Марка стали сама по себе не определяет, при какой температуре можно применять фланец. В таблице 11 ГОСТ 33259-2015 у одной и той же марки разные границы в зависимости от вида заготовки и категории листа. В статье сведены температурные диапазоны сталей 20, 09Г2С и 12Х18Н10Т, ограничения плоских фланцев и требования к крепежу.
Коротко:
- Материал фланцев выбирает проектная организация или заказчик по давлению, температуре, среде и стали привариваемых труб (п. 7.9.1 ГОСТ 33259-2015). Рекомендации приведены в таблице 11.
- Сталь 20 в поковках по ГОСТ 8479 работает от −40 до +475 °C, в листе по ГОСТ 1577 — от −20 до +475 °C.
- У 09Г2С из поковок КП245 и листа ГОСТ 5520 категории 15 диапазон от −70 до +475 °C. У листа ГОСТ 19281 категории 12 он от −40 °C, а у листов категорий 3–9 верхний предел снижается до +200 °C.
- Сталь 12Х18Н10Т в поковках по ГОСТ 25054 и листе по ГОСТ 7350 допускается от −270 до +610 °C.
- Плоские фланцы типов 01–04 применяют при температуре не выше +300 °C и числе циклов нагружения меньше 2000. Их нельзя ставить в средах, вызывающих коррозионное растрескивание (п. 7.10 ГОСТ 33259-2015).
- При PN выше 25 или температуре выше +300 °C нужен воротниковый фланец типа 11, какую бы сталь ни выбрали (п. 7.10 ГОСТ 33259-2015).
Три марки закрывают основную часть задач. Сталь 20 подходит для воды, пара и нейтральных сред в умеренном климате. 09Г2С выбирают для холодных регионов и нефтегазовых объектов. 12Х18Н10Т — для коррозионных и пищевых сред, криогенных и высоких температур.
Какие температуры допускает ГОСТ 33259 для сталей 20, 09Г2С и 12Х18Н10Т
Температурный диапазон фланца зависит от марки стали, вида заготовки и категории листа. Значения для трёх марок по таблице 11 ГОСТ 33259-2015 в редакции изменения № 1:
| Марка | Заготовка и НД | Температура, °C |
|---|---|---|
| 20 | поковки по ГОСТ 8479 | от −40 до +475 |
| лист по ГОСТ 1577 | от −20 до +475 | |
| 09Г2С | поковки КП245 (КП25) по ГОСТ 8479 | от −70 до +475 |
| лист по ГОСТ 5520, категория 15 | от −70 до +475 | |
| лист по ГОСТ 19281, категория 12 | от −40 до +475 | |
| лист по ГОСТ 5520, категории 7, 8, 9; лист по ГОСТ 19281, категории 7, 15 | от −70 до +200 | |
| лист по ГОСТ 5520, категория 6 | от −40 до +200 | |
| лист по ГОСТ 19281, категория 4 | от −40 до +200 | |
| лист по ГОСТ 5520, категории 3, 5; лист по ГОСТ 19281, категория 3 | от −30 до +200 | |
| 12Х18Н10Т | поковки по ГОСТ 25054, лист по ГОСТ 7350 | от −270 до +610 |
Отсюда главный вывод для спецификации. Запись «фланец 09Г2С» без вида заготовки может означать нижнюю границу и −70 °C, и −30 °C, а «сталь 20» — и −40 °C, и −20 °C. Поэтому в разных справочниках для одной марки встречаются разные цифры, и все они верны для своей заготовки.
Для ряда 1 таблица допускает изготовление фланцев из круглого и квадратного проката по НД на поставку соответствующей марки (примечание 1 к таблице 11).
Когда тип фланца важнее марки стали
Плоские фланцы типов 01–04 ограничены температурой +300 °C, циклическими нагрузками и коррозионным растрескиванием независимо от материала. В этих условиях и при PN выше 25 нужен воротниковый тип 11 (п. 7.10 ГОСТ 33259-2015).
| Условие работы | Какой фланец нужен |
|---|---|
| Температура выше +300 °C | тип 11 |
| PN выше 25 | тип 11 |
| Число циклов нагружения 2000 и более | тип 11 |
| Среда вызывает коррозионное растрескивание | тип 11 |
| Вредные вещества 1–3 классов опасности и пожаровзрывоопасные среды при PN ≤ 10 | фланцы на PN 16 |
Последнее требование тоже содержится в п. 7.10: если такой трубопровод рассчитан на PN 10 и ниже, фланцы для него всё равно берут на PN 16. Сталь 12Х18Н10Т с её верхней границей +610 °C не снимает ограничение +300 °C для плоского фланца. В горячей линии нужен воротниковый фланец.
На холоде ограничение касается крепежа. Ниже −40 °C соединение собирают только на шпильках (п. 7.6.1 ГОСТ 32569-2013), а шпильки из стали 20 и 25 ниже этой температуры не применяют. Какие марки крепежа подходят для мороза, показано в разделе о стали крепежа.
Какую сталь выбрать по условиям работы
Марку подбирают по минимальной и максимальной температуре стенки, агрессивности среды и стали трубы. Типовые варианты:
| Условия работы | Марка | Заготовка |
|---|---|---|
| Вода, пар, нейтральные среды; минимум −20 °C | 20 | лист ГОСТ 1577 или поковка |
| То же; минимум −40 °C | 20 | поковка по ГОСТ 8479 |
| Холодный климат до −70 °C, нефть, газ | 09Г2С | поковка КП245 или лист ГОСТ 5520 категории 15 |
| До −40 °C при температуре среды до +475 °C | 09Г2С | лист ГОСТ 19281 категории 12 |
| Коррозионные и пищевые среды, криогеника, температура до +610 °C | 12Х18Н10Т | поковка ГОСТ 25054 или лист ГОСТ 7350 |
Сталь фланца согласуют со сталью трубы, к которой его приваривают (п. 7.9.1 ГОСТ 33259-2015).
Какие ещё марки допускает ГОСТ 33259
Кроме трёх ходовых марок, таблица 11 ГОСТ 33259-2015 включает ещё два десятка сталей. Чаще других в проектах встречаются следующие:
| Марка | Заготовка и НД | Температура, °C | Где применяют |
|---|---|---|---|
| Ст3сп не ниже 2-й категории | поковки по ГОСТ 8479; лист по ГОСТ 14637 | от −30 до +300; от −20 до +300 | неответственные трубопроводы до PN 100 |
| 20К | лист по ГОСТ 5520; поковки по ГОСТ 8479 | от −20 до +475; от −30 до +475 | котельная сталь, аналог стали 20 для листовых заготовок |
| 10Г2 | поковки по ГОСТ 8479 | от −70 до +475 | замена 09Г2С для холодного климата |
| 17Г1С | лист по ГОСТ 5520 | от −40 до +475 | трубопроводы из труб 17Г1С |
| 17ГС | лист по ГОСТ 5520; лист по ГОСТ 19281 | от −40 до +475; от −30 до +475 | то же для труб 17ГС |
| 15Х5М | лист, сортовой прокат, поковки | от −40 до +650 | горячие нефтепродукты, установки нефтепереработки |
| 10Х17Н13М2Т | поковки по ГОСТ 25054; лист по ГОСТ 7350 | от −253 до +700 | среды с хлоридами и кислотами, где 12Х18Н10Т недостаточно |
Температуры взяты из таблицы 11 ГОСТ 33259-2015 в редакции изменения № 1. Для углеродистых сталей и 10Х17Н13М2Т предельное давление в таблице — PN 250.
Зарубежные аналоги сталей для фланцев
Фланцы по EN 1092-1 и ASME B16.5 изготавливают из марок по европейским и американским стандартам. Близкие по составу марки помогают сопоставить документы, но не заменяют друг друга автоматически.
| Марка по ГОСТ | Ближайший аналог EN | Ближайший аналог AISI | Оговорка |
|---|---|---|---|
| 20 | C22, 1.0402 | 1020 | близки по составу; ударная вязкость при отрицательной температуре не гарантирована |
| 09Г2С | прямого аналога нет | прямого аналога нет | по прочности близка к S355, но химический состав и требования к испытаниям другие |
| 12Х18Н10Т | X6CrNiTi18-10, 1.4541 | 321 | обе стали стабилизированы титаном |
| 10Х17Н13М2Т | X6CrNiMoTi17-12-2, 1.4571 | 316Ti | молибден повышает стойкость к хлоридам |
Температурные границы из таблицы 11 ГОСТ 33259 относятся только к маркам по ГОСТ с заготовками по указанным НД. Для фланца из 1.4541 или 321 границы применения берут из стандарта, по которому он изготовлен.
Можно ли приварить нержавеющий фланец к углеродистой трубе
Можно, но это сварка разнородных сталей, и требования к ней жёстче обычных. ГОСТ 33259 требует выбирать сталь фланца с учётом стали привариваемой трубы (п. 7.9.1). Если проект допускает разнородное соединение, его выполняют по отдельной технологии сварки.
Проблемы такого шва известны. Коэффициенты расширения аустенитной и углеродистой стали отличаются примерно в полтора раза, поэтому при циклическом нагреве в шве растут напряжения. Углерод из перлитной стали мигрирует в зону сплавления и снижает её стойкость при длительном нагреве. Поэтому на практике чаще ставят фланец из той же стали, что и труба. Если нужна нержавеющая уплотнительная поверхность, разнородный шов переносят в заводские условия, на переходный патрубок.
Какой крепёж нужен к фланцу из каждой стали
Крепёж делают из стали того же структурного класса, что и фланец (п. 7.9.3 ГОСТ 33259-2015). Минимальное соответствие по таблице 12:
| Сталь фланца | Сталь шпилек |
|---|---|
| 20 | 35, 30Х, 35Х, 40Х; 20 и 25 — только до PN 25 |
| 09Г2С, 10Г2 | 09Г2С, 10Г2 |
| 12Х18Н10Т | 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т |
Пределы температуры и давления для каждой марки крепежа, условия для аустенитного фланца с углеродистыми шпильками и расчёт длины шпилек собраны в статье «Болты и шпильки для фланцев».
Вопросы и ответы
Чем фланец 09Г2С лучше фланца из стали 20?
Нижней границей температуры: до −70 °C у поковок против −40 °C у стали 20. Верхний предел у обеих марок одинаковый — +475 °C.
До какой минимальной температуры работает фланец из стали 20?
До −40 °C, если он изготовлен из поковки по ГОСТ 8479, и до −20 °C, если из листа по ГОСТ 1577.
Можно ли применять плоский фланец 09Г2С при −60 °C?
По материалу — да, если заготовка — поковка КП245 или лист ГОСТ 5520 категории 15. Соединение собирают на шпильках из 09Г2С или 10Г2, а при PN выше 25 нужен тип 11.
Можно ли приварить фланец 12Х18Н10Т к трубе из стали 20?
Да, если это разрешает проект и сварку выполняют по отдельной технологии для разнородных сталей. Чаще фланец подбирают из той же стали, что и труба, а разнородный шов переносят на заводской переходный патрубок.
Почему плоский фланец из 12Х18Н10Т нельзя ставить на горячую линию +400 °C?
Плоские фланцы типов 01–04 ограничены температурой +300 °C независимо от материала. Для +400 °C нужен воротниковый тип 11.
Чем заменить 09Г2С для работы при −70 °C?
Сталью 10Г2 в поковках по ГОСТ 8479. По таблице 11 ГОСТ 33259 у неё тот же диапазон, от −70 до +475 °C.
Какой зарубежный аналог у стали 12Х18Н10Т?
AISI 321 и EN 1.4541. Это близкие по составу стали, но допустимые параметры применения берут из стандарта, по которому изготовлен фланец.
Вывод
Температурный диапазон фланца по таблице 11 ГОСТ 33259 зависит не только от марки, но и от вида заготовки. Сталь 20 работает от −40 °C в поковке и от −20 °C в листе, 09Г2С — от −70 °C в поковке КП245 и листе категории 15, 12Х18Н10Т — от −270 до +610 °C. Плоские фланцы ограничены температурой +300 °C, давлением PN 25, циклическими нагрузками и коррозионным растрескиванием, поэтому в таких условиях нужен тип 11. Крепёж выбирают того же структурного класса, что и фланец, с учётом ограничений по давлению из таблицы 12.
Нормативные документы
- ГОСТ 33259-2015. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250
- ГОСТ 32569-2013. Трубопроводы технологические стальные. Требования к устройству и эксплуатации на взрывопожароопасных и химически опасных производствах
