ASTM A105: 碳钢易于的综合指南

1. 介绍

ASTM A105 是针对的关键规范 碳钢字子 用于压力管道系统.

它定义了机械属性需求（而不是精确的化学），用于伪造的组件，例如法兰, 配件, 和阀.

首次出版于20世纪中叶, A105通过标准化关键工业和能源领域基础设施的锻造材料来解决铸钢固有的可靠性问题.

宽恕提供了比演员的几个优势: 密集, 均匀的微观结构; 上谷物流; 缺乏孔隙和收缩腔; 和较高的疲劳阻力.

这些特征使A105宽恕对于高压必不可少的, 组件故障不可接受的高温系统.

2. ASTM A105的范围和关键要求

ASTM A105是由ASTM International发布的标准规范, 机械的, 以及制造要求 锻造碳钢管件.

它是使用最广泛的 碳钢 在管道和压力容器行业中锻造规格.

ASTM A105的范围

ASTM A105适用于 宽恕, 锻造的酒吧, 和 锻件 由 碳钢, 主要用于用于 压力系统 在 周围的- 中等温度的服务. 这些组件包括:

• 法兰 (ASME B16.5, B16.47)
• 阀门和阀体
• 管配件 (肘部, T恤, 还原器, 耦合)
• 压力容器喷嘴
• 轴, 戒指, 和其他自定义施工零件

虽然适合最多425°C的服务 (800°f), A105是 不建议用于低温应用 (通常低于–29°C或–20°F) 除非补充影响测试 (每个ASTM A350) 应用.

允许的产品形式

规范涵盖:

• 宽恕: 由锤击产生的形组件, 紧迫, 或滚动
• 锻造的酒吧: 通常用于加工组件的圆形或方形条
• 锻件: 包括ASME B16.11或MSS-SP-79/83/95的插座焊接和螺纹类型
• 锻造法兰: 每个ASME B16.5和类似的压力级尺寸

加工或完成的零件必须在尺寸和机械上符合相关代码 (例如。, ASME第VIII部分或B31.3).

化学成分要求

ASTM A105定义了严格的化学限制以确保一致性和所需的机械性能.

3. 冶金基本面

ASTM A105的微结构, 经过适当的锻造和热处理后, 由 铁矿和珠光体 - 一个均衡的矩阵，可提供强度和延展性.

铁矿 (柔软的, 延性铁) 提供韧性, 而珠光体 (铁矿中的层片碳化物) 贡献力量.

• 碳的角色: 这 0.25% 最大碳极限确保珠光体形成而不会过多 (fe₃c), 这会导致脆弱.
  较高的碳增加硬度，但降低了影响电阻.
• 锰的影响力: 锰 (0.60–1.05％) 稳定珠光体, 完善其结构并提高拉伸强度.
  它还通过形成MN夹杂物来减轻硫的有害影响, 比FES的破坏力较小.
• 细化谷物: 钒 (在场时) 并控制锻造温度促进罚款, 均匀的晶粒 (ASTM晶粒尺寸5–8), 增强韧性和抗疲劳性.

4. ASTM A105碳钢的机械性能和性能

ASTM A105碳钢易于设计，以满足严格的机械属性要求，在压力系统（例如管道）中必不可少, 阀, 和法兰.

这些属性确保结构完整性, 对机械应力的抗性, 和苛刻环境中的耐用性.

关键机械性能 (室温)

这些值是在标准归一化或标准化和脾气的条件下实现的.

根据服务要求，可能会承受压力或受控的淬火和响应.

影响韧性和延性

尽管ASTM A105不需要在室温下进行冲击测试, 材料通常显示好 Charpy V-Notch冲击值, 特别是当归一化或标准化时 + 纠正:

• 20°C的典型冲击能量: ≥27–40 j
• 如果需要低温服务, 影响测试的变体 (例如。, ASTM A350 LF2) 推荐使用

良好的延展性和伸长率使A105拟合适合具有振动的环境, 热循环, 或压力脉动.

疲劳和蠕变性能

ASTM A105主要用于非高度温度环境, 但是由于其铁氧体 - 绿星岩结构，它表现出足够的抗疲劳和热膨胀疲劳性:

• 疲劳强度 (大约): 270–300 MPA，用于10⁷周期
• 不适合上面的长时间服务 427 °C (800 °f), 由于可能发生蠕变和石墨化

硬度和磨损

在归一化条件下ASTM A105的硬度通常从 140 到 180 HBW, 适用于标准的含压组件. 为了增强耐磨性:

• 案例硬化 (渗碳或硝化物) 可以应用
• 诱导硬化 用于局部磨损区域，例如法兰密封面或阀杆

5. ASTM A105碳钢的锻造过程

锻造是产生ASTM A105碳钢成分的基础过程，该过程可以承受极端的机械应力和环状压力.

两种主要的锻造技术 - 开放 和 闭合锻造 - 根据零件大小选择, 复杂, 体积, 并需要表现.

开放式锻造

开放式锻造是一种多功能且传统的锻造过程，在平坦或略微轮廓模具之间压缩了加热的金属方块.

变形通过重复打击或挤压逐渐发生, 允许金属在没有严重几何约束的情况下流动.

此技术在需要大规模的应用中擅长, 定制形状的组件具有出色的谷物结构连续性.

它具有冶金优势，例如精致的谷物流量和降低的缺陷浓度，同时容纳了对封闭模具不切实际的高吨位工件.

典型的ASTM A105应用程序:

• 锻造的轴和条
• 压力容器的脖子
• 块, 光盘, 和轮毂

闭合锻造 (印象死了)

闭合锻造涉及将加热的坯料放入模具腔中，以反映最终组成部分的形状.

在锤子或按下的高压下, 金属流动以填补整个印象. 多余的材料形式“闪光”, 后来修剪.

此过程对于具有可重复形状和紧密公差的精确组件的大规模生产高度有效.

它提供了针对零件几何形状量身定制的出色尺寸准确性和谷物对齐方式 - 尤其在压力级管道零件和法兰连接方面非常有益.

典型的ASTM A105应用程序:

• 管法兰 (例如。, 焊接脖子, 插座焊缝, 瞎的)
• 锻造阀和T恤配件
• 油 & 气连接点和耦合

比较表: 开放式与. 闭合锻造

6. 热处理 & ASTM A105碳钢的应力浮雕

热处理是ASTM A105碳钢疑问的关键后锻造过程, 在确保所需的机械性能时, 维稳定性, 和结构完整性.

标准化

目的:

• 完善谷物结构
• 增强微观结构的均匀性
• 提高韧性和维度一致性

过程:

ASTM A105疑问通常通过供暖到 890–950°C (1630–1740°F) 并保持足够长的时间以允许完整的重结晶和均匀化, 其次是空气冷却.

淬火和回火 (选修的)

目的:

• 增加力量和硬度
• 控制重型应用的韧性

过程:

宽恕被授予 860–900°C (1580–1650°F), 在水或油中迅速淬火, 然后恢复原状 540–700°C (1000–1290°F) 恢复延展性并降低脆性.

缓解压力

目的:

• 减少锻造或加工的内部残留应力
• 改善服务过程中的尺寸稳定性

过程:

通常是通过加热到 595–675°C (1100–1250°F) 并持有1-2个小时，具体取决于部分厚度, 然后在静止的空气或炉子中慢慢冷却.

7. ASTM A105碳钢的加工和后处理操作

锻造和热处理后, ASTM A105组件需要精确 加工和整理 满足尺寸公差, 表面质量, 和功能规范.

此阶段对于确保与管道系统的兼容性至关重要, 压力边界, 和行业标准，例如ASME B16.5或API 6A.

加工特征

物质行为:

• A105字子, 特别是当标准化时, 提供温和 硬度 (120–187 HBW) 很好 芯片形成.
• 自由手机添加剂 (例如。, 铅或硫) 通常不添加, 所以 工具磨损必须管理 采用适当的策略.

典型的加工操作:

• 数控车削: 用于法兰面, 集线器, 和密封表面.
• CNC钻探/无聊: 申请螺栓孔, 阀门, 和喷嘴的脖子.
• 数控铣削: 用于配件上的平面或加工配置文件.
• 线程: NPT或BSPT线在配件或法兰上使用单点或模具头工具.

推荐的加工参数 (粗糙指南)

手术后整理

加工后, 伪造的A105零件进行完成操作，以满足性能和视觉规格:

表面处理:

• 射击或腌制 去除比例尺和锻造氧化物
• 抛光 或打磨 用于密封表面 (ra≤ 3.2 μm)

Deburring:

• 清除锋利的边缘或毛刺, 特别是在气门孔和法兰孔中, 避免流动破坏和组装损坏.

标记:

• 永久标记 (热数, 尺寸, 等级) 每个ASTM A105, ASME, 或使用dot peening或冲压的客户规格.

维度检查和质量控制

锻造零件在尺寸上针对详细的机械图和适用的法兰或拟合标准检查.

常见检查方法:

• CMM (协调测量机) 对于关键的容忍领域
• 卡尺, 微米, 和线程仪 用于手动验证
• 硬度测试 验证遵守ASTM限制 (typ. ≤187HBW)

8. 腐蚀行为 & ASTM A105碳钢的保护措施

尽管ASTM A105碳钢以其出色的机械性能和成本效益而闻名, 它本质上没有强烈的耐腐蚀性, 特别是在侵略性或潮湿的环境中.

ASTM A105的腐蚀特性

ASTM A105是 普通碳钢, 和所有非合金钢, 这是 容易受到一般和局部腐蚀的影响, 特别是当暴露于水分时, 氯化物, 酸, 或温度升高.

典型的腐蚀模式:

ASTM A105的保护措施

减轻腐蚀风险, 特别是在恶劣的环境中, 使用各种表面保护和材料设计策略.

涂料和油漆系统

热浸镀锌

• 提供 牺牲保护 通过应用Zn层 (typ. 80–120μm厚)
• 适用于A105螺栓, 法兰, 或接触室外或海洋环境的配件
• 有效长达〜200°C; 避免使用高温蒸汽服务

内部衬里和覆层

• 内部的 橡胶或PTFE衬里 用于化学或磨石浆处理
• 不锈钢覆层 (例如。, SS 304L或316L) 通过爆炸或焊接键合高风险工艺线

阴极保护 (CP)

• 印象深刻的电流或牺牲阳极用于掩埋或淹没系统
• 在石油中常见 & 防止关节和焊接区域腐蚀的气管管道

物质升级

• 对于极具腐蚀性的环境, 用 ASTM A350 LF2, A182 F11/F22, 或者 不锈钢等级 可能是必要的

9. ASTM A105碳钢字子的常见应用

ASTM A105碳钢是压力管道和气门工业中使用的最广泛使用的锻造材料之一, 韧性, 可工作性, 和负担能力.

油 & 天然气行业

油 & 天然气行业代表了ASTM A105疑问的最大消费者之一.

该材料特别适合暴露于高压和周期应力的组件, 但不是极端腐蚀或低温条件.

和成本效益. 以下是关键组件及其典型功能:

法兰

• 焊缝法兰: 高压, 高温管道连接.
• 盲法: 关闭管道或阀门的末端以进行压力测试或维护.
• 滑动 & 插座焊接法兰: 在不太关键的服务线路中使用了易于安装的优先级.

配件

• 肘部 & T恤: 在高压条件下的直接和拆分管道流.
• 还原器 & 耦合: 连接不同尺寸的管道并吸收热应力或机械应力.
• 工会: 快速断开管道组件中维护的连接.

阀 & 阀成分

• 闸阀主体: 用于高压传输系统中的ON/OFF流量控制.
• 地球 & 检查阀体: 用于流程线中的流量调节和预防回流.
• 引擎盖 & 掩盖字子: 在内部压力下为阀组件提供结构强度.

井口 & 钻孔组件

• 钻孔 & 适配器: 萃取过程中吸收极端载荷和压力飙升.
• 法兰连接器: 防风井和钻井设备之间的接口.
• 套管头 & 管挂: 支撑管琴弦在井完成中.

管道组件

• 歧管块: 集中多个过程线以控制和分配.
• 高压连接器: 在上游和中游操作中安全加入管道.

石化植物

• 高压蒸汽线法兰
• 过程阀体 (非腐蚀性化学物质)
• 反应堆喷嘴托运
• 热交换器和塔的管道连接器

发电 (热的 & 核)

• 锻造压力容器喷嘴
• 给水线中的法兰适配器
• 辅助管道系统中的阀体和盖

水处理和工业管道

• 泵外壳
• 管道维修配件
• 大容量服务管道中的法兰和锻造T恤

结构和机械系统

• 机械组件中的轴和轮毂
• 转子安装座和锻造耦合
• 结构框架中的锚板和支撑项圈

习俗和OEM疑问

由于其良好的可加工性和可高效性, ASTM A105经常在 定制工程的字子 对于OEM (原始设备制造商), 特别是对于阀制造商, 管道系统集成器, 和滑雪模块设计师.

组件包括:

• 引擎盖字子
• 大喷嘴和还原的托运
• 仪器歧管块和适配器

11. 与替代材料进行比较

12. 结论

ASTM A105锻造碳钢仍然是可靠的, 压力组件（例如法兰和阀体）的成本效益选择.

其平衡的机械性能, 易于制造, 和全球标准合规性使其成为石化等行业的中流型, 活力, 和基础设施.

当较高的耐腐蚀性, 低零韧性, 或需要升高温度性能, 合金钢或 不锈钢 应该考虑.

用于通用压力应用, A105继续提供优越的性能融合, 质量, 和价值.

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常见问题解答

什么是ASTM A105?

ASTM A105是主要用于制造管道组件（如法兰）, 配件, 和阀, 设计用于承受适度和高温服务.

可以焊接ASTM A105疑问吗?

是的, ASTM A105字子具有良好的焊接性. 对于较厚的部分，可能需要预热和受控后的热处理以减轻残留应力并避免破裂.

ASTM A105与ASTM A182合金钢疑问相比如何?

ASTM A182合金钢托运通常提供更高的强度, 更好的耐腐蚀性, 与ASTM A105碳钢易于的高温性能和优越的高温性能, 但是以较高的材料成本.

什么是ASTM A105等于?

ASTM A105大致等于EN 10222-2 1.0460 和JIS SCM435钢等级, 共享类似的化学成分和碳钢易于的机械特性.

什么是ASME A105材料?

ASME A105是指ASTM A105覆盖的同一碳钢锻造材料, 标准化用于在ASME锅炉和压力容器代码下进行压力容器和管道应用.

ASTM A36和A105有什么区别?

ASTM A36是一种结构性碳钢，主要用于建筑和一般结构目的.

相比之下, ASTM A105是一种专门设计用于压压组件（例如法兰和阀）的锻造级, 提供更高的韧性和更严格的机械性能要求.