Asigurarea calității țevilor de oțel de înaltă presiune T91
Oțelul T91 este un nou tip de oțel martensitic rezistent la căldură dezvoltat de Laboratorul American National Elephant Ridge și Laboratorul de Materiale Metalurgice al companiei americane de inginerie cu ardere. Pe baza oțelului 9Cr1MoV, reduce conținutul de carbon, limitează strict conținutul de sulf și fosfor și adaugă o cantitate mică de vanadiu și niobiu pentru aliere.
Calitatea de oțel a țevii de oțel fără sudură T91 corespunzătoare oțelului T91 este x10crmovnnb91 în Germania, hcm95 în Japonia și tuz10cdvnb0901 în Franța.
Conținutul elementului
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
Cr 8,00-9,50
Mo 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Fiecare element de aliaj din oțelul T91 joacă rolul de consolidare a soluției solide, de întărire a dispersiei și de îmbunătățire a rezistenței la oxidare și a rezistenței la coroziune a oțelului. Analiza specifică este următoarea.
①Carbonul este cel mai evident element de consolidare a soluției solide din oțel. Odată cu creșterea conținutului de carbon, rezistența pe termen scurt a oțelului crește, iar plasticitatea și duritatea scade. Pentru oțelul martensitic, cum ar fi T91, creșterea conținutului de carbon va accelera sferoidizarea și agregarea carburii, va accelera redistribuirea elementelor de aliaj și va reduce sudabilitatea, rezistența la coroziune și rezistența la oxidare a oțelului. Prin urmare, oțelul rezistent la căldură dorește în general să reducă conținutul de carbon. Cu toate acestea, dacă conținutul de carbon este prea scăzut, rezistența oțelului va fi redusă. În comparație cu oțelul 12Cr1MoV, conținutul de carbon al oțelului T91 este redus cu 20%, ceea ce este determinat de luarea în considerare cuprinzătoare a influenței factorilor de mai sus.
②Oțelul T91 conține urme de azot, iar rolul azotului se reflectă în două aspecte. Pe de o parte, joacă rolul de consolidare a soluției solide. Solubilitatea azotului în oțel la temperatura camerei este foarte mică. În procesul de încălzire prin sudare și tratamentul termic post sudare, soluția solidă VN și procesul de precipitare vor avea loc succesiv în zona afectată de căldură post sudare a oțelului T91: structura austenitică formată în zona afectată de căldură în timpul încălzirii sudării crește conținutul de azot datorită dizolvarea VN, iar apoi gradul de suprasaturare în structura normală a temperaturii crește, În tratamentul termic ulterior sudură, există o precipitare fină de VN, care crește stabilitatea microstructurii și îmbunătățește rezistența de durată a zonei afectate de căldură. Pe de altă parte, oțelul T91 conține și o cantitate mică de A1. Azotul poate forma A1N cu el. A1N este dizolvat în matrice numai atunci când este peste 1100 ℃ și precipită din nou la o temperatură mai scăzută, ceea ce poate juca un efect bun de întărire a dispersiei.
③Adăugarea de crom este în principal pentru a îmbunătăți rezistența la oxidare și rezistența la coroziune a oțelului rezistent la căldură. Când conținutul de crom este mai mic de 5%, începe să se oxideze violent la 600 ℃, în timp ce atunci când conținutul de crom este de până la 5%, are o rezistență bună la oxidare. Oțelul 12Cr1MoV are o rezistență bună la oxidare sub 580 ℃, iar adâncimea la coroziune este de 0,05 mm / A. la 600 ℃, performanța începe să se deterioreze, iar adâncimea la coroziune este de 0,13 mm / A. Conținutul de crom al T91 poate fi crescut la aproximativ 9% și temperatura de serviciu poate ajunge la 650 ℃. Principala măsură este de a dizolva mai mult crom în matrice.
④Vanadiul și niobiul sunt elemente puternice care formează carburi. După adăugare, pot forma carburi de aliaj fine și stabile cu carbon, care are un efect puternic de întărire a dispersiei.
⑤ Molibdenul este adăugat în principal pentru a îmbunătăți rezistența termică a oțelului și pentru a juca rolul de consolidare a soluției solide.
Tratamentul termic final al T91 este normalizarea + revenirea la temperatură ridicată. Temperatura de normalizare este de 1040 ℃, timpul de menținere nu este mai mic de 10 minute, temperatura de revenire este de 730 ~ 780 ℃ și timpul de menținere nu este mai mic de 1 oră. Microstructura după tratamentul termic final este martensită temperată.
Rezistența la tracțiune a oțelului T91 la temperatura camerei ≥ 585 MPa, limită de curgere la temperatura camerei ≥ 415 MPa, duritate ≤ 250 Hb, alungire (probă circulară standard cu distanță de 50 mm) ≥ 20%, valoare admisibilă a tensiunii [ σ] 650℃= 30 MPa.
Conform formulei de echivalent carbon recomandată de societatea internațională de sudare, echivalentul de carbon al lui T91 este
Se poate observa că T91 are o sudabilitate slabă.
Oțelul T91 are o mare tendință de fisurare la rece și este predispus la fisurare întârziată în anumite condiții. Prin urmare, îmbinarea sudată trebuie călită în 24 de ore după sudare. Microstructura lui T91 după sudare este martensită de plăci și bandă, care poate fi schimbată în martensită călită după revenire, iar proprietățile sale sunt superioare martensitei de plăci și bandă. Când temperatura de revenire este scăzută, efectul de revenire nu este evident, iar metalul de sudură este ușor de îmbătrânit și fragilizat; Dacă temperatura de revenire este prea mare (depășind linia AC1), îmbinarea poate fi din nou austenită și întărită din nou în procesul de răcire ulterior. În același timp, așa cum sa menționat mai devreme în această lucrare, influența stratului de înmuiere a îmbinărilor trebuie luată în considerare în determinarea temperaturii de revenire. În general, temperatura de revenire a lui T91 este de 730 ~ 780 ℃.
Timpul de temperatură constantă a T91 după sudare nu trebuie să fie mai mic de 1 oră, astfel încât să se asigure transformarea completă a structurii sale în martensită călită.
Pentru a reduce stresul rezidual al îmbinării sudate din oțel T91, viteza de răcire trebuie controlată mai puțin de 5 ℃ / min. Procesul de sudare a oțelului T91 poate fi prezentat în Figura 3.
Preîncălziți 200 ~ 250 ℃; ② Sudarea, temperatura interstratului 200 ~ 300 ℃; ③ Răcire după sudare, cu o viteză de 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ timp de 1 oră; ⑤ Revenirea la 730 ~ 780 ℃ timp de 1 oră; ⑥ Răciți la o viteză care nu este mai mare de 5 ℃ / min.
Oțelul T91 se bazează pe principiul alierei, în special adăugând o cantitate mică de oligoelemente, cum ar fi niobiul și vanadiul. Rezistența la temperaturi ridicate și rezistența la oxidare sunt mult îmbunătățite în comparație cu oțelul 12 cr1mov, dar performanța sa de sudare este slabă.
Testul cu știfturi arată că oțelul T91 are o mare tendință de fisurare la rece. Selectarea preîncălzirii 200 ~ 250 ℃ și a temperaturii interstratului 200 ~ 300 ℃ poate preveni eficient fisurarea la rece.
T91 trebuie răcit la 100 ~ 150 ℃ timp de 1 oră înainte de tratamentul termic post sudare; Temperatura de temperare 730 ~ 780 ℃, timp de menținere nu mai puțin de 1 oră.
Procesul de sudare de mai sus a fost aplicat în practica de fabricație și producție a cazanelor de 200 MW și 300 MW, cu rezultate satisfăcătoare și beneficii economice mari.
