Zapewnienie jakości rur stalowych wysokociśnieniowych T91
Stal T91 to nowy rodzaj martenzytycznej stali żaroodpornej opracowany przez amerykańskie laboratorium National Elephant ridge oraz Metallurgical Materials Laboratory amerykańskiej firmy zajmującej się inżynierią spalania. Na bazie stali 9Cr1MoV redukuje zawartość węgla, ściśle ogranicza zawartość siarki i fosforu oraz dodaje niewielką ilość wanadu i niobu do stopowania.
Gatunek stali rury stalowej bez szwu T91 odpowiadający stali T91 to x10crmovnnb91 w Niemczech, hcm95 w Japonii i tuz10cdvnb0901 we Francji.
Zawartość elementu
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
8.00-9.50
Po 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Wartość 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤ 0,40
Każdy pierwiastek stopowy w T91 Steel pełni rolę wzmocnienia roztworu stałego, wzmocnienia dyspersji oraz poprawy odporności na utlenianie i korozję stali. Szczegółowa analiza jest następująca.
①Węgiel jest najbardziej oczywistym elementem umacniania roztworu stałego w stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta krótkotrwała wytrzymałość stali oraz maleje plastyczność i wiązkość. W przypadku stali martenzytycznej, takiej jak T91, wzrost zawartości węgla przyspieszy sferoidyzację i agregację węglików, przyspieszy redystrybucję pierwiastków stopowych oraz zmniejszy spawalność, odporność na korozję i utlenianie stali. Dlatego stal żaroodporna na ogół chce zmniejszyć zawartość węgla, jednak jeśli zawartość węgla jest zbyt niska, wytrzymałość stali zostanie zmniejszona. W porównaniu ze stalą 12Cr1MoV zawartość węgla w stali T91 jest obniżona o 20%, co określa się poprzez kompleksowe uwzględnienie wpływu powyższych czynników.
②Stal T91 zawiera śladowe ilości azotu, a rola azotu jest odzwierciedlona w dwóch aspektach. Z jednej strony pełni rolę wzmocnienia roztworu stałego. Rozpuszczalność azotu w stali w temperaturze pokojowej jest bardzo mała. W procesie nagrzewania spawania i obróbki cieplnej po spawaniu, w strefie wpływu ciepła po spawaniu stali T91 wystąpi sukcesywnie proces rozpuszczania VN i wytrącania: struktura austenityczna powstająca w strefie wpływu ciepła podczas nagrzewania spawania zwiększa zawartość azotu rozpuszczanie VN, a następnie wzrasta stopień przesycenia struktury w normalnej temperaturze. W późniejszej obróbce cieplnej po spawaniu następuje drobne wytrącanie VN, co zwiększa stabilność mikrostruktury i poprawia trwałość wytrzymałości strefy wpływu ciepła. Z drugiej strony stal T91 zawiera również niewielką ilość A1. Azot może z nim tworzyć A1N. A1N rozpuszcza się w matrycy dopiero przy temperaturze powyżej 1100℃ i ponownie wytrąca się w niższej temperaturze, co może odgrywać dobre działanie wzmacniające dyspersję.
③Dodanie chromu ma głównie na celu poprawę odporności na utlenianie i korozję stali żaroodpornej. Gdy zawartość chromu jest mniejsza niż 5%, zaczyna gwałtownie utleniać się przy 600 ℃, natomiast gdy zawartość chromu wynosi do 5%, ma dobrą odporność na utlenianie. Stal 12Cr1MoV ma dobrą odporność na utlenianie poniżej 580 ℃, a głębokość korozji wynosi 0,05 mm / A. przy 600 ℃ wydajność zaczyna się pogarszać, a głębokość korozji wynosi 0,13 mm / A. Zawartość chromu w T91 można zwiększyć do około 9%, a temperatura pracy może osiągnąć 650 ℃. Głównym środkiem jest rozpuszczenie większej ilości chromu w matrycy.
④Wanad i niob są pierwiastkami silnie węglikotwórczymi. Po dodaniu mogą tworzyć drobne i stabilne węgliki stopowe z węglem, który ma silne działanie wzmacniające dyspersję.
⑤ Molibden jest dodawany głównie w celu poprawy wytrzymałości cieplnej stali i pełni rolę wzmocnienia roztworu stałego.
Końcowa obróbka cieplna T91 to normalizacja + odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Temperatura normalizacji wynosi 1040 ℃, czas utrzymywania nie jest krótszy niż 10 minut, temperatura odpuszczania wynosi 730 ~ 780 ℃, a czas utrzymywania nie jest krótszy niż 1 godz. Mikrostruktura po końcowej obróbce cieplnej to odpuszczony martenzyt.
Wytrzymałość na rozciąganie stali T91 w temperaturze pokojowej ≥ 585 MPa, granica plastyczności w temperaturze pokojowej ≥ 415 MPa, twardość ≤ 250 Hb, wydłużenie (standardowa próbka kołowa z odległością pomiarową 50 mm) ≥ 20%, dopuszczalna wartość naprężenia [σ] 650℃= 30 MPa.
Zgodnie z formułą równoważnika węgla zalecaną przez międzynarodowe stowarzyszenie spawalnicze, ekwiwalent węgla T91 wynosi
Widać, że T91 ma słabą spawalność.
Stal T91 ma dużą skłonność do pękania na zimno i jest podatna na pękanie opóźnione w pewnych warunkach. Dlatego złącze spawane musi zostać odpuszczone w ciągu 24 godzin po spawaniu. Mikrostruktura T91 po spawaniu to martenzyt płytowy i taśmowy, który po odpuszczaniu można zmienić w martenzyt odpuszczany, a jego właściwości przewyższają martenzyt płytowy i taśmowy. Gdy temperatura odpuszczania jest niska, efekt odpuszczania nie jest oczywisty, a metal spoiny jest łatwy do starzenia i kruchości; Jeżeli temperatura odpuszczania jest zbyt wysoka (przekracza linię AC1), złącze można ponownie austenityzować i ponownie utwardzić w kolejnym procesie chłodzenia. Jednocześnie, jak wspomniano wcześniej w niniejszej pracy, przy wyznaczaniu temperatury odpuszczania należy uwzględnić wpływ warstwy miękniejącej spoiny. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura odpuszczania T91 wynosi 730 ~ 780 ℃.
Czas stałej temperatury odpuszczania T91 po spawaniu powinien być nie krótszy niż 1 h, aby zapewnić całkowitą przemianę jego struktury w odpuszczony martenzyt.
W celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych złącza spawanego ze stali T91 należy kontrolować szybkość chłodzenia poniżej 5℃/min. Proces spawania stali T91 pokazano na rysunku 3.
Rozgrzej 200 ~ 250 ℃; ② Spawanie, temperatura międzywarstwowa 200 ~ 300 ℃; ③ Chłodzenie po spawaniu, z prędkością 80 ~ 100 ℃/h; ④ 100 ~ 150 ℃ przez 1 godzinę; ⑤ Odpuszczanie w temperaturze 730 ~ 780 ℃ przez 1 godzinę; ⑥ Chłodzić z szybkością nie większą niż 5 ℃ / min.
T91 Steel opiera się na zasadzie tworzenia stopów, zwłaszcza dodawania niewielkiej ilości pierwiastków śladowych, takich jak niob i wanad. Jego wytrzymałość na wysokie temperatury i odporność na utlenianie są znacznie lepsze w porównaniu ze stalą 12 c1mov, ale jej wydajność spawania jest słaba.
Test pinów pokazuje, że stal T91 ma dużą tendencję do pękania na zimno. Wybór podgrzewania wstępnego 200 ~ 250 ℃ i temperatury międzywarstwowej 200 ~ 300 ℃ może skutecznie zapobiegać pękaniu na zimno.
T91 należy schłodzić do 100 ~ 150 ℃ przez 1 h przed obróbką cieplną po spawaniu; Temperatura odpuszczania 730 ~ 780 ℃, czas utrzymywania nie krótszy niż 1h.
Powyższy proces spawania został zastosowany w praktyce produkcyjnej i produkcyjnej kotłów 200 MW i 300 MW, z zadowalającymi wynikami i dużymi korzyściami ekonomicznymi.
