Thép 2.25Cr-1Mo: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép 2.25Cr-1Mo (loại F22/P22) là thép hợp kim thấp chủ yếu được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình. Thép này chứa crom (Cr) và molypden (Mo) là các nguyên tố hợp kim chính, giúp tăng đáng kể các tính chất cơ học và khả năng chống chịu với môi trường nhiệt độ cao. Loại thép này đặc biệt được biết đến với độ bền và độ dẻo dai tuyệt vời, phù hợp cho các ứng dụng trong ngành sản xuất điện và hóa dầu.
Các đặc điểm chính của thép 2.25Cr-1Mo bao gồm:
- Độ bền và độ dẻo dai cao : Các nguyên tố hợp kim góp phần cải thiện độ bền kéo và độ bền chảy, cho phép chịu được điều kiện ứng suất cao.
- Khả năng hàn tốt : Loại thép này có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, mặc dù quá trình nung nóng trước và xử lý nhiệt sau khi hàn thường được khuyến nghị để giảm thiểu nguy cơ nứt.
- Khả năng chịu nhiệt độ cao : Nó vẫn duy trì các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao, do đó thích hợp để sử dụng trong các bình chịu áp suất và hệ thống đường ống.
Ưu điểm và hạn chế
Thuận lợi :
- Tính chất cơ học tuyệt vời ở nhiệt độ cao.
- Khả năng chống oxy hóa và chống biến dạng tốt.
- Linh hoạt trong quá trình chế tạo và hàn.
Hạn chế :
- Dễ bị giòn do hydro nếu không được xử lý đúng cách trong quá trình hàn.
- Cần xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được tính chất mong muốn.
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế hơn so với thép không gỉ.
Trong lịch sử, thép 2.25Cr-1Mo được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo bình chịu áp suất, đường ống và các thành phần khác trong ngành dầu khí, phản ánh tầm quan trọng của nó trong các ứng dụng quan trọng.
Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương
| Tổ chức tiêu chuẩn | Chỉ định/Cấp bậc | Quốc gia/Khu vực xuất xứ | Ghi chú/Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Liên Hiệp Quốc | K21590 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với ASTM A335 P22 |
| Tiêu chuẩn ASTM | A335 P22 | Hoa Kỳ | Được sử dụng cho dịch vụ nhiệt độ cao |
| Tiêu chuẩn ASTM | A387 Lớp 22 | Hoa Kỳ | Tính chất tương tự, nhưng dành cho bình chịu áp suất |
| VI | 1.7380 | Châu Âu | Tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | G3461 STBA22 | Nhật Bản | Sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| ĐẠI HỌC | 13CrMo44 | Đức | Tương tự, nhưng có các nguyên tố hợp kim khác nhau |
Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho thép 2.25Cr-1Mo. Đáng chú ý, trong khi ASTM A335 P22 là giá trị tương đương trực tiếp, sự khác biệt về xử lý nhiệt và tính chất cơ học có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| C (Cacbon) | 0,10 - 0,20 |
| Cr (Crom) | 1,90 - 2,50 |
| Mo (Molipden) | 0,87 - 1,13 |
| Mn (Mangan) | 0,30 - 0,60 |
| Si (Silic) | 0,10 - 0,40 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,025 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,010 |
Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 2,25Cr-1Mo đóng vai trò quan trọng:
- Crom : Tăng khả năng chống oxy hóa và độ bền ở nhiệt độ cao.
- Molypden : Cải thiện khả năng làm cứng và chống biến dạng.
- Cacbon : Tăng độ bền và độ cứng, nhưng phải kiểm soát để tránh giòn.
Tính chất cơ học
Tính chất nhiệt độ phòng
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường) | Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh) | Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm |
|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo | Ủ | 415 - 550MPa | 60 - 80 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Ủ | 250 - 350MPa | 36 - 51 kilôgam | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Ủ | 20-30% | 20-30% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (HB) | Ủ | 150 - 200 | 150 - 200 | Tiêu chuẩn ASTM E10 |
Tính chất nhiệt độ cao
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Nhiệt độ thử nghiệm (°C) | Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường) | Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh) | Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm |
|---|---|---|---|---|---|
| Sức chịu kéo dãn | Làm nguội & tôi luyện | 600 | 150 - 200MPa | 22 - 29 kilômét | Tiêu chuẩn ASTM E139 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | Làm nguội & tôi luyện | -40 | 27 tháng 1 | 20 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Các tính chất cơ học của thép 2.25Cr-1Mo làm cho nó phù hợp với các ứng dụng chịu ứng suất cao, đặc biệt là trong các môi trường có nhiệt độ cao là mối quan tâm. Độ bền và độ dẻo dai của nó đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc dưới tải trọng cơ học.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | - | 7,85g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Độ dẫn nhiệt | 20 °C | 45 W/m·K | 31 BTU·in/h·ft²·°F |
| Nhiệt dung riêng | - | 460 J/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
Mật độ và điểm nóng chảy của thép 2,25Cr-1Mo cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt cho thấy đặc tính tản nhiệt tốt, yếu tố rất quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 3-5 | 25 | Hội chợ | Nguy cơ ăn mòn rỗ |
| Axit sunfuric | 10 | 60 | Nghèo | Không khuyến khích |
| Axit clohydric | 5 | 25 | Nghèo | Không khuyến khích |
Thép 2.25Cr-1Mo có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua. Tuy nhiên, thép này không phù hợp với điều kiện có tính axit cao vì có thể bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC). So với thép không gỉ, khả năng chống ăn mòn của thép này bị hạn chế, khiến thép này kém lý tưởng hơn cho các ứng dụng có khả năng tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 400 | 752 | Thích hợp cho việc tiếp xúc lâu dài |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 500 | 932 | Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 600 | 1112 | Bắt đầu bị oxy hóa ở nhiệt độ này |
| Cân nhắc về sức bền biến dạng | 600 | 1112 | Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm |
Thép 2.25Cr-1Mo duy trì các đặc tính cơ học tốt ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ vượt quá giới hạn sử dụng liên tục tối đa của nó, vì điều này có thể dẫn đến sự suy giảm các đặc tính vật liệu.
Tính chất chế tạo
Khả năng hàn
| Quy trình hàn | Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS) | Khí/Nhiệt che chắn điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| SÚNG BẮN TỪ | E8018-C3 | Argon/CO2 | Nên làm nóng trước |
| GTAW | ER70S-6 | Khí Argon | Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn |
Thép 2.25Cr-1Mo thường có thể hàn bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, nhưng thường cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường thêm các đặc tính của mối hàn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép 2.25Cr-1Mo | Thép AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 60 | 100 | Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn |
| Tốc độ cắt điển hình | 20 m/phút | 40 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Gia công thép 2.25Cr-1Mo có thể là một thách thức do độ bền của nó. Điều kiện tối ưu và dụng cụ là điều cần thiết để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn.
Khả năng định hình
Thép 2.25Cr-1Mo có khả năng định hình vừa phải. Có thể định hình nguội và nóng, nhưng phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công. Bán kính uốn cong được khuyến nghị phải được tuân thủ để tránh nứt.
Xử lý nhiệt
| Quy trình điều trị | Phạm vi nhiệt độ (°C) | Thời gian ngâm điển hình | Phương pháp làm mát | Mục đích chính / Kết quả mong đợi |
|---|---|---|---|---|
| Ủ | 700 - 800 | 1 - 2 giờ | Không khí | Làm mềm, cải thiện độ dẻo |
| Làm nguội | 900 - 950 | 30 phút | Dầu | Làm cứng, tăng cường độ |
| Làm nguội | 600 - 700 | 1 giờ | Không khí | Giảm độ giòn, tăng độ dai |
Quá trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép 2.25Cr-1Mo. Xử lý nhiệt thích hợp có thể tăng cường độ dẻo dai và độ bền, giúp thép phù hợp với các ứng dụng chịu ứng suất cao.
Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng
| Ngành/Lĩnh vực | Ví dụ ứng dụng cụ thể | Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này | Lý do lựa chọn (Tóm tắt) |
|---|---|---|---|
| Dầu khí | Bình chịu áp suất | Độ bền, độ dẻo dai và khả năng chịu nhiệt cao | Cần thiết cho môi trường áp suất cao |
| Sản xuất điện | Ống nồi hơi | Khả năng chống biến dạng và chống oxy hóa | Quan trọng đối với hệ thống tạo hơi nước |
| Xử lý hóa học | Hệ thống đường ống | Khả năng chống ăn mòn và tính toàn vẹn cơ học | Cần thiết để vận chuyển chất lỏng một cách an toàn |
- Các ứng dụng khác bao gồm:
- Bộ trao đổi nhiệt
- Các thành phần của tuabin
- Bình phản ứng
Thép 2.25Cr-1Mo được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chịu nhiệt độ cao. Các đặc tính của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các môi trường đòi hỏi tính toàn vẹn cơ học là tối quan trọng.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép 2.25Cr-1Mo | Thép không gỉ AISI 316 | Thép AISI 4140 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Độ bền cao | Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời | Độ bền tốt | Sự cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và độ bền |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Sức đề kháng công bằng | Sức đề kháng tuyệt vời | Sức đề kháng kém | 2.25Cr-1Mo có khả năng chống chịu kém hơn thép không gỉ |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Hội chợ | 2.25Cr-1Mo cần xử lý nhiệt trước/sau |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Hội chợ | 2.25Cr-1Mo khó gia công hơn |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Thấp hơn | Những cân nhắc về chi phí có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Chung | Chung | Tính khả dụng thường tốt cho tất cả các lớp |
Khi lựa chọn thép 2.25Cr-1Mo, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, hiệu quả về chi phí và tính khả dụng của nó. Mặc dù thép này có hiệu suất tuyệt vời trong các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng phải thừa nhận những hạn chế về khả năng chống ăn mòn so với thép không gỉ. Việc hiểu các yêu cầu cụ thể của ứng dụng sẽ hướng dẫn quá trình lựa chọn, đảm bảo hiệu suất và độ an toàn tối ưu.