Tubo in acciaio STBA20: tubo per caldaia e scambiatore di calore JIS G3462 Cr-Mo

STBA20 è un tubo di acciaio legato al cromo-molibdeno coperto dallo standard industriale giapponese JIS G3462, che riguarda i tubi di acciaio legato per caldaie e scambiatori di calore. È un acciaio perlitico resistente al calore-: non inossidabile, non una superlega, ma un grado bassolegato attentamente bilanciato che mantiene la sua forza e resiste all'ossidazione nella fascia di temperatura in cui operano effettivamente le caldaie e gli scambiatori di calore di processo.

Cos'è STBA20 e quale standard lo definisce

JIS G3462 definisce la chimica, le proprietà meccaniche, le dimensioni, le tolleranze e i test per i tubi di acciaio legato utilizzati nelle applicazioni di caldaie e scambiatori di calore. In questo contesto STBA20 è il tubo di classe 1,25Cr-0,5Mo, il grado di punta per tubi di surriscaldatore e postriscaldatore, tubi economizzatore, tubazioni di vapore e tubi di scambiatori di calore di processo con temperature del metallo fino a circa 500-540 gradi.

Vale la pena notare il sistema di designazione per gli acquirenti: in JIS il prefisso STBA indica la caldaia e il tubo dello scambiatore di calore in acciaio legato, mentre il prefisso STPA indica il tubo corrispondente per il servizio di tubazioni. Un progetto può quindi richiedere tubi STBA20 per la superficie di trasferimento del calore e tubi STPA20 per i tratti di collegamento, entrambi della stessa famiglia di materiali.

Composizione chimica e proprietà meccaniche

Il cromo forma uno strato di ossido compatto che limita le incrostazioni e aumenta la resistenza alla corrosione, mentre il molibdeno aumenta la resistenza allo scorrimento viscoso che impedisce a un tubo pressurizzato di deformarsi lentamente nel corso degli anni di servizio. Il limite di snervamento relativamente basso rispetto ai gradi strutturali è un affare deliberato: ciò che conta nei tubi delle caldaie è il comportamento allo scorrimento viscoso alla temperatura, la formabilità per la flessione e la saldabilità sul campo, non la resa a temperatura-ambiente.

Voti equivalenti in altri sistemi

Questi equivalenti sono sufficientemente vicini per la sostituzione ingegneristica nella maggior parte dei casi, ma non identici: ogni sistema stabilisce le proprie tolleranze, il proprio intervallo chimico consentito e i propri requisiti di test. Quando un progetto specifica una designazione, il certificato deve essere rilasciato rispetto a tale designazione anziché a fronte di una equivalente.

Comportamento del servizio ad alta-temperatura

Il grado viene normalmente applicato nell'intervallo di temperatura del metallo di 450-540 gradi. Lo scorrimento viscoso e la rottura per sollecitazione piuttosto che la resistenza alla trazione determinano la sollecitazione ammissibile e la tolleranza di progettazione deve essere letta dalla normativa applicabile alla temperatura di progetto effettiva. La resistenza all'ossidazione deriva dall'aggiunta di cromo; la pellicola di ossido che si forma è sottile, aderente e autolimitante, il che mantiene piccola la perdita di parete negli ambienti con gas e vapore di combustione, a condizione che il livello di zolfo nel combustibile sia controllato. Laddove la temperatura di progetto supera circa 560-580 gradi, è necessaria una lega di grado superiore come 2,25Cr-1Mo o un materiale 9Cr modificato e la scelta deve provenire dai dati di rottura piuttosto che da una regola generale.

Saldatura, Piegatura e Trattamenti Termici

STBA20 è saldato con materiali di consumo abbinati alla composizione 1,25Cr-0,5Mo. Per la saldatura ad arco di metallo schermato ciò significa un elettrodo ricoperto a basso-idrogeno della classificazione appropriata di cromo-molibdeno, per la saldatura ad arco di tungsteno a gas viene utilizzato un filo nudo corrispondente per la radice e per la saldatura ad arco sommerso un filo corrispondente e un flusso agglomerato a basso-idrogeno. Il preriscaldamento nell'intervallo di 150-250 gradi viene applicato per limitare le fessurazioni nelle sezioni spesse e nei giunti ad alto-vincolo, la temperatura di interpass è controllata e il trattamento termico post-saldatura a circa 620-680 gradi allevia lo stress residuo nella zona interessata dal calore e tempera la struttura trasformata.

La piegatura del tubo viene normalmente eseguita su una piegatrice a mandrino con i limiti di spessore della parete e ovalità presi dalle specifiche applicabili. La piegatura viene eseguita, ove possibile, prima del trattamento termico finale, in modo che le deformazioni introdotte dalla formatura vengano alleviate nello stesso ciclo. Il taglio con sega o metodo abrasivo è preferibile rispetto al taglio termico per le estremità dei tubi che verranno saldate senza lavorazione.

Note per l'ispezione e l'ordinazione

L'analisi chimica per prove termiche e di trazione per lotto sono elementi di accettazione standard.

I test di appiattimento, svasatura e flessione verificano la duttilità del tubo, mentre i test idrostatici o a correnti parassite- ne verificano l'integrità.

Il test delle correnti parassite è il consueto metodo non-distruttivo per i tubi degli scambiatori di calore; i test a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati sui tubi delle caldaie a parete-più spesse.

I documenti dell'ordine devono indicare lo standard, il grado, il diametro esterno e lo spessore della parete, la lunghezza, le condizioni del trattamento termico ed eventuali requisiti supplementari come la dimensione dei grani o il livello di test non-distruttivo.

Domande frequenti

D: Che tipo di acciaio è STBA20?
STBA20 è un acciaio legato al cromo-molibdeno della classe resistente al calore perlitico-, definita dallo standard industriale giapponese JIS G3462 per i tubi di acciaio legato utilizzati nelle caldaie e negli scambiatori di calore. Viene utilizzato per la sua resistenza alle alte-temperature, resistenza allo scorrimento viscoso e resistenza all'ossidazione ed è la classe di materiale 1,25Cr-0,5Mo all'interno di tale standard.

D: Qual è la composizione chimica del tubo d'acciaio STBA20?
Il grado contiene tipicamente carbonio 0,10-0,20%, silicio 0,10-0,50%, manganese 0,30-0,60%, cromo 0,80-1,25% e molibdeno 0,45-0,60%, con elementi residui controllati. Il cromo fornisce resistenza all'ossidazione e alla corrosione mentre il molibdeno fornisce resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate. I limiti esatti e le tolleranze consentite sono quelli stampati nell'edizione di JIS G3462 citata nella richiesta.

D: Quali sono le proprietà meccaniche dell'STBA20?
La norma richiede un carico di rottura minimo di 415 MPa, un carico di snervamento minimo di 205 MPa e un allungamento di almeno il 30%. Questi valori di temperatura ambiente- sono modesti rispetto agli standard dell'acciaio strutturale, e questo è intenzionale: la progettazione dei tubi della caldaia è governata dai dati di creep e rottura per sollecitazione alla temperatura di servizio piuttosto che dalla resistenza alla trazione ambientale, e il grado deve anche piegarsi e saldarsi facilmente.

D: Quali sono i gradi equivalenti di STBA20?
Gli equivalenti più vicini sono ASTM A213 T11 per tubi e A335 P11 per tubi, EN 16Mo3 nel sistema europeo e GB/T 5310 15CrMoG nel sistema cinese. La forma del tubo giapponese è STPA20 sotto JIS G3458. Questi gradi possono solitamente essere sostituiti l'uno con l'altro in termini ingegneristici, ma ogni standard ha i propri intervalli chimici, tolleranze e test, quindi il certificato deve corrispondere alla designazione specificata dal progetto.

D: Qual è la temperatura massima di servizio dell'STBA20?
STBA20 viene normalmente applicato con temperature del metallo fino a circa 500-540 gradi, con la sollecitazione consentita ricavata dal codice di progettazione applicabile alla temperatura effettiva. Al di sopra di circa 560-580 gradi, la resistenza alla rottura per scorrimento viscoso scende a un livello in cui diventa necessario un grado di lega più elevato. Il fattore limitante in servizio è solitamente la deformazione da scorrimento viscoso e la crescita di incrostazioni di ossido piuttosto che la resistenza a breve termine.