Le prestazioni delle flange in ambienti ad alta temperatura variano significativamente a seconda del materiale utilizzato, principalmente in termini di mantenimento della resistenza, resistenza all'ossidazione, resistenza allo scorrimento, stabilità termica e compatibilità con i fluidi. Di seguito è riportata un'analisi delle tipiche categorie di materiali:
1. Flange in acciaio al carbonio (ad esempio, Q235, acciaio 20#) – Scelta di base per temperature da basse a medie
Degradazione della resistenza ad alte temperature
Le flange in acciaio al carbonio sono tipicamente limitate a temperature inferiori a 425°C. Oltre 350°C, il loro limite di snervamento diminuisce significativamente (ad esempio, il limite di snervamento dell'acciaio 20# diminuisce da 245 MPa a temperatura ambiente a 180 MPa a 400°C). Sopra 450°C, si verifica la sferoidizzazione della perlite, che porta all'ingrossamento del grano e all'eventuale rottura per scorrimento.
Scarsa resistenza all'ossidazione
L'ossidazione rapida inizia sopra 300°C, formando uno strato Fe₃O₄ allentato. A 500°C, la velocità di ossidazione è cinque volte superiore rispetto a 300°C. L'esposizione a zolfo o vapore acqueo accelera ulteriormente la corrosione.
2. Flange in acciaio inossidabile austenitico (304/316, ecc.) – Preferite per la resistenza alla corrosione ad alta temperatura
Migliore resistenza alle alte temperature e resistenza all'ossidazione
L'acciaio inossidabile 304 può resistere fino a 870°C, mentre 316L (con molibdeno) mantiene una buona resistenza (limite di snervamento ≥ 120 MPa) al di sotto di 650°C.
Lo strato di ossido Cr₂O₃ (dal 18-20% di cromo) offre una resistenza all'ossidazione superiore (ad esempio, 90% in meno di velocità di ossidazione rispetto all'acciaio al carbonio a 800°C).
Rischi ad alta temperatura
Sensibilizzazione (450-850°C): La precipitazione di carburi può causare corrosione intergranulare (mitigata da trattamenti di stabilizzazione, ad esempio, acciaio inossidabile 321 con titanio).
Limitazioni allo scorrimento: Sopra 650°C, la deformazione per scorrimento accelera, richiedendo una riduzione dello stress ammissibile (ad esempio, 316L a 700°C ha solo il 15% della sua resistenza a temperatura ambiente).
3. Flange in acciaio duplex (2205, 2507, ecc.) – Convenienti per la corrosione ad alta temperatura
Prestazioni intermedie ad alta temperatura
L'acciaio duplex 2205 è utilizzabile fino a 300°C, mentre super duplex 2507 si estende a 350°C (limite di snervamento > 400 MPa a 300°C, due volte quello dell'acciaio inossidabile 304).
Oltre 350°C, la degradazione della fase ferritica accelera, riducendo la resistenza allo scorrimento più velocemente degli acciai austenitici.
4. Flange in acciaio al cromo-molibdeno (15CrMo, P91, ecc.) – Ideali per condizioni di alta temperatura e alta pressione
Maggiore resistenza e resistenza allo scorrimento
15CrMo (1-1,5% Cr, 0,5% Mo) funziona fino a 550°C (limite di snervamento > 200 MPa a 500°C).
P91 (9% Cr, 1% Mo) resiste a 650°C a lungo termine, con due volte la resistenza alla rottura per scorrimento di 15CrMo (ad esempio, 100 MPa contro 40 MPa a 600°C per 100.000 ore).
5. Flange in lega a base di nichel (Inconel 625, Hastelloy C-276, ecc.) – Soluzione definitiva per condizioni estreme
Prestazioni senza pari ad alta temperatura
Inconel 625 mantiene > 100 MPa di resistenza alla trazione a 1093°C.
Hastelloy C-276 resiste all'ossidazione fino a 1200°C, con una durata di scorrimento superiore a 100.000 ore (ad esempio, 5 volte più resistente di 316L a 800°C).
Resistenza alla corrosione complessa
L'alto contenuto di nichel (≥50%), cromo (20-30%) e molibdeno (10-16%) consente la resistenza a:
Ossidazione, corrosione sotto tensione e attacco intergranulare in ambienti aggressivi (ad esempio, 650°C gassificatori di carbone con H₂S/CO₂).
Adatto per 20+ anni di servizio in condizioni estreme come acido solforico ad alta temperatura o petrolio/gas ricco di zolfo.
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