Для матеріалів, не наведених у таблиці 2.2, нижня температурна границя застосування визначається за галузевим стандартом [28].
Границі застосування двошарової сталі визначаються по матеріалу основного шару.
Матеріали опорних частин посудин, кронштейнів для кріплення навісного обладнання та інших зовнішніх приварних елементів повинні вибиратися за таблицею 2.2.
Елементи, які приварюються безпосередньо до корпуса усередині або зовні: (лапи, циліндричні опори, підкладки під фірмові пластинки, опорні кільця під тарілки та ін.), повинні виготовлятися з матеріалів, що мають гарну зварюваність і близькі значення коефіцієнтів лінійного розширення з матеріалом корпуса. Різниця в значеннях коефіцієнтів лінійного розширення не повинна перевищувати 10%. Коефіцієнти лінійного розширення сталей приймають за галузевим стандартом [18].
Допускається приварювання до зовнішньої поверхні корпусів посудин з аустенітних хромонікелевих сталей елементів з вуглецевої або низьколегованої сталі.
Допускається застосовувати листову сталь і сортовий прокат марок Ст3кп2, Ст3пс2 товщиною не більше 10 мм для приварних та неприварних внутрішніх елементів посудин, що працюють при температурі від мінус 40 до плюс 475 °С.
Таблиця 2.2 – Марки сталей для посудин, що працюють без тиску, залежно від середньої температури повітря найхолоднішої п’ятиденки
| Середня температура найхолоднішої п’ятиденки, С | Марка сталі та її позначення за стандартом |
| не нижче мінус 30 | Ст3пс3, Ст3сп3, Ст3Гпс3 по ДСТУ 2651-94; 15К-3, 16К-3, 18К-3, 20К-3 по ГОСТ 5520-79; 16ГС-3, 09Г2С-3, 10Г2С1-6 по ГОСТ 5520-79 |
| від мінус 31 до мінус 40 | Ст3пс4, Ст3сп4, Ст3Гпс4 по ДСТУ 2651-94; 15К-5, 16К-5, 18К-5, 20К-5 по ГОСТ 5520-79; 16ГС-6, 09Г2С-6, 10Г2С1-6 по ГОСТ 5520-79; 16ГС-6, 09Г2С-6, 10Г2С1-6 по ГОСТ 19282-73 |
| від мінус 41 до мінус 60 | 09Г2С-8, 10Г2С1-8 по ГОСТ 5520-79, 09Г2С-8, 10Г2С1-8 по ГОСТ 19282-73 |
Допускається для посудин зі сталей марок 12ХМ, 15ХМ і двошарової сталі з основним шаром зі сталі марки 12ХМ приварювати зовнішні деталі (накладки, скоби для ізоляції, косинки та ін.) зі сталей 16ГС, 09Г2С, Ст3 за умови підтвердження розрахунком на міцність.
Корозійностійкі сталі (листи, труби, зварювальні матеріали, поковки та штамповані деталі) при наявності вимог у проекті повинні бути перевірені на стійкість проти міжкристалічної корозії за ГОСТ 6032-89 на підприємстві-постачальнику прокату або на підприємстві-виготовлювачі.
Вуглецева сталь кипляча не повинна застосовуватися:
– у посудинах призначених для зріджених газів;
– у посудинах, призначених для роботи з вибухонебезпечними, пожежонебезпечними та шкідливими речовинами 1-го і 2-го класів небезпеки за стандартами [26, 27] і середовищами, що викликають корозійне розтріскування (аміачна вода, рідкий аміак при вмісті вологи менше 0,2 %; розчини їдкого калію і натрію, азотнокислого калію, натрію, амонію і кальцію, етаноламіни, азотна кислота та ін.) або викликають сірководневе розтріскування та розшарування.
Внутрішні пристрої, що стикаються з вибухонебезпечними та пожежонебезпечними середовищами допускається виконувати з киплячої сталі товщиною не більше 10 мм.
При підвищених тисках пред’являють жорсткі вимоги до якості матеріалів. Правилами Держнаглядохоронпраці України [7] і галузевим стандартом [28] установлюються границі застосування за тиском і температурою для сталей різних марок, а також вимоги до них та види випробувань. Матеріали за хімічним складом та механічними властивостями повинні задовольняти вимогам державних стандартів. Якість та характеристики матеріалів повинні підтверджуватися сертифікатами підприємств-постачальників. При відсутності або неповноті сертифікату або маркування підприємство-виготовлювач посудини повинно провести всі необхідні випробування і дослідження, що підтверджують повну відповідність матеріалів вимогам стандартів з оформленням їхніх результатів протоколом, який доповнює або замінює сертифікат постачальника матеріалу.
2.4 Матеріали для виготовлення сталевих зварних посудин та
Для виготовлення хімічних посудин та апаратів застосовуються сталі, чавуни, титан, кольорові метали і сплави, неметалічні та інші матеріали. Проте найширше для цієї мети застосовуються різні марки сталей.
Існують різні класифікації сталей: за вмістом легуючих елементів, за числом компонентів (елементів, що визначають властивості стали), за мікроструктурою та призначенням.
Основними компонентами вуглецевої сталі є залізо та вуглець. У легованих сталях крім заліза та вуглецю іншими компонентами є легуючі добавки. Отже, вуглецеві стали – двокомпонентні; сталі, що містять один легуючий елемент, – трикомпонентні; сталі, що містять чотири компоненти і більше, називають багатокомпонентними.
Залежно від вмісту легуючих елементів леговані сталі можна розділити на три групи: низьколеговані – які містять менше 2,5 % легуючих добавок; середньолеговані – від 2,5 до 10 %; високолеговані – понад 10 %.
Класифікація сталей за мікроструктурою декілька умовна. Характерні для будь-якого класу структури отримують у результаті різних режимів термічної обробки. Сталі феритного, перлітного та мартенситного класів названі за мікроструктурами, які вони набувають при охолодженні на повітрі (нормалізації). Сталі аустенітного класу набувають характерну структуру аустеніту після нагрівання до температур близько 10001200 °С і різкого охолодження – аустенізації.
Сталі феритного класу містять мало вуглецю, понад 13 % хрому або понад 2,5% кремнію.
Сталі перлітного класу містять мало легуючих домішок. Структура цих сталей після нормалізації або відпалу складається з фериту та перліту або перліту та карбідів. Це вуглецеві, низько- або середньолеговані сталі. Більшість з них добре оброблюється різальним інструментом і при вмісті вуглецю до 0,2 % добре зварюються.
Сталі мартенситного класу гартуються на мартенсит при охолодженні на повітрі. В основному це середньолеговані сталі.
Сталі аустенітного класу після загартування мають аустенітну структуру. Це високолеговані корозійностійкі, жароміцні та жаростійкі сталі з високим вмістом хрому, марганцю або титану. Аустенітні сталі – часто багатокомпонентні, які містять велику кількість різних легуючих елементів.
За призначенням сталі підрозділяють на сталі звичайної якості, якісні конструкційні і сталі з особливими властивостями (теплостійкі, жаростійкі, жароміцні, корозійностійкі та ін.).
Типи та класи сталей наведені у таблиці 2.3
Для виготовлення сталевої зварної хімічної апаратури застосовують марки сталей, що наведені в додатку А у вигляді напівфабрикатів:
– сталь вуглецева звичайної якості за ДСТУ 2651-94 (Ст3кп2, Ст3пс2, Ст3сп2 та ін.), що поставляється у вигляді листового, сортового і фасонного прокату, труб та поковок переважно групи В (поставляється за механічними властивостями і хімічним складом), за степенем розкислення – спокійна (сп), напівспокійна (пс), рідкіше – кипляча (кп), за вимогами від другої до шостої категорій);
– сталь вуглецева якісна конструкційна, яка поставляється у вигляді листового прокату за ГОСТ 5520-79 і у вигляді сортового прокату та труб за ГОСТ 1050-88;
– сталь низьколегована (із вмістом легуючих елементів до 2,5 %), що поставляється у вигляді листового прокату за ГОСТ 5520-79 і ГОСТ 19282-
73, сортового і фасонного прокату, труб та поковок за ГОСТ 19281-73; – сталь легована конструкційна (із вмістом легуючих елементів до 10 %), що поставляється у вигляді сортового прокату, труб та поковок за ГОСТ 4543-71;
– сталь теплотривка за ГОСТ 20072-74, що поставляється у вигляді листового, сортового прокату і труб;
– сталі високолеговані і сплави корозійностійкі, жаростійкі та жароміцні за ГОСТ 5632-72, які поставляються у вигляді листового прокату, труб та поковок;
– сталі і сплави з особливими властивостями, що поставляються у вигляді листового і сортового прокату та труб за спеціальними технічними умовами (ТУ);
– сталі двошарові, що поставляються у вигляді листового прокату за ГОСТ 10885-85 і спеціальними технічними умовами з основним шаром із вуглецевих, низьколегованих і легованих сталей і плакувальним шаром із корозійностійких матеріалів;
– виливки з конструкційної та легованої сталей, що поставляються за ГОСТ 977-75;
– виливки з високолегованих сталей, що поставляються за ГОСТ 2176-77 і спеціальними технічними умовами.
Ці сталі задовольняють загальним вимогам, що пред’являються до конструкційних матеріалів.
Таблиця 2.3 – Підрозділяння сталей на типи та класи
| Тип, клас сталі | Марка сталі |
| Вуглецевий | Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп2, 10, 20, 15К, 16К, 18К, 20К, 20ЮЧ |
| Низьколегований марганцевистий і силіціймарганцевистий | 16ГС, 17ГС, 17ГС1, 09Г2С, 10Г2СФ, 10Г2С1, 10Г2, 10Г2С1Д,09Г2, 09Г2СЮЧ, 09Г2СФБ, 16ГМЮЧ |
| Низьколегований хромомолібденовий і хромомолібденованадовий* | 12МХ, 12ХМ, 12Х1МФ, 15ХМ, 10Х2ГНМ, 20Х2МА |
| Мартенситний* | 15Х5,15Х5М,15Х5ВФ, 12Х8ВФ, 20Х13, Х9М, 12Х13 |
| Феритний | 08Х13, 08Х17Т, 15Х25Т |
| Аустенітно-феритний | 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х18Г8Н2Т, 15Х18Н12С4ТЮ |
| Аустенітний | 10Х14Г14Н4Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 10Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т, 03Х17Н14М3, 12Х18Н12Т, 02Х18Н11, 02Х8Н22С6, 03Х19АГ3Н10Т, 07Х13АГ20, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 03Х21Н21М4ГБ |
| Сплави на залізонікелевій і нікелевій основі | 16Х28МДТ, 03Х28МДТ, ХН32Т |
| *Сталі указаного типу схильні до підгартовування | |
Сталі мають таке позначення:
– вуглецеві звичайної якості – послідовно вказуються марка сталі, степінь розкислення та категорія вимог, наприклад Ст3сп3;
– якісні вуглецеві конструкційні – позначають двома цифрами, що показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, наприклад, сталь 20 (для позначення котлових марок наприкінці ставиться літера К, наприклад, сталь 20К);