1. Norma i jej zakres: Co oznacza norma ASME SB348 i jak pasują do niej GR1, GR2, CP2 i CP4?
ASME SB348 to oznaczenie Amerykańskiego Stowarzyszenia Inżynierów Mechaników (ASME) dla standardowej specyfikacji dla „prętów i kęsów z tytanu i stopów tytanu”. Jest funkcjonalnie identyczny z ASTM B348, ale został specjalnie dostosowany do stosowania w kodzie ASME dotyczącym kotłów i zbiorników ciśnieniowych (BPVC). To przyjęcie ma kluczowe znaczenie, ponieważ oznacza, że materiały spełniające wymagania normy SB348 są zatwierdzone do stosowania w projektowaniu i budowie urządzeń ciśnieniowych, takich jak zbiorniki, wymienniki ciepła i systemy rurociągów.
Wszystkie gatunki, o których mowa, to tytan handlowo czysty (CP), różniący się wytrzymałością kontrolowaną zawartością tlenu i żelaza.
GR1 (klasa 1): Najbardziej plastyczny i miękki gatunek CP. Oferuje najwyższą odkształcalność i udarność, ale najniższą wytrzymałość.
GR2 (klasa 2): Standardowy i najczęściej stosowany gatunek CP. Zapewnia optymalną równowagę wytrzymałości, ciągliwości i odporności na korozję. Jest to koń pociągowy przemysłu procesów chemicznych.
CP2: Jest to starsze, starsze oznaczenie, które jest zasadniczo odpowiednikiem współczesnego GR2. Zazwyczaj we współczesnych raportach z testów młyna można znaleźć „GR2”.
CP4 / GR4 (klasa 4): Najmocniejszy z niestopowych gatunków CP. Stosuje się go, gdy wymagana jest odporność na korozję czystego tytanu, ale konstrukcja wymaga większej wytrzymałości niż może zapewnić GR2.
Forma „okrągła” to podstawowy półprodukt- używany do obróbki elementów takich jak kołnierze, trzpienie zaworów, wały pomp i elementy złączne do układów ciśnieniowych.
2. Wybór projektanta zbiornika ciśnieniowego: w jaki sposób projektant dokonuje wyboru pomiędzy GR1, GR2 i GR4 w przypadku zbiornika zgodnego z normą ASME?
Wybór ten stanowi klasyczny kompromis-techniczny pomiędzy odpornością na korozję, wytrzymałością i możliwością wytwarzania, a wszystko to w ramach Kodeksu ASME.
Wybierz ASME SB348 GR1, gdy:
Maksymalna odporność na korozję jest najważniejsza: jego doskonała ciągliwość często przekłada się na lepszą odporność w niektórych agresywnych mediach i większy margines operacji formowania.
Wymagana jest wyjątkowa plastyczność: w przypadku komponentów wymagających surowego formowania na zimno, takich jak głęboko-tłoczone głowice lub złożone wygięcia w kształcie litery U-rur wymienników ciepła, idealna jest niska wytrzymałość i duże wydłużenie GR1.
Zastosowanie bez dużych naprężeń: nadaje się do wykładzin, przegród lub rurek w instalacjach nisko-ciśnieniowych.
Wybierz ASME SB348 GR2, gdy:
Potrzebujesz standardowego, „najlepszego-wszędzie” urządzenia: jest to domyślny wybór w przypadku zdecydowanej większości aplikacji. Oferuje doskonałe połączenie:
Wystarczająca wytrzymałość dla większości-konstrukcji utrzymujących ciśnienie.
Doskonała odporność na korozję.
Dobra spawalność i odkształcalność.
Typowe zastosowania: Rurociągi do procesów chemicznych, płaszcze i blachy wymienników ciepła, płaszcze zbiorników i dysze w instalacjach obejmujących chlorki, wodę morską i kwasy utleniające.
Wybierz ASME SB348 GR4, gdy:
Potrzebna jest większa wytrzymałość, ale stop nie jest uzasadniony: Jeśli komponent zaprojektowany w GR2 skutkuje bardzo grubą, ciężką ścianą, przejście na GR4 pozwala na zmniejszenie grubości i masy ścianki przy jednoczesnym zachowaniu doskonałego profilu korozji czystego tytanu.
Aby uniknąć stosowania droższego-stopu: stanowi on-ekonomiczne rozwiązanie wypełniające lukę pomiędzy GR2 a droższymi stopami tytanu, takimi jak Gr5 (Ti-6Al-4V).
Zastosowania: Zbiorniki-o wyższym ciśnieniu, reaktory-grubościenne i elementy złączne, gdzie wytrzymałość GR2 jest niewystarczająca.
Ostateczny projekt jest regulowany przez sekcję II ASME (właściwości materiału) i sekcję VIII (zasady projektowania), które podają dopuszczalne wartości naprężeń dla każdego gatunku w różnych temperaturach.
3. Odporność na korozję w zastosowaniach przemysłowych: czy właściwości korozyjne tych gatunków CP są różne i jaki ma to wpływ na wybór?
Wszystkie gatunki tytanu o czystości komercyjnej (GR1, GR2, GR4) swoją odporność na korozję zawdzięczają temu samemu mechanizmowi: stabilnej, przylegającej i samonaprawiającej się-powierzchniowej warstwie tlenku (głównie TiO₂). Dlatego ich ogólna odporność na korozję w większości środowisk jest bardzo podobna.
Krytyczne różnice nie wynikają ze zmiany wewnętrznej stabilności warstwy tlenku, ale z reakcji materiału na czynniki mechaniczne i produkcyjne, na które wpływa jego wytrzymałość i plastyczność.
Odporność na erozję-Korozję: w zastosowaniach-o wysokich prędkościach (np. wirniki pomp, dysze wlotowe) twardszy i mocniejszy GR4 może zapewniać nieznacznie lepszą odporność na erozję-korozję w porównaniu z bardziej miękkimi GR1 i GR2.
Odporność na korozję szczelinową: W ciasnych szczelinach (pod uszczelkami, osadami) w gorących roztworach chlorków wszystkie gatunki CP mogą być podatne. Jednakże doskonała plastyczność GR1 może czasami zapewnić niewielką przewagę, umożliwiając odkształcenie materiału i zmniejszenie szczelności szczeliny. W przypadku zastosowań wymagających silnej korozji szczelinowej często niezbędny jest gatunek-wzmocniony palladem, taki jak GR7.
Produkcja-Wrażliwość wywołana: podczas spawania i formowania mogą pojawić się naprężenia szczątkowe. W stanie silnie obciążonym materiał może być bardziej podatny na pewne formy korozji, takie jak pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC), chociaż tytan jest bardzo odporny. Wyższa wytrzymałość GR4 skutkuje wyższymi naprężeniami szczątkowymi dla tego samego odkształcenia, co należy wziąć pod uwagę w agresywnych środowiskach.
Wgląd w wybór: W przypadku większości standardowych substancji chemicznych (woda morska, chlorany, azotany) odporność na korozję GR1, GR2 i GR4 jest praktycznie identyczna. Dlatego wybór jest podyktowany wymaganiami konstrukcji mechanicznej, a nie znaczącą różnicą w odporności chemicznej.
4. Produkcja pod kątem zgodności z przepisami: Jakie są kluczowe kwestie związane ze spawaniem i formowaniem prętów tytanowych SB348 CP w projektach ASME?
Wytwarzanie tytanu CP na potrzeby projektów stempli ASME wymaga ścisłego przestrzegania procedur mających na celu utrzymanie odporności materiału na korozję i właściwości mechanicznych.
Spawanie (standardem GTAW/TIG):
Doskonała spawalność: Wszystkie gatunki CP (GR1, GR2, GR4) są uważane za doskonałe do spawania. Nie są podatne na pękanie-spoinowe.
Absolutny wymóg: ekranowanie. Najważniejszym czynnikiem jest ochrona roztopionego jeziorka spawalniczego i gorącej-strefy wpływu ciepła (HAZ) przed zanieczyszczeniem atmosferycznym powietrzem (tlenem i azotem). Wymaga to:
Ekran główny:-argon lub hel o wysokiej czystości z palnika TIG.
Osłona wleczona: Urządzenie przymocowane do palnika, które zalewa chłodzący ścieg spoiny gazem obojętnym.
Oczyszczanie wsteczne: Stronę grani spoiny należy oczyścić argonem, aby zapobiec utlenianiu spodniej strony.
Spoiwo: Spoiwo zazwyczaj odpowiada gatunkowi metalu nieszlachetnego (np. ERTi-2 do spawania GR2). Jednak powszechne i akceptowalne jest stosowanie spoiwa o jeden stopień niższej wytrzymałości (np. ERTi-2 do spawania GR4), aby zmaksymalizować ciągliwość spoiny. Należy to określić w Specyfikacji Procedury Spawania (WPS).
Formowanie i gięcie:
Formowanie na zimno: wszystkie gatunki CP można łatwo-formować na zimno. GR1, charakteryzujący się najwyższą ciągliwością, jest najlepszy do ciężkich operacji formowania. GR2 nadaje się do większości gięcia i formowania. GR4, jako najmocniejszy, wymaga większych sił formujących i ma większą sprężystość.
Formowanie na gorąco: w przypadku bardziej złożonych kształtów, formowanie na gorąco przeprowadza się w temperaturze od 425 stopni - 650 (800 stopni F - 1200 stopni F). Należy to zrobić w piecu z lekko utleniającą lub obojętną atmosferą, aby zapobiec wychwytywaniu wodoru, który może spowodować kruchość tytanu.
Wszystkie czynności produkcyjne, zwłaszcza spawanie, muszą być wykonywane zgodnie z kwalifikowaną instrukcją WPS zgodnie z sekcją IX ASME.
5. Weryfikacja i certyfikacja materiału: jaka dokumentacja i badania są wymagane, aby pręt tytanowy ASME SB348 mógł być stosowany w zbiorniku-oznaczonym kodem?
Używanie dowolnego materiału w naczyniu oznaczonym kodem ASME-wymaga rygorystycznej weryfikacji w celu zapewnienia jego zgodności z określoną normą. Jest to zapewniane przez producenta/dostawcę materiału w formie specjalnej dokumentacji.
1. Certyfikat zgodności (C z C): Dokument od dostawcy stwierdzający, że materiał spełnia wymagania ASME SB348 i określony gatunek. Jest to minimalny poziom certyfikacji.
2. Raport z testów młyna (MTR) / Certyfikat zgodności: Jest to kluczowy i zazwyczaj wymagany dokument. MTR nie jest prostym certyfikatem; jest to szczegółowy raport zawierający rzeczywiste wyniki badań partii materiału (ciepła), z której wyprodukowano pręt. Musi zawierać:
Numer wytopu: Unikalny identyfikator zapewniający pełną identyfikowalność oryginalnego stopu.
Analiza chemiczna: Rzeczywiste wyniki dla wszystkich pierwiastków określonych w SB348 dla gatunku (np. Ti, O, Fe, N, C, H).
Właściwości mechaniczne: Rzeczywiste wyniki testów rozciągania (wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, wydłużenie) przeprowadzonych na próbkach o tej samej temperaturze i tych samych warunkach.
Dodatkowe badania: Jeżeli określono w zamówieniu, mogą zostać uwzględnione wyniki dodatkowych badań, takich jak próby spłaszczania (dla rur) lub badania twardości.
3. Identyfikacja materiału: sam pręt fizyczny musi być oznaczony odpowiednimi informacjami, zwykle przy użyciu stempla lub przywieszek o niskim-naprężeniu, w tym:
Nazwa lub logo producenta
Specyfikacja (np. ASME SB348)
Stopień (np. GR2)
Liczba cieplna
Rozmiar
Producent statku jest odpowiedzialny za przegląd MTR w celu sprawdzenia zgodności przed użyciem materiału w budownictwie. Inspektor reprezentujący posiadacza pieczątki „U” lub „UM” w ramach swojego nadzoru dokona kontroli tych zapisów. Ten rygorystyczny łańcuch dokumentacji i identyfikowalność ma fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa i niezawodności urządzeń ciśnieniowych ASME.
