T91 korkeapaineteräsputkien laadunvarmistus
T91-teräs on uudenlainen martensiittisen lämmönkestävä teräs, jonka ovat kehittäneet American National Elephant ridge Laboratory ja amerikkalaisen polttotekniikan yrityksen Metallurgical Materials Laboratory. 9Cr1MoV-teräksen pohjalta se vähentää hiilipitoisuutta, rajoittaa tiukasti rikki- ja fosforipitoisuutta ja lisää seostukseen pienen määrän vanadiinia ja niobiumia.
T91-terästä vastaavan saumattoman T91-teräsputken teräslaatu on x10crmovnnb91 Saksassa, hcm95 Japanissa ja tuz10cdvnb0901 Ranskassa.
Elementin sisältö
S ≤ 0,01
Si 0,20-0,50
Kr 8.00-9.50
ma 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Jokaisella T91 Steelin seosaineelementillä on kiinteän liuoksen vahvistamisen, dispersion vahvistamisen ja teräksen hapettumisenkestävyyden ja korroosionkestävyyden parantamisen rooli. Tarkka analyysi on seuraava.
①Hiili on ilmeisin elementti kiinteän liuoksen vahvistamisessa teräksessä. Hiilipitoisuuden kasvaessa teräksen lyhytaikainen lujuus kasvaa ja plastisuus ja sitkeys heikkenevät. Martensiittisten terästen, kuten T91, hiilipitoisuuden lisääminen nopeuttaa karbidin sferoidisoitumista ja aggregaatiota, nopeuttaa seosaineelementtien uudelleenjakautumista ja vähentää teräksen hitsattavuutta, korroosionkestävyyttä ja hapettumisenkestävyyttä. Siksi lämmönkestävä teräs haluaa yleensä vähentää hiilipitoisuutta, mutta jos hiilipitoisuus on liian alhainen, teräksen lujuus heikkenee. 12Cr1MoV-teräkseen verrattuna T91-teräksen hiilipitoisuus on laskenut 20 %, mikä määräytyy ottamalla kokonaisvaltaisesti huomioon edellä mainittujen tekijöiden vaikutus.
②T91-teräs sisältää hivenen typpeä, ja typen rooli näkyy kahdessa suhteessa. Toisaalta se toimii kiinteän ratkaisun vahvistajana. Typen liukoisuus teräkseen huoneenlämpötilassa on hyvin pieni. Hitsauksen kuumennuksessa ja hitsin jälkeisessä lämpökäsittelyssä VN-kiinteä liuos ja saostusprosessi tapahtuu peräkkäin T91 Steelin hitsauksen jälkeisellä lämpövaikutteisella vyöhykkeellä: hitsauksen kuumentamisen aikana lämpövaikutusvyöhykkeelle muodostuva austeniittinen rakenne lisää typpipitoisuutta. VN:n liukeneminen ja sitten ylikyllästysaste normaalissa lämpötilarakenteessa kasvaa. Myöhemmässä hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä syntyy hienojakoista VN-saostumista, mikä lisää mikrorakenteen stabiilisuutta ja parantaa lämpövaikutusalueen kestävää lujuutta. Toisaalta T91-teräs sisältää myös pienen määrän A1:tä. Typpi voi muodostaa sen kanssa A1N:ää. A1N liukenee matriisiin vasta kun se on yli 1100 ℃ ja saostuu uudelleen alemmassa lämpötilassa, millä voi olla hyvä dispersiota vahvistava vaikutus.
③Kromin lisääminen on tarkoitettu pääasiassa lämmönkestävän teräksen hapettumisenkestävyyden ja korroosionkestävyyden parantamiseen. Kun kromipitoisuus on alle 5%, se alkaa hapettua voimakkaasti 600 ℃:ssa, kun taas kromipitoisuus on enintään 5%, sillä on hyvä hapettumisenkestävyys. 12Cr1MoV-teräksellä on hyvä hapettumisenkestävyys alle 580 ℃, ja korroosiosyvyys on 0,05 mm / A. 600 ℃:ssa suorituskyky alkaa heikentyä ja korroosiosyvyys on 0,13 mm / A. T91:n kromipitoisuus voidaan nostaa noin arvoon 9% ja käyttölämpötila voi olla 650 ℃. Tärkein toimenpide on liuottaa enemmän kromia matriisiin.
④Vanadiini ja niobium ovat vahvoja kovametallia muodostavia alkuaineita. Lisäyksen jälkeen ne voivat muodostaa hienoja ja stabiileja metalliseoskarbideja hiilen kanssa, jolla on voimakas dispersiota vahvistava vaikutus.
⑤ Molybdeenia lisätään pääasiassa parantamaan teräksen lämpölujuutta ja toimimaan kiinteän liuoksen vahvistajana.
T91:n viimeinen lämpökäsittely on normalisointi + korkealämpötilakarkaisu. Normalisointilämpötila on 1040 ℃, pitoaika on vähintään 10 minuuttia, karkaisulämpötila on 730 ~ 780 ℃ ja pitoaika on vähintään 1 h. Viimeisen lämpökäsittelyn jälkeinen mikrorakenne on karkaistua martensiittia.
T91-teräksen vetolujuus huoneenlämpötilassa ≥ 585 MPa, myötöraja huoneenlämpötilassa ≥ 415 MPa, kovuus ≤ 250 Hb, venymä (vakiopyöreä näyte 50 mm:n mittaetäisyydellä) ≥ 20 %, sallittu jännitysarvo [ σ] 650 ℃= 30 MPa.
Kansainvälisen hitsausyhdistyksen suositteleman hiiliekvivalenttikaavan mukaan T91:n hiiliekvivalentti on
Voidaan nähdä, että T91:llä on huono hitsattavuus.
T91-teräksellä on suuri taipumus kylmähalkeamiseen ja se on altis viivästyneelle halkeilulle tietyissä olosuhteissa. Siksi hitsausliitos on karkaistava 24 tunnin kuluessa hitsauksesta. T91:n mikrorakenne hitsauksen jälkeen on levy- ja nauhamartensiittia, joka voidaan muuttaa karkaisun jälkeen karkaistuksi martensiitiksi, ja sen ominaisuudet ovat ylivoimaiset kuin levy- ja nauhamartensiitti. Kun karkaisulämpötila on alhainen, karkaisuvaikutus ei ole ilmeinen, ja hitsausmetalli on helppo ikääntyä ja haurastua; Jos karkaisulämpötila on liian korkea (ylittää AC1-rajan), liitos voidaan austenitisoida uudelleen ja kovettaa uudelleen seuraavassa jäähdytysprosessissa. Samaan aikaan, kuten tässä artikkelissa aiemmin mainittiin, karkaisulämpötilaa määritettäessä tulee huomioida sauman pehmennyskerroksen vaikutus. Yleisesti ottaen T91:n karkaisulämpötila on 730 ~ 780 ℃.
T91:n karkaisuvakiolämpötila-aika hitsauksen jälkeen ei saa olla alle 1 h, jotta varmistetaan sen rakenteen täydellinen muuttuminen karkaistuksi martensiitiksi.
T91-teräksisen hitsausliitoksen jäännösjännityksen vähentämiseksi jäähdytysnopeutta on säädettävä alle 5 ℃ / min. T91-teräksen hitsausprosessi voidaan esittää kuvassa 3.
Esilämmitä 200 ~ 250 ℃; ② Hitsaus, välikerroksen lämpötila 200 ~ 300 ℃; ③ Jäähdytys hitsauksen jälkeen, nopeudella 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ 1 tunnin ajan; ⑤ Karkaisu 730 ~ 780 ℃ 1 tunnin ajan; ⑥ Jäähdytä nopeudella, joka ei ylitä 5 ℃ / min.
T91 Steel perustuu seostusperiaatteeseen, erityisesti lisäämällä pieniä määriä hivenaineita, kuten niobiumia ja vanadiinia. Sen korkean lämpötilan lujuus ja hapettumisenkestävyys ovat huomattavasti parantuneet verrattuna 12 cr1mov -teräkseen, mutta sen hitsausteho on heikko.
Tappitesti osoittaa, että T91-teräksellä on suuri taipumus kylmähalkeamiseen. Valitsemalla esilämmitys 200 ~ 250 ℃ ja välikerroksen lämpötila 200 ~ 300 ℃ voidaan tehokkaasti estää kylmähalkeilu.
T91 on jäähdytettävä 100 ~ 150 ℃:een 1 tunnin ajaksi ennen hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä; Karkaisulämpötila 730 ~ 780 ℃, pitoaika vähintään 1 h.
Yllä olevaa hitsausprosessia on sovellettu 200 MW:n ja 300 MW:n kattiloiden valmistukseen ja tuotantokäytäntöihin tyydyttävin tuloksin ja suurella taloudellisella hyödyllä.
