Развитие производства фланцев и другой трубопроводной арматуры

Цель трубопровода - надежно перемещать различные газы и жидкости в разных условиях. Данным целям успешно удовлетворяют металлы, чаще всего - сплавы железа.

Век железа продолжается и сегодня. Около 9/10 применяемых человечеством металлов и сплавов – это сплавы на основе железа. Железа плавится во всем мире примерно в 50 раз больше алюминия, не говоря уже об иных металлах.

Разнообразные прокладки, фланцы, тройники, переходы, заглушки и иные детали трубопроводного транспорта изготавливаются не из чистых металлов, а из сплавов металлов с неметаллами и металлами.

С точки зрения химии и физики, металлы - это кристаллические структуры, где преобладает металлический тип межатомной связи, атомы легко отдают свои валентные электроны, превращаясь в положительные ионы. Происходит обобществление валентных электронов в объеме всего кристалла. Следствие этого - высокое координационное число и большая компактность кристаллических структур металлов.
Металлы в большинстве случаев, по сравнению с ковалентными кристаллами, имеют более низкие температуры плавления, испарения, модуль упругости. Металлические кристаллы более пластичны и менее тверды, чем ковалентные кристаллы.

Виды сплавов для изготовления фланцев

В сплавах, применяемых для производства фланцев, элементы могут различно взаимодействовать друг с другом, образуя различные по химическому составу, виду связи и построению кристаллические фазы. Принято выделять 2 основных вида кристаллическо-атомной структуры: промежуточные фазы (ПФ) и твердые растворы (ТР).

Твердые растворы

Твёрдые растворы - кристаллы с сохранением кристаллической симметрии 1-го ( главного ) элемента-растворителя.

Если атомные радиусы атомов в смеси отличаются не больше, чем на 15% ( размерный фактор), возникают твердые растворы замещения ( ТРЗ). Атомы растворяемого вещества находятся в решетке растворяющего вещества статично и создают локальные деформации пространственной решетки растворителя. Образование твердых растворов приводит к уменьшению пластичности и росту прочности.
Железо в альфа-фазе имеет безграничную растворительную способность с хромом Cr, а высокотемпературная фаза гамма-железа - с никелем.
Многие твёрдые растворы замещения необычно ведут себя с изменением температуры: они способны находиться в упорядоченном состоянии (т. Н. "сверхструктура") тогда, когда при особых температурах (точках Курнакова) вместо статистического размещения разносортных атомов в узлах кристаллической решетки атомы одного и другого металла размещаются в совершенно определенном порядке. Примечательно то, что при этом многие характеристики изменяются скачкообразно, к примеру, при упорядочении растет твердость и прочность, снижается пластичность, что и принимают фланцы, произведенные из соответствующего сплава.

Твердые растворы внедрения ( ТРВ) образуются в случае сплавления переходных металлов с неметаллами малого радиуса атомов - H, C, B, N. Кстати, сталь - сплав железа и углерода, в котором содержание углерода составляет от 0, 01 % до 2, 0 %. ТР внедрения всегда имеют ограниченную растворимость. Деформации кристаллической решетки больше, чем в случае ТР замещения, поэтому свойтва переменяются более резко ( повышается твердость и прочность, снижается вязкость и пластичность ).
Примером твердых растворов внедрения, позволяющих производить фланцы и прочие элементы трубопроводов, являются ТР углерода в гамма-фазе железа с гране-центрированной кубической симметрией (до 2, 14% по массе C), альфа-железо с объёмно-центрированной кубической симметрией почти не растворяет углерод C (до 0, 02% ).

Необычно, что в сплаве трех элементов вероятно раствоорение путем и ТРЗ, и ТРВ: в сплаве Fe-Mn-C образуется ТР, где марганец растворяется путем замещения, а углерод - при помощи механизма внедрения.

Твердые растворы замещения и внедрения составляют опору большинства индустриальных конструкционных сплавов и сплавов специального назначения для изготовления стальных фланцев, переходов, фланцевых заглушек и других деталей трубопроводов.

В промежуточных фазах (ПФ) образуется совершенно новый тип кристаллической решетки, качественно отличающися от решеток элементов, его образующих. Классификация ПФ разнообразна и трудна, структура зависит от условного размера атомов, их валентности и атомного номера. Промежуточные фазы внедрения - самые тугоплавкие и твердые ПФ. Карбид железа Fe3C (цементит) и Cr23C6 и Cr7O3 карбиды хрома - важнейшие ПФ в достаточно тугоплавких и твердых конструкционных марках стали ( жаропрочные фланцы стальные ).

В сплавах Fe, содержащих больше 20% Cr, которые используют как нержавеющие (например, фланцы нержавеющие ), очень медленное охлаждение из области твердого раствора приводит к резкому увеличению твердости и хрупкости сплавов. Сталь, содержащая 18% хрома и 8... 9% Ni (фланцы стальные 12Х18Н10Т), – это знаменитая «нержавейка», из которой зачастую производят фланцы нержавеющие, стойкие к химически агрессивным воздействиям среды.

Свойства сталей разнообразны, следовательно, есть фланцы для долгого нахождения в соленой морской воде, фланцы из стали 09Г2С для Крайнего Севера, высокопрочные фланцы, условно мягкие фланцевые прокладки, фланцы жаропрочные, выдерживающие высокую температуру и агрессивное воздействие горячих газов...