Механическая прочность и номинальное давление: трубы из черного железа и трубы из углеродистой стали

Введение

Инженерам и руководителям проектов необходима точная информация при проектировании систем высокого-давления или структурных систем. Покачерные железные трубыТрубы из углеродистой стали выглядят одинаково, их механические свойства и устойчивость к давлению существенно различаются.

В этой технической статье рассматриваются механические характеристики, прочность на разрыв, предел текучести и характеристики давления трубопроводных систем из черного чугуна и углеродистой стали. Он также включает подробную сравнительную таблицу для быстрого сопоставления спецификаций.

Что определяет прочность трубы?

Механическая прочность стальной трубы в основном зависит от:

Состав сырья
Метод изготовления (ВПВ, бесшовный, холоднотянутый)
Термическая обработка
Толщина стенки
Поверхностное покрытие
Качество сварного шва

Трубы из черного железа обычно изготавливаются из низко-углеродистой стали, но не рассчитаны на использование под высоким-давлением, если только они не изготовлены специально. Трубы из углеродистой стали, особенно ASTM A53, A106 и API 5L, широко сертифицированы для работы при среднем и высоком давлении.

Различия в химическом составе

Трубы из черного железа обычно изготавливаются из мягкой стали с минимальным содержанием легирующих элементов. Трубы из углеродистой стали имеют четко определенные диапазоны содержания углерода, что повышает прочность и твердость.

Тип трубы	Содержание углерода	Предел прочности	Примечания
Черная железная труба	0.05–0.20%	Низкий-Средний	Используется в системах низкого-давления.
Труба из углеродистой стали (ASTM A106)	0.25–0.30%	Высокий	Подходит для высокой-температуры и высокого-давления.
Труба из углеродистой стали (API 5L)	0.20–0.28%	Высокий	Используется в нефте- и газопроводах.

Сравнение номинального давления

Трубы из черного железа обычно не проходят-испытания под давлением по тем же стандартам, что и трубы из углеродистой стали. Это различие имеет решающее значение при проектировании системы.

Пределы давления в черной железной трубе

Подходит длягаз, ОВиК, пар (низкого давления)

Не подходит длямасло высокого-давления или промышленный пар

Пределы давления для труб из углеродистой стали

Доступно вГрафик 40, 80, 160, XXH

Используется в системах транспортировки нефти и газа, котельных, электростанциях.

Таблица механических свойств

Тип материала	Предел текучести (МПа)	Предел прочности (МПа)	Максимальное рабочее давление	Приложения
Черное железо	150–240	300–420	Низкое (меньше или равно 150 фунтов на квадратный дюйм)	ОВиК, газопроводы
Мягкая углеродистая сталь	240–350	450–550	Среднее (меньше или равно 600 фунтов на квадратный дюйм)	Вода, структурная
Среднеуглеродистая сталь	350–450	600–700	Высокое (больше или равно 1000 фунтов на квадратный дюйм)	Котлы, нефтепроводы
API 5L X52	360	460–530	Очень высокий	Трассовые-нефтепроводы

Почему углеродистая сталь работает лучше?

Контролируемый химический состав повышает механическую прочность.
Однородная микроструктура после термообработки
Строгие производственные стандарты ASTM/API
Доступные варианты с большой толщиной стенок

Выбор подходящей трубы по прочности

Выбиратьчерная железная трубадля:

Домашние газопроводы

Спринклерные системы пожаротушения

Пар низкого-давления

Проекты внутреннего отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Выбиратьтруба из углеродистой сталидля:

Транспортировка под высоким-напором

Промышленные паропроводы

Химические заводы

Нефте и газопроводы

Заключение

Механические свойства и-выдерживаемость давления углеродистой стали намного превосходят характеристики стандартных труб из черного железа. Для операций с высоким-давлением, высокой-температурой или-критическими операциями трубы из углеродистой стали, несомненно, являются более безопасным и надежным выбором.