Dans les industries lourdes comme l'énergie et la pétrochimie, le fonctionnement sûr et fiable des récipients sous pression et des systèmes de tuyauterie est primordial.températures silencieuses de centaines de degrés Celsius et pressions extrêmes tout en facilitant la conversion d'énergieLa sélection des matériaux a une incidence directe sur l'efficacité, la longévité et la sécurité des systèmes.Lorsqu'ils choisissent entre les aciers P22 et P91 (deux aciers couramment utilisés pour les récipients sous pression et les tuyaux), les ingénieurs et les spécialistes des achats doivent soigneusement équilibrer les coûts, la fabrication et les performances à long terme.
Normes et classification des matériaux
Le P22 et le P91 respectent des normes industrielles strictes garantissant la qualité et les performances:
- Pour l'utilisation des appareils de type ASTM/ASME:ASTM A335 / ASME SA-335 (tube en acier allié ferritique sans soudure)
- Le nom de l'entreprise:Normes équivalentes EN 10216 / EN 10222
- JIS/Grande-BretagneLes normes nationales fournissent généralement des équivalents approximatifs
Les matériaux diffèrent sensiblement par leur classification:
- P22: Les produits de baseAcier ferritique à faible teneur en alliage (1,25% Cr·communément appelé 1,25Cr-0,5Mo), classé comme acier allié à haute température.
- P91:Acier ferritique résistant à la chaleur à haute teneur en chrome martensitique (composition nominale 9Cr-1Mo avec ajouts de V/Nb), optimisé pour la résistance au glissement en tant qu'acier martensitique à faible alliage de haute résistance (HSLA).
Analyse de la composition chimique
Les performances de l'acier dépendent en grande partie de la composition chimique. Le tableau ci-dessous montre les plages de pourcentages de poids typiques pour P22 et P91 (les valeurs peuvent varier selon la norme et le lot):
| Élément | P22 (intervalle typique) | P91 (intervalle typique) |
|---|---|---|
| C | 0.04 à 0.12 | 0C'est une calibre 0.080.12 |
| Nom de l'entreprise | 0Un calibre 250.60 | 0Un calibre 250.60 |
| Je sais. | 0.10 à 0.50 | 0.20 à 0.60 |
| P | ≤ 0025 | ≤ 002 |
| S | ≤ 0015 | ≤ 001 |
| Cr | 0.9 ¢1.5 | 8.0 ¢9.5 |
| Je vous en prie. | 0C'est une.380.65 | 0.85 ¢1.05 |
| V | Je ne sais pas. | 0C'est une calibre 0.080.25 |
| Nb (Cb) | Je ne sais pas. | 00,03 à 0.12 |
| N | Des traces | 0.02'006 |
Effets clés:
- Pour les métaux non métalliques:La teneur élevée en chrome du P91 améliore considérablement la résistance à haute température et la résistance à l'oxydation.
- Molibdène (Mo):Augmente la résistance à haute température et la résistance à la rampe (~ 1% chez P91 contre ~ 0,5% chez P22).
- Pour les métaux de base, les éléments suivants doivent être utilisés:En P91, des carbures/nitrides fins se forment qui stabilisent la martensite et inhibent la déformation par rampe.
Caractéristiques microstructurelles
- P22: Les produits de baseLa microstructure normalisée et tempérée montre une bainite/ferrite tempérée avec des carbures riches en molybdène.offrant une stabilité à température modérée mais une résistance inférieure à la rampe à long terme.
- P91:Conçu pour former de la martensite fine après normalisation et refroidissement rapide, suivi d'un trempage pour précipiter des carbures/nitrides fins.Le traitement thermomécanique est crucial pour optimiser la martensite trempée à haute résistance à la rampe.
Processus de traitement thermique
- Normalité:Le P91 nécessite des températures de normalisation plus élevées que le P22.
- Éteindre et tempérer:Les deux aciers nécessitent un trempage post-durcissement. Le trempage du P91 est particulièrement crucial pour stabiliser la martensite et obtenir une ténacité.
- Traitement thermomécanique:Plus critique pour le P91 pour éviter les précipitations grossières et contrôler les performances de rampage à long terme.
Comparaison des performances
| Les biens immobiliers | P22 (typique) | P91 (typique) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | Moyenne | Très haut |
| Résistance au rendement | Moyenne | Très haut |
| L'allongement (ductilité) | Bonne (supérieure à P91) | Moyenne (inférieure à P22) |
| Dureté à l'impact (RT) | Elle est bonne quand elle est bien trempée. | Bon lorsqu'il est bien trempé; sensible au traitement thermique |
| Dureté | Moyenne | Plus élevé (plus résistant à l'usure) |
Considérations en matière de soudage
- P22: Les produits de baseUne teneur en chrome et une durcissement plus faibles donnent lieu à des valeurs équivalentes en carbone modérées.
- P91:Une teneur plus élevée en alliage augmente la dureté et le risque de fissuration des HAZ.Requiert des WPS/PQR qualifiés et des soudeurs expérimentés.
Résistance à la corrosion
- Ni le P22 ni le P91 ne sont des aciers inoxydables qui nécessitent des mesures de protection dans des environnements corrosifs.
- La teneur plus élevée en chrome du P91 offre une meilleure résistance à l'oxydation à haute température que le P22.
Machinabilité et formage
- Machinerie de traitement:Le P22 est plus facile à usiner que le P91 en raison de sa résistance/dureté inférieure.
- Forgeage:Le P22 offre une meilleure capacité de formation à froid; le P91 nécessite souvent une formation à chaud.
Scénarios d'application
| P22 Applications | P91 Demande |
|---|---|
| Tubes à vapeur, têtes et récipients sous pression dans les chaudières à température moyenne et les raffineries (jusqu'à ~540 ∼565 °C) | Têtes à haute température, tubes de superchauffage/réchauffement et tuyaux de vapeur dans les centrales électriques ultra-supercritiques nécessitant une résistance à la rampe élevée |
| Échangeurs de chaleur, fûts et tuyauterie à haute température non critique où le coût favorise 1,25Cr-0,5Mo | Composants à haute contrainte et à longue durée de vie exposés à des températures et contraintes élevées prolongées |
Critères de sélection
- Choisissez P22 lorsque:La soudabilité, la ductilité et le faible coût des matériaux sont des priorités pour les applications à température moyenne.
- Sélectionnez P91 lorsque:La résistance à la rampe supérieure à long terme, la résistance à haute température et le potentiel de réduction de l'épaisseur des parois justifient des coûts plus élevés et des contrôles de soudage plus stricts.
Coût et disponibilité
- Le P91 coûte généralement plus cher par kg/ft en raison d'une teneur en alliage plus élevée et d'exigences de transformation plus strictes.
- Le P22 est largement disponible sous diverses formes; le P91 peut avoir des délais de livraison plus longs pour les articles spécialisés.
Résumé de la comparaison
| Catégorie | P22 | P91 |
|---|---|---|
| Saldabilité | Plus facile; PWHT standard | Plus exigeant; exigences strictes en matière de préchauffage/PWHT |
| Résistance à la corrosion (RT) | Résistance moyenne avec bonne ductilité/durabilité | Haute résistance avec une bonne ténacité lorsqu'elle est correctement traitée |
| Résistance à la rampe à haute température | Modéré; adapté aux applications à basse température/cycle élevé | Excellent; conçu pour une durée de vie plus longue |
| Coût | Moins de coût des matériaux; fabrication plus simple | Des coûts de matériaux et de fabrication plus élevés |
Recommandations finales
- Optez pour P22:Lorsque vous avez besoin de solutions rentables pour les applications à température moyenne et élevée où le PWHT standard est acceptable et où une résistance supérieure à la rampe n'est pas requise.
- Optez pour le P91:Lorsque la conception exige une résistance et une résistance à la rampe nettement plus élevées à des températures élevées, ou lorsque l'épaisseur/poids réduit des parois et les intervalles d'entretien prolongés justifient des coûts plus élevés.
Note critique:La sélection des matériaux doit tenir compte des contraintes de conception des composants, de la durée de vie requise, des normes applicables, des capacités de soudage/inspection et de l'analyse des coûts du cycle de vie.Consultez toujours les données chimiques/mécaniques certifiées et les procédures de soudage qualifiées pour les composants à pression critique.