Zajištění kvality vysokotlakých ocelových trubek T91
Ocel T91 je nový typ martenzitické žáruvzdorné oceli vyvinutý americkou národní laboratoří pro sloní hřebeny a laboratoří metalurgických materiálů americké společnosti spalovací techniky. Na bázi oceli 9Cr1MoV snižuje obsah uhlíku, přísně omezuje obsah síry a fosforu a přidává malé množství vanadu a niobu pro legování.
Třída oceli bezešvé ocelové trubky T91 odpovídající oceli T91 je x10crmovnnb91 v Německu, hcm95 v Japonsku a tuz10cdvnb0901 ve Francii.
Obsah prvku
S < 0,01
Si 0,20-0,50
Cr 8,00-9,50
Po 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni < 0,40
Každý slitinový prvek v oceli T91 hraje roli zpevnění tuhého roztoku, disperzního zpevnění a zlepšení odolnosti oceli proti oxidaci a korozi. Konkrétní analýza je následující.
①Uhlík je nejzřetelnějším prvkem zpevňování pevného roztoku v oceli. S nárůstem obsahu uhlíku roste krátkodobá pevnost oceli a klesá plasticita a houževnatost. U martenzitické oceli, jako je T91, zvýšení obsahu uhlíku urychlí sféroidizaci a agregaci karbidu, urychlí redistribuci slitinových prvků a sníží svařitelnost, odolnost proti korozi a oxidaci oceli. Proto žáruvzdorná ocel obecně chce snížit obsah uhlíku. Pokud je však obsah uhlíku příliš nízký, pevnost oceli se sníží. Ve srovnání s ocelí 12Cr1MoV je obsah uhlíku v oceli T91 snížen o 20 %, což je určeno komplexním zvážením vlivu výše uvedených faktorů.
②Ocel T91 obsahuje stopové množství dusíku a role dusíku se odráží ve dvou aspektech. Na jedné straně hraje roli zpevnění pevného roztoku. Rozpustnost dusíku v oceli při pokojové teplotě je velmi malá. V procesu ohřevu svařování a tepelného zpracování po svařování dojde postupně v tepelně ovlivněné zóně oceli T91 po svařování k rozpouštění tuhého VN a procesu precipitace: austenitická struktura vytvořená v tepelně ovlivněné zóně během ohřevu svařování zvyšuje obsah dusíku v důsledku rozpouštění VN a následně se zvyšuje stupeň přesycení v normální teplotní struktuře. Při následném tepelném zpracování po svařování dochází k jemnému vysrážení VN, což zvyšuje stabilitu mikrostruktury a zlepšuje trvalou pevnost tepelně ovlivněné zóny. Na druhou stranu ocel T91 obsahuje také malé množství A1. Dusík s ním může tvořit A1N. A1N se rozpustí v matrici pouze tehdy, když je nad 1100 ℃ a znovu se vysráží při nižší teplotě, což může mít dobrý účinek na zpevnění disperze.
③Přidáním chrómu se má zlepšit především odolnost vůči oxidaci a korozi žáruvzdorné oceli. Když je obsah chrómu menší než 5 %, začne prudce oxidovat při 600 ℃, zatímco když je obsah chrómu do 5 %, má dobrou odolnost proti oxidaci. Ocel 12Cr1MoV má dobrou odolnost proti oxidaci pod 580 ℃ a hloubka koroze je 0,05 mm / A. při 600 ℃ se výkon začíná zhoršovat a hloubka koroze je 0,13 mm / A. Obsah chrómu T91 lze zvýšit na přibližně 9 % a provozní teplota může dosáhnout 650 ℃. Hlavním opatřením je rozpustit více chrómu v matrici.
④Vanad a niob jsou silné prvky tvořící karbid. Po přidání mohou tvořit jemné a stabilní slitinové karbidy s uhlíkem, který má silný disperzní zpevňující účinek.
⑤ Molybden se přidává hlavně ke zlepšení tepelné pevnosti oceli a hraje roli zpevnění tuhého roztoku.
Finální tepelné zpracování T91 je normalizační + vysokoteplotní temperování. Normalizační teplota je 1040 ℃, doba výdrže není kratší než 10 minut, teplota temperování je 730 ~ 780 ℃ a doba výdrže není kratší než 1 hodina. Mikrostruktura po konečném tepelném zpracování je temperovaný martenzit.
Pevnost v tahu oceli T91 při pokojové teplotě ≥ 585 MPa, mez kluzu při pokojové teplotě ≥ 415 MPa, tvrdost ≤ 250 Hb, prodloužení (standardní kruhový vzorek s roztečí 50 mm) ≥ 20 %, dovolená hodnota napětí [ σ] 650℃= 30 MPa.
Podle vzorce uhlíkového ekvivalentu doporučeného mezinárodní svářečskou společností je uhlíkový ekvivalent T91
Je vidět, že T91 má špatnou svařitelnost.
Ocel T91 má velkou tendenci k praskání za studena a za určitých podmínek je náchylná k opožděným prasklinám. Proto musí být svarový spoj temperován do 24 hodin po svařování. Mikrostruktura T91 po svaření je deskový a pásový martenzit, který lze po temperování změnit na temperovaný martenzit a jeho vlastnosti jsou lepší než deskový a pásový martenzit. Když je teplota popouštění nízká, účinek popouštění není zřejmý a svarový kov snadno stárne a křehne; Pokud je popouštěcí teplota příliš vysoká (přesahuje linii AC1), může být spoj znovu austenitizován a v následném ochlazovacím procesu znovu vytvrzen. Současně, jak již bylo zmíněno dříve v tomto článku, je třeba vzít v úvahu vliv vrstvy změkčování spoje při stanovení teploty popouštění. Obecně řečeno, teplota popouštění T91 je 730 ~ 780 ℃.
Doba temperovací konstantní teploty T91 po svařování nesmí být kratší než 1 h, aby byla zajištěna úplná přeměna jeho struktury na temperovaný martenzit.
Aby se snížilo zbytkové napětí ocelového svarového spoje T91, musí být rychlost chlazení řízena na méně než 5 ℃ / min. Proces svařování oceli T91 je znázorněn na obrázku 3.
Předehřejte 200 ~ 250 ℃; ② Svařování, teplota mezivrstvy 200 ~ 300 ℃; ③ Chlazení po svařování rychlostí 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ po dobu 1 hodiny; ⑤ Temperování při 730 ~ 780 ℃ po dobu 1 hodiny; ⑥ Chladit rychlostí ne vyšší než 5 ℃ / min.
T91 Steel spoléhá na princip legování, zejména přidání malého množství stopových prvků, jako je niob a vanad. Jeho pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti oxidaci jsou výrazně lepší ve srovnání s ocelí 12 cr1mov, ale jeho svařovací výkon je špatný.
Zkouška kolíkem ukazuje, že ocel T91 má velkou tendenci k praskání za studena. Výběr předehřevu 200 ~ 250 ℃ a teploty mezivrstvy 200 ~ 300 ℃ může účinně zabránit trhlinám za studena.
T91 musí být ochlazen na 100 ~ 150 ℃ po dobu 1 hodiny před tepelným zpracováním po svařování; Teplota temperování 730 ~ 780 ℃, doba výdrže ne méně než 1 h.
Výše uvedený proces svařování byl aplikován na výrobní a výrobní praxi 200 MW a 300 MW kotlů s uspokojivými výsledky a velkými ekonomickými přínosy.
