我大概從P.6開始講,以下介紹蘇博講義內容,碳鋼的規範初步認識和常見元素對碳鋼的影響。
碳鋼,裡面存在很多雜質,基本的雜質有碳、矽、錳、磷、硫,碳鋼一定會有這五種雜質,只是不同比例,會有不同的性質。
碳,可以增強機械強度和硬度,過多會讓延展性、韌性下降。
如果用ASME的SA-516 機械強度來看,grade 55、60、65、70代表他的tensile strength(抗拉強度),碳成份越多,強度越強,抗拉強度代表金屬被拉斷的力量。
在ASME或者ASTM,每個材質都有他的機械性質,必須要符合規定,這個材料才能叫他專屬的代碼,也就是說,除了材料成份要通過一定比例以外,機械性質也要符合這個規定。
A 516-70,代表抗拉強度最小要70~90 ksi,降伏強度最低要38 ksi,在某個規格下,最小的延展性17%。
科普冷知識
降伏強度和抗拉強度的定義。
金屬受力後,如果把力放掉,金屬還可以保持原樣,這樣的變形過程是彈性變形,彈性變形的極限就是降伏強度(Yield Strength)。
如果力量持續加大,超過彈性變形,金屬會永久變形,稱之為塑性變形,當金屬斷掉,這個力稱之為抗拉強度(Tensile Strength)。
ASTM和ASME差別在哪裡?
我們常看到的304、A 106、A 516、A 53、410之類的材料代碼,他是必須要符合ASTM規範,那ASTM規範有規定他的元素、成份比例、機械性質、熱處理、允收標準等等。
買進來的材料要先符合ASTM規範,包山包海的材料都納進ASTM規範裡,當我們要買層壓設備的時候,設備在設計、製造、安裝的過程,都要符合ASME規範。
ASME的規範材料是引用ASTM的定義,在命名上會有一點不一樣,比如說,A516是ASTM,SA516是ASME的,這兩個都是一樣的東西。
但是,SA 516和SA 516(HIC)是不一樣的,有加HIC是為了要更抗濕式硫化氫的HIC,曾經因為搞錯材料的定義,包商差點用錯材料,造成我們自己的損失。(P.17)
拉回來主軸,矽,在碳鋼的作用,可以抗高溫硫化、高溫氧化。
不管矽的含量有多少,碳鋼在高溫硫化的環境裡,相對於高鉻的不鏽鋼,對高溫硫化腐蝕速率是很快的;不同的碳鋼互相比較,當矽低於0.1%會更容易高溫硫化腐蝕。
A53是沒有矽最小含量規定,A106的Si有最少含量規定0.1%。
2012年美國煉油廠Chevron在高溫硫化的環境用了A53,腐蝕速率比A106快很多,高溫硫化是均勻減薄,當他們拆保溫的時候,管線就爆了。
所以,我們在克漏的時候,要去判斷管線是生什麼病,如果是大範圍的均勻減薄,就要非常斟酌使用夾具的修復了。
蘇博的講義有一個A106和A53的減薄厚度對比(P.12)。
延伸閱讀,美國化學安全局CSB的事故報告
https://www.csb.gov/chevron-richmond-refinery-fire/
台灣化學產業協會提供翻譯影片
錳,可增加碳鋼的硬度,錳會和硫形成硫化錳,在濕式硫化氫環境,碳鋼裡頭的硫化錳容易累積氫原子,導致HIC。
管子在小尺寸可以做到無縫鋼管,無縫鋼管的硫化錳也會有HIC,這種HIC不會對設備太嚴重影響,但是,大型設備或管件需要靠鋼板輾壓才會成形,這時候硫化錳被輾壓成長條狀的夾層,硫化錳的「長度」對鋼板的長度比例越大,HIC越危險。
因此,ISO 15156國際規範有規定HIC resistant鋼板的CLR、CTR、CSR。(P.19)
不是所有硫化氫的環境都一定要用HIC鋼板,而要經過綜合考量後,再來決定材質。
如果設計商提出要使用A516 (HIC)鋼板,但是製造商無法買到HIC鋼板,製造商說可以用一般的A516,A516也是可以抗濕式硫化氫,那你要怎麼辦?
我覺得這問題蠻值得思考的!
有很多問題通常不是專業技術的問題,怎麼處理人的問題也是要學習的。
硫、磷,硫和磷的凝固點和鐵不同,所以在結晶過程會讓成份分布不均勻,導致缺陷產生,硫磷過多也會對焊接有害。