Стальная арматура
(812) 611-08-45
th@armatek.ru

Стальная арматура

Требования к материалам, используемым при производстве трубопроводной арматуры

Двумя главными требованиями к материалам, из которых изготавливают основные детали трубопроводной арматуры (ТА), являются механическая прочность и коррозионная устойчивость. Основные детали ─ это не только корпус, но и другие детали, результатом разрушения которых может стать потеря трубопроводной арматурой герметичности ─ крышки, шпиндели (штоки), крепеж. Помимо прочности и химической стойкости к воздействию рабочей среды от материалов, для изготовления основных деталей ТА требуются плотность, пластичность, способность сохранять свои механические свойства при высоких температурах, эрозионная стойкость, отсутствие противопоказаний к совместной работе различных материалов в одном техническом устройстве из-за разности электрохимических потенциалов или усиления процессов износа при взаимном контакте.

Степень «жесткости» и «бескомпромиссности» этих требований обусловлена условиями эксплуатации ─ рабочим давлением, температурой стенок корпуса, скоростью потока, иными свойствами рабочей среды: химическим составом (и, как следствие,─ коррозионной активностью, взрывоопасностью), наличием абразивных включений. В соответствии с требованиями «ГОСТ 33260-2015 «Арматура трубопроводная. Металлы, применяемые в арматуростроении. Основные требования к выбору материалов» скорость коррозии металла корпусных деталей не должна составлять более 0,5 мм/год, а для уплотнительных поверхностей, от которых напрямую зависит герметичность затворов, ─ 0,05 мм/год.

Прочность означает способность деталей противостоять механическим напряжениям, возникающим в результате действия рабочей среды, находящейся под давлением, или вследствие других причин, например, в процессе монтажа арматуры. Сталь прочнее чугуна и бронзы. Если говорить о минимальном пределе прочности на разрыв, по этому показателю низколегированные стали превосходят чугун и бронзу примерно в два, а легированные ─ в три раза.

Пластичность ─ способность материалов деформироваться без разрушительных последствий ─ свойство для трубопроводной арматуры чрезвычайно полезное. И здесь арматура стальная превосходит чугунную, ведь отличительной особенностью чугуна традиционно называют «хрупкость», т. е. как раз недостаток этой самой пластичности. В т. ч. и поэтому ширина диапазона значений давления рабочей среды, в котором может функционировать чугунная запорная арматура, заметно уже, чем у стальной арматуры.

Борьба с коррозией ─ всегда важная и актуальная задача для арматуростроения, особенно при производстве оборудования, применяемого в химической промышленности. Хотя и транспортировка самых «обычных» воды и пара не проходит для арматуры бесследно: ржавчина ─ одно из самых распространенных проявлений химической коррозии. В этом случае на помощь производителям ТА приходят стали, легированные препятствующими возникновению процессов коррозии добавками, ─ ванадием, кобальтом, никелем, марганцем, молибденом, хромом и д.

Стальная арматура

Стали ─ углеродистые, легированные и другие

Использование легирующих добавок в зависимости от их подбора позволяет «акцентировать» не только коррозионную устойчивость, но и другие значимые для трубопроводной арматуры свойства: увеличивать прочность, износоустойчивость, термическую устойчивость (температурные пределы рабочего диапазона). Последнее также очень важно, поскольку выполненные из низкоуглеродистой стали детали трубопроводной арматуры при температуре свыше 400 C заметно снижают свою механическую прочность. (Хотя даже трубопроводную арматуру с корпусом из углеродистой стали можно применять при более высоких температурах рабочей среды, чем арматуру из чугуна или бронзы).

Кроме того, наличие легирующих добавок может способствовать снижению ферромагнитных свойств стали.

Высокой стойкостью против всех видов коррозии ─ электрохимической, химической (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной, коррозии под напряжением ─ обладают коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы.

Высоколегированной сталью считается сплав, содержащий более 45% железа (Fe), в котором суммарная массовая доля легирующих элементов составляет не менее 10% при массовой доле одного из них не менее 8%.

При производстве трубопроводной арматуры используются сплавы на железоникелевой основе, содержащие не менее 65% никеля (Ni) и железа (Fe) при примерном соотношении никеля к железу 1:1,5. Если массовая доля никеля превышает 50%, значит речь идет о сплаве на никелевой основе.

Проблему высоких температур помогают решить теплоустойчивые, жаропрочные и жаростойкие стали.

Теплоустойчивая сталь может в течение продолжительного периода времени функционировать в нагруженном состоянии при температуре до 600 O C. Жаропрочные стали и сплавы обладают способностью работать в нагруженном состоянии в течении длительного времени при более высоких температурах. А жаростойкие стали в ненагруженном или слабонагруженном состоянии обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре свыше 550 O C.

Низколегированная сталь ─ это сталь с общим содержанием легирующих элементов менее 5%, но более высоким, чем у углеродистой стали.

Углеродистая сталь ─ сплав железа и углерода с содержанием углерода (C) до 1,7%, марганца (Mn) ─около 0,8%, а кремния (Si) ─около 0,4%.

Стали для литья и штамповки деталей трубопроводной арматуры

Корпусные детали и детали узла затвора трубопроводной арматуры изготавливают из проката и заготовок, полученных литьем или штамповкой.

Стальные отливки для корпусов трубопроводной арматуры выполняют из нелегированных, легированных и высоколегированных сталей. Основные детали из нелегированных сталей ─ 15Л, 20Л, 25Л ─ можно использовать при температурах от минус 40 до 450 O> C.

Большей устойчивостью к низким температурам обладают детали из легированных сталей: 20ГМЛ и 15ГСЛ (- 60…450OC),20ГЛ (- 60…350 OC), 15ХГСМЛ (- 60…400 OC), 20ХЛ (- 50…450 OC), 20ХН3Л (-70…450 OC), 20ХМЛ (- 40…540 OC). Сталь20ГМЛ используют в трубопроводной арматуре, работающей под действием статических и динамических нагрузок с рабочими средами, содержащими сероводород.

Детали из легированных сталей 20ХМЛ и 20Х5МЛ отличаются тепловой стойкостью (- 40…550 OC и - 40…650 OC, соответственно). Из стали 20Х5МЛ (коррозионностойкая, жаропрочная, жаростойкая) изготавливают детали трубопроводной арматуры нефтеперерабатывающих установок, работающей под давлением с горячими нефтяными средами, содержащими сернистые соединения.

Отливки для основных деталей ТА получают также из высоколегированных сталей. Особой стойкостью к низким температурам (до – 196OC) отличается сталь 12Х18Н12М3ТЛ. Ее используют в деталях арматуры, работающей под нагрузкой при температуре до 600 градусов Цельсия, устойчивой к воздействию различных кислот, ─ муравьиной, сернистой, фосфорной, уксусной и др. А арматура с основными деталями из стали 16Х18Н12С4ТЮЛ может функционировать с рабочей средой, содержащей концентрированную азотную кислоту.

Отливки из высоколегированной стали 10Х18Н9Л (максимальная температура эксплуатации деталей из нее составляет до 750OC), применяют в ТА, работающей во влажной атмосфере.

Сталь 12Х18Н9ТЛ ─ оптимальный выбор для трубопроводной арматуры, которая должна обладать высокой стойкостью к газовой и межкристаллической коррозии.

Штампованные заготовки для основных деталей трубопроводной арматуры изготавливают из:

● углеродистой стали ─ марки Ст3сп, Ст3пс, Ст3Гсп, Ст3Гпс, 20, 35, 22К;

● легированной конструкционной стали ─ марки 20Х, 40Х, 30Х, 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 12ХН3А, 30ХМА, 35ХМ, 40ХН2МА, 20XH3A, 38XH3MФА, 09Г2С, 10Г2, 15ГС;

● теплоустойчивой стали ─ марки 18Х3МВ (ЭИ 578, Н8), 20Х3МВФ (ЭИ 415, ЭИ579), 15Х5М;

● жаропрочной стали ─ 09Х14Н16Б (ЭИ 694), 09Х14Н19В2БР (ЭИ 695Р), ХН28ВМАБ (ЭП 126, ВЖ 100), ХН28ВМАБ-ВД (ЭП 126-ВД, ВЖ 100-ВД).

Но самое большое представительство ─ десятки марок ─ у коррозионностойкой стали.

Время стальной арматуры

Несмотря на достижения научно-технического прогресса, одним из наиболее значимых результатов которого стало внедрение в промышленные технологии большого числа новых, рожденных буквально несколько десятилетий назад, материалов, таких как, например, многочисленные виды полимеров, стеклопластиков или т. н., техническая керамика, корпусные детали трубопроводной арматуры по-прежнему изготавливают в большинстве случаев из металлов. Чаще всего черных ─ стали и чугуна, в меньшей степени цветных ─ сплавов меди, алюминия и титана.

Первую трубопроводную арматуру еще во времена древности делали из бронзы: она легко обрабатывалась, а работать с железом при тогдашнем уровне технологий было очень сложно. Изобретение паровой машины дало старт продолжающемуся и по сию пору «золотому веку» трубопроводной арматуры. Но если на всем протяжении его первых ста лет при достаточно скромном присутствии арматуры из медных сплавов почти безраздельно господствовала чугунная арматура (водопроводная арматура чугунная вполне справлялась с не очень сложными на тот момент задачами), с конца XIX столетия чугун начала теснить (хотя, конечно, и сегодня не вытеснила) стальная запорная (и не только запорная) арматура. Арматура стальная заняла важнейшее место в производственной программе предприятий – производителей трубопроводной арматуры.

Уже в тридцатые годы XX столетия отечественными заводами было освоено производство стальной арматуры. А к концу 50-х годов ее удельный вес подобрался к сорока процентам от общего объема ее выпуска.

Наступлению стали в значительной степени способствовало развитие промышленной электроэнергетики (а, значит, необходимость в трубопроводной арматуре, работающей при высоких давлении и температуре) и такого ее направления, как атомная энергетика, предъявляющая повышенные требования к надежности и герметичности трубопроводной арматуры. Не меньший вклад в рост удельного веса стали в ТА внесла химическая промышленность, нуждающаяся в коррозионно-устойчивой арматуре, нефтегазодобывающая отрасль, а также такие «прорывные» технологии как производство криогенной и вакуумной техники.

Сталь получила широкое распространение в производстве трубопроводной арматуры не только благодаря прочности, пластичности и другим физико-механическим свойствам, но и свойственной ей технологичности ─ хорошим литейным свойствам, «податливости» к механической обработке, в т. ч. сверлению, точению, фрезерованию, шлифованию. Ее важное преимущество ─ небольшой по сравнению, например, с чугунной арматурой вес стальной арматуры, что упрощает монтаж и требования к металлоконструкциям трубопроводных систем.

Материал основных деталей ТА не может не влиять на способы ее присоединения к трубопроводу. Если для чугунной арматуры возможны резьбовые и фланцевые (арматура чугунная фланцевая) соединения, то для стальной арматуры выбор шире ─ к перечисленным добавляются сварные соединения.

Немаловажный фактор в условиях массового производства ─ доступность стали. С одной стороны несравнимые ни с какими другими материалами объемы производства, с другой - умеренная стоимость. Поэтому стальная арматура, цена которой не так велика, составляет все большую долю в производстве трубопроводной арматуры.

В прайс-листах производителей представлены все типы ТА из стали: стальная задвижка, стальной кран, клапан стальной и  стальной затвор.

По данным экспертов Научно-промышленной ассоциации арматуростроителей сегодня в стоимостном выражении в России стальных задвижек производится в десять с лишним раз больше, чем чугунных. И вообще более 2/3 всего внутреннего производства приходится на задвижки стальные и краны шаровые стальные (хотя конечно, краны стальные могут быть конусными и цилиндрическими).

Использование стали позволило значительно расширить возможности трубопроводной арматуры. Сегодня едва ли можно отыскать сферу применения ТА, где бы стальной арматуре не нашлось места.

Как и в других областях технологий, сталь испытывает конкуренцию со стороны других металлов, в т. ч. перспективных алюминия и титана. Но каких-либо веских оснований предполагать, что им даже в среднесрочной перспективе удастся заставить ее уступить им хотя бы часть своих позиций в производстве трубопроводной арматуры, нет.

ОТЗЫВЫ КЛИЕНТОВ

Компания «Взлет» приобрела  фланцевые шаровые краны с рукояткой производства АРМАТЭК.

Трубопроводная арматура