Сталь для фланцевых соединений

Обновлено: 18.05.2024

Производство фланцев — это сложное многоэтапный производственный процесс, основанный на широчайшей области применения готовой продукции. Для изготовления фланцев и фланцевых сопряжений используются следующие марки стали: низколегированные — 20; 35; 40Х; среднелегированные — 20Х13; 09Г2С; 30ХМА; 15Х5М; 20ХН3А; высоколегированные — 14Х17Н2; 25Х2М1Ф; 08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т; 06ХН28МДТ; 10Х17Н13М2Т;

Широкое применение фланцев обусловлено многими значениями. Как мы уже видим, эти марки сталей значительно отличаются по своему химическому составу, а различия, в химическом составе и определяют основные физические, технологические, механические свойства материала изготовления фланцев и фланцевых узлов и соединений. Исходя из которых и определяется климатическая зона использования фланцев. К примеру: фланцы, изготовленные из стали 10 идеально подходят для средней полосы России, а фланцы из стали 09Г2С подходят для районов крайнего Севера, Как мы видим, по химическому составу содержание углерода (С) в первой стали 10%, во второй 9%, вроде бы разница незначительна, но добавление марганца (Г) и кремния (С), придает этой стали, морозоустойчивые свойства, которые необходимы при ремонте и эксплуатации фланцев и фланцевых соединений в условиях крайнего Севера.

Очень часто при эксплуатации трубопроводной арматуры и трубопроводов используется сталь жаропрочная низколегированная 15Х5М, содержание легирующих элементов позволяет этой стали, при эксплуатации, выдерживать высокие рабочие температуры (600 650 градусов Цельсия), и при этом не терять своих рабочих свойств.

Следующей, широко распространенной сталью, является нержавеющая сталь конструкционная криогенная марки 12Х18Н10Т область применения этой марки стали, — рабочие температуры от -200 до 600 градусов Цельсия, рабочие среды – разбавленные растворы кислот, фосфорной, уксусной, азотной, растворах щелочей и солей, использование в агрессивных рабочих средах.

Содержание легирующих элементов и придает различным маркам стали, те или иные свойства для применения в различных рабочих условиях, что в конце концов и расширяет область применения самих фланцев и фланцевых соединений на их основе. Возможности и конструкция установки центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ) используемой в компании НПО Инженерные Технологии, как раз и позволяют с достаточной гибкостью изменять, содержание легирующих элементов, добавлять или уменьшать содержание отдельных химических элементов, что в сою очередь отображается на области применения фланцев и фланцевых сопряжений и расширяет их возможности.

При производстве фланцев и фланцевых узлов мы определяем:

геометрию фланцев;
входной и исходящий контроль химического состава сталей;
контроль механических особенностей стали;
проверка структуры и определение класса стали.

При строгом соблюдении технологического процесса, как правило не возникает потребности изменения химического состава сталей, но по требованию наших потребителей, мы имеем такие возможности, и постоянно совершенствуем технологический процесс производства фланцев и фланцевых соединений.

Сталь для фланцевых соединений

Фланец — это деталь для герметичного соединения труб и другого оборудования в системе ЖКХ и нефтепереработки. Соединения и узлы труб при этом остаются ремонтопригодными. Правильный выбор такого элемента конструкции как фланец зависит напрямую от двух факторов: наружного диаметра и давления внутри системы.

Фланцевое соединение – это два расположенных параллельно одинаковых фланца, между которыми находится уплотнительное кольцо, изготовленное из какого-либо материала. Это может быть сталь, плотная резина, паронитовая либо графитовая прокладка.

Сегодня существует множество видов фланцев. Основные из которых: фланцы ГОСТ 12820 80, 12821 80, 12822 80, Р 54432 2011, 33259-2015.

Где применяются фланцы

Фланцы используются в самой разной промышленности: в химической, пищевой, винно-водочной, металлургической, в топливно-энергетических комплексах, в сфере жилищно-коммунального хозяйства. Любая промышленность, где используются трубопроводы, не может обойтись без фланцев. Фланцы соединяют отдельные участки трубопровода и благодаря фланцевым соединениям трубопровод может иметь изгибы.

Для разных видов труб и участков трубопровода используются разные виды фланцев — плоские, воротниковые, заглушки.

Фланцы ГОСТ 12820 80

Фланцы 12820 80 ГОСТ сегодня заменены на номер ГОСТ 33259-2015 тип 1.

Фланцы этого ГОСТа относятся к стальным, плоским, приварным элементам. Они надеваются на концы труб, которые будут соединены, и привариваются двумя сварными швами по всей окружности трубы. Один из швов делается для присоединения к стыковочной втулке фланца к трубе.

Второй шов варится на конце трубы. Эти фланцы имеют достаточно небольшой вес, что упрощает их монтаж и уменьшает общий вес труб.

Кроме особенности крепления, разные фланцы имеют разную способность выдерживать давление разной силы в трубах. Фланцы ГОСТ 12820 80 выдерживают давление до 25 кгс/см2. В зависимости от способности к разной силы давлению фланцы имеют разное исполнение.

Для фланцев по ГОСТ 12820 80 существует исполнение 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9.

Фланцы исполнения 6 и 7 выполняются по ГОСТ 12821-80 (заменен на ГОСТ 33259-2015 тип 11) и применяются при давлении выше 63 кгс/см2.

Для обеспечения герметичности лучше использовать фланцы исполнения 2, 3. 4. 5. Фланцы выдерживают температуру от - 70 С до 450 С.

Материалы изготовления фланцев тоже подбираются в зависимости от поставленных перед соединительным элементом задач. Для этого используется большое количество марок стали. Например, сталь 12Х18Н10Т с химическим составом по ГОСТ5632-2014.

Фланцы 12821 80 ГОСТ

Фланцы воротниковые 12821 80 ГОСТ относятся к приварным элементом, которые используются для соединения частей трубопроводов разного назначения. Фланцы облегчают монтаж и сборку всего трубопровода, они выдерживают температуру от -253 до +600°С.

Для надежности всего трубопровода

Фланцы воротниковые 12821 80 ГОСТ обеспечивают герметичность всей конструкции трубопровода. Конусообразный выступ (воротник) снижает напряжение во всей детали, что делает конструкцию более надежной.

Монтаж воротниковых фланцев имеет свои особенности. При сборке конструкции трубопровода данные фланцы необходимо предварительно стыковать, а не насаживать на трубу. Фланцы соединяются между собой шпильками и болтами, к трубопроводу привариваются газо- и электросваркой.

Исполнения фланцев ГОСТ 12821 80

Фланцы изготавливаются в 9 исполнениях. Исполнение 1 применяется чаще всего. Но для работы трубопроводов, где используется давление выше 16 атм. (1,6 МПа), используются фланцы исполнения 2-9. Также фланцы 12821 ГОСТ исполнения 2-9 подходят для трубопроводов, работающих с кислотно-щелочными средами.

Фланцы всех девяти исполнений называются воротниковыми, так как имеют симметричный выступ в форме усеченного конуса. Строение данных фланцев 12821 80 ГОСТ позволяет использовать их для крепления труб, в которых среды находятся под высоким давлением.

Исполнение

Фланцы 1-2 исполнения — фланцы с соединительным выступом;

Фланцы 3 исполнения — фланцы с впадиной;

Фланцы 4 исполнения — с шипом;

Фланцы 5 исполнения — с пазом;

Фланцы 6 исполнения — имеют углубление для линзового уплотнения;

Фланцы 7 исполнения — изготавливаются под уплотнительную прокладку овального сечения;

Фланцы 8 исполнения — имеют шип для фторопластовой прокладки;

Фланцы 9 исполнения — с пазом под фторопластовую прокладку.

Марки стали для фланцев ГОСТ 12821 80

Фланцы разного исполнения делаются из следующих марок стали:

сталь марки Ст3сп ГОСТ 380-94;

сталь 20, 25 по ГОСТ 1050-2013;

сталь 09Г2С по ГОСТ 19281-2014;

сталь 10Г2 по ГОСТ 1050-2013;

сталь 15Х5М по ГОСТ 20072-74;

сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-2014;

сталь 15Х18Н12С4ТЮ(типа ЭИ-654) по ГОСТ 5632-2014;

а также сталь 06ХН28МДТ(типа ЭИ-945) ГОСТ 5632-2014, 10Х17Н13М3Т ГОСТ 5632-2014.

Преимущества фланцев воротниковых приварных 12821 80 ГОСТ

Данные фланцы делают быстрым монтаж и демонтаж отдельных частей трубопровода. Данные фланцы могут быть многоразовыми, так как с ними возможен демонтаж без резки трубы.

Фланцы ГОСТ 12822 80

Фланцы ГОСТ 12822 80 (заменен на ГОСТ 33259-2015 тип 02) относятся к стальным свободным крепежным деталям трубопровода, они используются для соединения труб в труднодоступных местах и для монтажа частей трубопровода, которые требуют частого ремонта. Фланец ГОСТ 12822 80 состоит из двух частей: из самого фланца и кольца, которое приваривается к трубе.

Фланцы стальные свободные используются в разных трубопроводах: в химической и нефтегазовой промышленности, в системах жилищно-коммунального хозяйства. Возможно их применение в соединительных частях машин, приборов, патрубков, различных аппаратов и резервуаров.

Кольцо и фланец имеют одинаковый диаметр и выдерживают одинаковое давление.

Допустимое рабочее давление в трубопроводе, в которых при монтаже используются фланцы ГОСТ 12822 80: Ру от 0,1 до 2,5 Мпа (от 1 до 25 кгс/см²). Рабочая температура сред может колебаться от -253°С до 600°С. Данные фланцы изготавливаются из марок стали Ст.20,12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, AISI 304, AISI 321, AISI 316L, AISI 316Ti. Выпускаются в исполнении: 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9.

В некоторых случаях для таких фланцев изготавливается кольцо с уплотнительной поверхностью.

Способы изготовления фланцев и колец: ковка, штамповка, метод кислородной и плазменно-дуговой резки, допускаются и другие способы изготовления.

Преимущества фланцев ГОСТ 12822 80

Особенности крепления фланцев (кольцо приваривается, а фланец просто надевается на трубу) обеспечивают удобную работу с частями и легкий монтаж трубопровода.

Фланцы ГОСТ 12822 80 можно использовать для трубопроводов, которые подвержены коррозии. В этом случае заменяются только фланцы, а части трубопровода, еще не подверженные коррозии, нет.

Фланцы ГОСТ 12822 80 легко крепить за счет их свободного вращения, это позволяет выровнять отверстия для болтов фланца, который находится на противоположном конце трубы.

Фланцы ГОСТ 12822 80 не соприкасаются со средами трубопровода, поэтому не подвергаются коррозии, а значит, возможно их повторное использование даже после замены труб.

Фланец из стали С255 толщиной 20мм. Насколько обязательно испытывать сталь по ГОСТ 28870?

Друзья!
Имеется ферма, изготовленная из двух полуферм. Стык полуферм выполнен на фланцах.
Материал фланцев - сталь С255 (Ст3сп5) толщиной 20мм.

Есть мнение , что при толщине листов менее 25мм НЕ возникает риск появления слоистого разрушения (п.13.3 СП 16.13330.2011).

Такой же подход обозначен в украинских нормах ДБН В.2.6-163:2010 пункт 1.2.1.7: Листовой прокат толщиной 25мм и более для элементов, работающих в направлении толщины проката, а также прокат толщиной 40мм и более, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 28870 по свойствам в направлении толщины проката."

Прошу высказать свое мнение по таким вопросам:
1. Нужно ли проводить испытание листа 20мм на относительное сужение по ГОСТ 28870?
2. Нужно ли проводить для листа 20мм ультразвуковой контроль для подтверждения нерасслоения листа после сварки фасонок?

Согласно СП 16.13330.2011 пункт 15.2.5 " следует соблюдать требования по Z-свойствам к материалам поясов ферм (см. 13.5)." И всё! Точка!
Так что ваш лист должен быть проверен по ГОСТ 28870 уже только потому, что из него изготовят деталь пояса фермы.

2. Нужно ли проводить для листа 20мм ультразвуковой контроль для подтверждения нерасслоения листа после сварки фасонок?

Нужно. Тем более, что вам всё равно придется выполнять контроль сварных швов физическими методами, см. СП 53-101-98 "Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций".

Leonid555
Если следовать вашей логике, то пояса из квадратных труб с толщиной стенки 5-6мм также нужно проверять по Z-свойствам.
Но ГОСТ 28870 предполагает испытание стали при толщине от 15мм. Поэтому для испытания стали поясов фермы нет методической основы в виде ГОСТ. К чему тогда требование СП 16.13330.2011 пункт 15.2.5?

Обратите внимание, что п. 13.5 напрямую связан с п.13.3, в котором проблемной сталью считается сталь толщиной от 25мм.
Может все таки испытывать сталь толщиной 20мм по ГОСТ 28870 не нужно?

По вопросу ультразвукового контроля готового фланца - соглашусь. Спасибо за ссылку на СП 53-101-98.

Если следовать пункту 13.3 СП 16.13330.2011, то для листа до 25мм из низколигированной и до 40мм углеродистой стали нет риска появления слоистого разрушения. Следовательно, по СП 16.13330.2011 предъявлять требования к свойствам в направлении толщины проката нет необходимости, хотя по факту риск слоистого разрушения такого проката есть (видимо разработчики норм считают такой уровень риска приемлемым):

Если следовать вашей логике, то пояса из квадратных труб с толщиной стенки 5-6мм также нужно проверять по Z-свойствам.
Но ГОСТ 28870 предполагает испытание стали при толщине от 15мм. Поэтому для испытания стали поясов фермы нет методической основы в виде ГОСТ. К чему тогда требование СП 16.13330.2011 пункт 15.2.5?

В составе пояса фермы могут быть детали с толщинами проката 15 мм и больше. Вот их и проверяйте по ГОСТ 28870. А все что тоньше 15 мм можете не проверять, т.к. в ГОСТ 28870 это не предусмотрено.

Обратите внимание, что п. 13.5 напрямую связан с п.13.3, в котором проблемной сталью считается сталь толщиной от 25мм.

В пункте 13.3 речь идет о любых конструкциях. Для поясов ферм требования более жесткие - см. пункт 15.2.5.

Береженого Бог бережет, а НЕ береженого конвой стережет!

ZVV
Откуда таблица, которую вы привели?

Leonid555
Обратите внимание на то, что я вопрос задаю как раз по фланцу из стали С255 (Ст3сп).
Кроме того, согласно таблице, приведенной ZVV, легированная сталь 09Г2С обладает худшими Z-свойствами, чем горечекатанная сталь Ст3сп.
Может поэтому СП16 разрешает применение стали С255 во фланцах?

По испытанию стали толщиной 20мм я скорее склонен провести испытания по ГОСТ 28870
А вот по стали толщиной менее 15мм вы согласны, что испытания не требуются? Ведь ГОСТ 28870 не предусматривает испытание листов менее 15мм только потому, что из более тонкого металла невозможно изготовить испытуемую деталь, а не потому что сталь толщиной 14мм более надежная, чем сталь толщиной 15мм.

- Z-свойство характеризует только пластичность при разрыве образца, ничего не говоря о напряжениях, при которых происходит этот разрыв. У 09Г2С эти напряжения значительно выше, поэтому нельзя однозначно сказать, что для фланца 09Г2С хуже или лучше Ст3сп .

Аналогичные разрушения сварных соединений классифицируются как ламиллярные трещины или слоистое растрескивание. В некоторых работах отмечается, что слоистое растрескивание является основным дефектом сварных современных конструкций. Слоистое разрушение развивается с малой энергоемкостью по микровязкому «ямочному» механизму.
При электронномикроскопическом анализе на дне неглубоких ямок хорошо видны неметаллические включения, в первую очередь сульфиды марганца.

Так что 2% марганца, это оказывается палка о двух концах, если применяется недостаточно совершенная технология плавки стали.

А вот по стали толщиной менее 15мм вы согласны, что испытания не требуются? Ведь ГОСТ 28870 не предусматривает испытание листов менее 15мм

Да, для проката толщиной менее 15 мм испытания не требуются. Раз ГОСТ 28870 не предусматривает испытания проката толщиной менее 15 мм, вот и не испытывайте.
В принципе можно испытывать лист толщиной от 12 мм. Для этого делают сварные образцы. См Рекомендации из поста 5.

СТО 02494680-0056-2007 Слоистое разрушение сварных соединений строительных стальных конструкций. Требования при проектировании, изготовлении и монтаже

Наверно не за горами, когда СП 294.1325800.2017 внесут в список обязательных для применения, там поинтереснее, и про дефекты следующий пункт 12.3.5
Кстати, в СП16. 2017 уже так

Представляю, сколько криков будет. С355 плавят не все (возможно, что один), а С390 жуткий дефицит. Причем С390 -- это тоже новая сталь. Старая С390-1.

Друзья!
Думаю, что после того, как СП 294.1325800.2017 станет обязательным, изготавливать конструкции с фланцевыми соединениями будут только очень смелые заводы.

В СП записано, что проверку мех свойств стали в направлении толщины проката осуществляет завод-изготовитель МК.
На базах-поставщиках стали творится бардак и там не отличат сталь С255 от С355. Им вся сталь на одно лицо, а сертификаты на сталь там - просто бумажка, которую почему-то просят некоторые нудные клиенты. Кстати, недавно дали сертификат на сталь, изготовленную в Челябинской области. А когда я пришел в цех, то там на листе было записано краской "Made in Ukraine".

Какой дурак будет на себя брать такой головняк?

За головняк заплатит потребитель. Крупный ЗМК разницы не почувствует. Мелкие шараги будут прикрываться сертификатами соответствия.

нужно взять сертификат у металлобазы на 09Г2С, сравнить с химсоставом для С355. Скорее всего он подойдет. Вот вам и С355 - покупайте

Почувствует и еще как.
Общался с одним товарисчем с металлопрокатного. Если у них есть заказ, скажем, на 14Г2АФ с Z25 - они поступают следующим образом.
После прокатки лист проверяют на Z-свойства. Если проходит - откладывают в сторону. Если не проходит - продают как просто лист. за несколько месяцев собирают партию и отправляют.
А теперь - внимание, вопрос! Куда будет девать "крупный ЗМК" листы 14Г2АФ, которые не прошли под Z-класс?
Или пусть не 14Г2АФ - а 09Г2С. Толщиной 30-40 мм?
И кол-во этих листов будет - десятки и сотни тонн. Одна тонна 30ки 09Г2С нонче 40 тыров стоит. Не дороговато будет набивать склад не прошедшими по Z листами 30-ки? Ее и девать-то особо некуда потом, в проектах нечасто мелькает.
Offtop: П.С. Размещали как-то заказ на металлопрокатном на 09Г2С с Z25. Свой вагон листа ждали полгода, пока они его наберут.

Скорее всего это будет С355-1. По крайней мере в ближайшие 2-3 года.

А теперь - внимание, вопрос! Куда будет девать "крупный ЗМК" листы 14Г2АФ, которые не прошли под Z-класс?

ЯТД. Крупный ЗМК вполне может позволить себе вложиться в вагон и подбирать заказы, которые другие не смогут выполнить именно потому, что не в состоянии купить наперёд.
Опять-таки, если у завода имеются в работе 09Г2С, можно определить, подходит он для фланца или нет. И если подходит, то отложить, а не подходит -- вернуть в дело.

Если глобально все окажется настолько печально, что с новыми нормами люди не смогут работать, будет расширен список сталей. В одной из первых редакций СП16.2017 был бо'льший список стали для фланцев, вероятно, пролоббировали меньший.

Как верно назначить марку стали для элементов стропильных ферм из гнутосварных профилей и фланцев растянутого пояса указанных ферм по ГОСТ 30245-2003 в соответствии с ГОСТ 27772-2015 и СП 16.13330.2011, включенный в перечень нормативных документов, обязательных к применению?

Речь идет о марке стали С345, которую запрещено принимать по пункту 5 таблицы 1 для толстолистового проката. Может ли для фланцев применяться С345-6, а для гнутосварных профилей С345-5 (в соответствии с пояснением ЦНИИСК по маркам стали при сравнении ГОСТов 1988 и 2015 годов)?

1. ГОСТ 27772-2015 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия», пришедший в 2016 году на замену ГОСТ 27772-88, является ссылочным нормативным документом в своде правил СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Актуализированная редакция. Стальные конструкции» (пункт 5.2 СП 16.13330.2011 включён в Перечень национальных стандартов и сводов правил, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений»), поэтому требование примечания 5 к таблице 1 пункта 5.1.3 ГОСТ 27772-2015 о запрете применения в строительных конструкциях толстолистового проката из стали С345 с 01.01.2018 необходимо выполнять, соответственно запрет распространяется и на сталь С345-5.

2. Пункты 14.1.1 - 14.1.4 СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования» гласят:

«14.1.1 Материал профилей назначается в соответствии с ГОСТ 30245-2012 «Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. Технические условия» и СП 16.13330.2011. Профили изготовляются из листовой горячекатаной стали, поставляемой в рулонах: углеродистой общего назначения толщиной 4 мм и более по ГОСТ 14637-89 «Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия»; толщиной 3 мм по ГОСТ 16523-97 «Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения»; низколегированной толщиной 4 мм и более по ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия» и толщиной 3 мм по ГОСТ 17066-94 «Прокат тонколистовой из стали повышенной прочности. Технические условия».

14.1.2 Для монтажных фланцевых узлов растянутых поясов применяются высокопрочные болты по ГОСТ 32484.3-2013 «EN 14399-3:2005 Болтокомплекты высокопрочные для предварительного натяжения конструкционные. Система HR - комплекты шестигранных болтов и гаек».

14.1.3 Для фланцев растянутых поясов применяется толстолистовая горячекатаная термообработанная сталь марки 14Г2АФ, расчетное сопротивление которой в направлении толщины проката принимается равным Rth= 275 МПа (2800 кгс/см2). Изготовление фланцев из других марок низколегированных сталей, применяемых для строительства, осуществляется только с проверкой механических свойств стали в направлении толщины проката (см. пункт 3.6 Пособия к СНиП II-23-81* и таблицу 3 пункта 6.1 СП 16.13330.2011 - прим.).

14.1.4 Расчётные сопротивления гнутосварных профилей следует принимать по СП 16.13330.2011. Следует учитывать повышение предела текучести материала за счёт упрочнения зон изгиба».

Расчётное сопротивление стали С 345 в направлении толщины проката менее 275 Мпа, поэтому марки этой стали и по этой причине не могут быть применены для изготовления фланцев растянутых поясов стропильных ферм.

Читайте также: