskonały pod względem-wytrzymałości kucia może powodować niepotrzebne problemy produkcyjne, jeśli element będzie musiał zostać później zespawany.

Jest to szczególnie istotne w przypadku zakupu kutych elementów zbiorników ciśnieniowych.

11. Dopasuj materiał do elementu ciśnieniowego

Różne elementy ciśnieniowe mogą mieć różne wymagania materiałowe.

Kute kołnierze

Kuty kołnierz musi wytrzymywać ciśnienie, zachowując jednocześnie stabilność wymiarową wokół obszarów uszczelnień i śrub.

Materiał musi spełniać odpowiednie wymagania dotyczące kołnierzy i-sprzętu ciśnieniowego.

Kute pierścienie

Kuty pierścień może stanowić część zbiornika ciśnieniowego, reaktora, zespołu obrotowego lub innej dużej konstrukcji przemysłowej.

W przypadku dużych pierścieni ważna może być zarówno jakość wewnętrzna, jak i właściwości mechaniczne w całym przekroju.

Kute cylindry

Kuty cylinder może być stosowany w-wysokociśnieniowym sprzęcie hydraulicznym, energetycznym lub przemysłowym.

Materiał musi odpowiadać wymaganiom ciśnienia, temperatury, obciążenia i obróbki.

Odkuwki zbiorników ciśnieniowych

Elementy zbiorników ciśnieniowych mogą wymagać ścisłej identyfikowalności materiałów, testów mechanicznych, badań nieniszczących i certyfikacji.

Dlatego wybór materiału powinien być powiązany z pełną specyfikacją-zbiornika ciśnieniowego, a nie wybierany niezależnie.

12. Rozważ usługę w niskiej-temperaturze

Urządzenia wysokociśnieniowe-nie zawsze są gorące.

Niektóre aplikacje działają w niskich-temperaturach lub nawet temperaturach poniżej zera.

W niskich temperaturach niektóre stale mogą wykazywać zmniejszoną wytrzymałość i zwiększoną podatność na kruche pękanie.

Dlatego też, jeśli sprzęt działa w zimnym otoczeniu, kupujący powinni sprawdzić:

• Minimalna temperatura projektowa
• Wpływ-temperatury testowej
• Wymagana energia uderzenia
• Wytrzymałość materiału
• Obowiązująca norma dotycząca-sprzętu ciśnieniowego

Materiał, który dobrze sprawdza się w temperaturze pokojowej, może wymagać innego gatunku lub innego stanu w przypadku pracy w niskiej-temperaturze i ciśnieniu.

13. Weź pod uwagę dodatek na korozję

W przypadku komponentów narażonych na działanie czynników korozyjnych projekt może obejmować dodatkową grubość materiału, aby skompensować spodziewaną korozję.

Naddatek na korozję nie powinien jednak zastępować odpowiedniego doboru materiału.

Kupujący i zespół inżynierów muszą ustalić, czy wymagany okres użytkowania można osiągnąć poprzez:

• Wybór materiału
• Naddatek na korozję
• Obróbka powierzchni
• Powłoka
• Kontrola procesu
• Monitorowanie korozji

W przypadku kutego elementu ciśnieniowego decyzje te należy podjąć przed ustaleniem ostatecznych wymiarów odkuwki.

14. Weź pod uwagę obowiązujące standardy

Wybór materiału do odkuwek wysokociśnieniowych- powinien zwykle być zgodny z normą lub specyfikacją regulującą sprzęt.

W zależności od projektu wymagania mogą wynikać z:

• Standardy-naczyń ciśnieniowych
• Normy rurociągów
• Standardy kołnierzy
• Specyfikacje ropy i gazu
• Specyfikacje petrochemiczne
• Standardy-wytwarzania energii
• Specyfikacje materiałowe-specyficzne dla klienta

Obowiązująca norma może definiować wymagania dotyczące składu chemicznego, obróbki cieplnej, właściwości mechanicznych, badań udarności, NDT, tolerancji wymiarowych i dokumentacji.

Kupujący powinien określić obowiązującą normę przed zamówieniem odkuwki.

15. Nie ignoruj ​​jakości wewnętrznej

W przypadku dużych lub krytycznych odkuwek ciśnieniowych jakość wewnętrzna może być tak samo ważna jak nominalna wytrzymałość materiału.

Nieciągłości wewnętrzne mogą obniżyć niezawodność elementu poddawanego dużym obciążeniom.

W zależności od zastosowania kontrola może obejmować:

• Badania ultradźwiękowe
• Badania cząstek magnetycznych
• Kontrola wizualna
• Testy mechaniczne
• Badanie metalograficzne

Badania ultradźwiękowe (UT) są szczególnie istotne, gdy kupujący musi ocenić wewnętrzną jakość dużej odkuwki stalowej.

Poziom akceptacji należy określić zgodnie z obowiązującą normą lub specyfikacją projektu.

16. Porównaj materiały w oparciu o rzeczywiste ryzyko awarii

Przydatnym sposobem wyboru materiału jest zadanie sobie pytania, co tak naprawdę może spowodować awarię komponentu.

To podejście jest bardziej przydatne niż wybór materiału tylko dlatego, że ma on wyższą wytrzymałość nominalną.

Jakie materiały są powszechnie stosowane w przypadku odkuwek-wysokociśnieniowych?

Nie ma jednego materiału odpowiedniego do każdego-zastosowania wysokociśnieniowego.

W zależności od warunków świadczenia usług kupujący mogą rozważyć:

Stal węglowa

Stal węglowa może nadawać się do niektórych zastosowań ciśnieniowych, gdzie wymagania dotyczące temperatury, korozji i właściwości mechanicznych- są umiarkowane.

Do jego zalet można zaliczyć stosunkowo niski koszt, dostępność i obrabialność.

Jednakże jego przydatność należy potwierdzić w odniesieniu do obowiązujących wymagań dotyczących ciśnienia i obsługi.

Stal nisko-stopowa

Stal-niskostopowa jest powszechnie brana pod uwagę, gdy wymagana jest większa wytrzymałość, ciągliwość, hartowność lub ulepszona wydajność.

Dokładny gatunek należy wybrać na podstawie projektowej temperatury, ciśnienia, rozmiaru przekroju, obróbki cieplnej i obowiązującej normy.

Stal stopowa

Odkuwki ze stali stopowej można stosować tam, gdzie element wymaga określonej kombinacji wytrzymałości, wiązkości, hartowności lub odporności na podwyższone-temperatury.

Jednakże wyższa zawartość stopu nie oznacza automatycznie, że materiał jest lepszy do każdego zastosowania ciśnieniowego.

Stal nierdzewna

Stal nierdzewną można rozważyć, gdy oprócz wytrzymałości na ciśnienie głównym wymaganiem jest odporność na korozję.

Wyższy koszt materiału można uzasadnić, gdy medium procesowe stwarza poważne problemy związane z korozją.

Jak dobór materiału wpływa na koszt-kucia pod wysokim ciśnieniem?

Sam materiał to tylko część całkowitego kosztu.

Wybrany materiał może mieć wpływ na:

• Cena surowca
• Temperatura kucia
• Trudność w kuciu
• Obróbka cieplna
• Obróbka
• Wymagania NDT
• Testy mechaniczne
• Orzecznictwo
• Czas dostawy

Droższy stop może być niepotrzebny, jeśli-tańszy materiał już spełnia wymagania projektowe i serwisowe.

Z drugiej strony wybór tańszego materiału, który nie jest w stanie niezawodnie wytrzymać warunków pracy, może później generować znacznie większe koszty.

Celem jest zatem osiągnięcie wymaganej wydajności usługi, a nie po prostu minimalizacja ceny materiału.

Jakie informacje powinni przekazać kupujący producentowi kucia?

Prosząc o wycenę-kucia wysokociśnieniowego, podaj:

• Ciśnienie projektowe
• Normalne ciśnienie robocze
• Maksymalne ciśnienie
• Minimalna i maksymalna temperatura pracy
• Warunki cyklu-ciśnienia
• Medium robocze
• Środowisko korozji
• Minimalna temperatura projektowa
• Gotowe wymiary
• Grubość przekroju
• Wymagania dotyczące stali lub stopów
• Wymagane właściwości mechaniczne
• Stan-obróbki cieplnej
• Wymagania NDT
• Obowiązujące standardy
• Ilość
• Wymagana dokumentacja inspekcyjna

Im pełniejsze są te informacje, tym dokładniej producent odkuwki może ocenić wymagania materiałowe i produkcyjne.

Pytania, które należy zadać dostawcy kucia

Przed zamówieniem-komponentu kutego pod wysokim ciśnieniem kupujący powinien zadać sobie pytanie:

Czy proponowany materiał jest zatwierdzony dla projektowego ciśnienia i temperatury?

Jakie właściwości mechaniczne są wymagane po obróbce cieplnej?

Czy wymagane są badania udarności?

Czy odporność na pełzanie ma znaczenie?

Czy medium robocze powoduje ryzyko korozji?

Czy element podlega cyklicznym zmianom ciśnienia?

Czy wymagane jest badanie ultradźwiękowe?

Jakie kryteria akceptacji zostaną zastosowane?

W jaki sposób zapewniona zostanie identyfikowalność materiałów?

Jakie dokumenty z kontroli zostaną dostarczone?

Czy grubość przekroju ma wpływ na proponowaną obróbkę cieplną?

Pytania te pomagają kupującym ocenić materiał jako część całego procesu produkcyjnego, a nie jako izolowany gatunek stali.

Jak Xinjie Forging podchodzi do projektów-kucia pod wysokim ciśnieniem

Xinjie Forging dostarcza niestandardowe odkuwki stalowe, odkuwki ze stali stopowej, kute kołnierze, kute pierścienie, kute cylindry, kute wały, kute blachy rurowe i inne kute elementy przemysłowe zgodnie z rysunkami klienta i specyfikacjami technicznymi.

W przypadku zastosowań wysokociśnieniowych-dobór materiałów musi być powiązany z pełnym środowiskiem serwisowym.

Ciśnienie projektowe, temperatura robocza, cykliczne zmiany ciśnienia, medium procesowe, wymiary komponentów, obróbka cieplna, właściwości mechaniczne, badania nieniszczące i obowiązujące normy należy rozpatrywać łącznie.

Jest to szczególnie ważne w przypadku odkuwek zbiorników ciśnieniowych, sprzętu naftowego i gazowego, sprzętu petrochemicznego,-komponentów do wytwarzania energii i innych zastosowań przemysłowych, gdzie wymagania dotyczące identyfikowalności materiałów i kontroli mogą być rygorystyczne.

Celem nie jest po prostu zapewnienie odkuwki-o wysokiej wytrzymałości.

Celem jest zapewnienie materiału do odkuwki i warunków produkcji odpowiednich dla rzeczywistego ciśnienia, temperatury, środowiska i oczekiwanej żywotności.

Ostateczne dania na wynos

Wybór materiałów do kucia do zastosowań-wysokociśnieniowych powinien zaczynać się od pełnego stanu eksploatacyjnego.

Kluczowe pytania to:

Jakie jest ciśnienie projektowe?
Jakie temperatury będą doświadczać komponenty?
Ile spodziewanych cykli ciśnieniowych?
Jakie medium będzie miało kontakt z materiałem?
Czy możliwa jest korozja lub narażenie na wodór?
Jaka jest minimalna temperatura pracy?
Jak długo komponent musi działać?

Dopiero po uzyskaniu odpowiedzi na te pytania kupujący będzie mógł właściwie porównać stal węglową,-stal niskostopową, stal stopową lub stal nierdzewną.

W przypadku odkuwki stalowej-wysokociśnieniowej wytrzymałość jest ważna, ale to tylko jedna część wyboru.

Wytrzymałość, odporność na zmęczenie, zachowanie korozyjne, obróbka cieplna, grubość przekroju, jakość wewnętrzna i identyfikowalność mogą być równie ważne w zależności od zastosowania.

Dobrym wyborem materiału nie jest zatem stal o najwyższych parametrach na papierze. Jest to materiał, którego właściwości odpowiadają rzeczywistym wymaganiom urządzeń ciśnieniowych, bez zwiększania niepotrzebnych kosztów materiałowych lub złożoności produkcji.