Zabezpečenie kvality vysokotlakových oceľových rúr T91
Oceľ T91 je nový typ martenzitickej žiaruvzdornej ocele vyvinutý americkým národným laboratóriom pre chov slonov a laboratóriom metalurgických materiálov americkej spoločnosti spaľovacieho inžinierstva. Na báze ocele 9Cr1MoV znižuje obsah uhlíka, prísne obmedzuje obsah síry a fosforu a pridáva malé množstvo vanádu a nióbu na legovanie.
Trieda ocele pre bezšvíkové oceľové rúry T91 zodpovedajúce oceli T91 je x10crmovnnb91 v Nemecku, hcm95 v Japonsku a tuz10cdvnb0901 vo Francúzsku.
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 legovaný prvok v oceli T91 hrá úlohu spevnenia tuhého roztoku, disperzného spevnenia a zlepšenia odolnosti ocele voči oxidácii a korózii. Konkrétna analýza je nasledovná.
①Uhlík je najzrejmejším prvkom spevňovania tuhých roztokov v oceli. S nárastom obsahu uhlíka sa zvyšuje krátkodobá pevnosť ocele a znižuje sa plasticita a húževnatosť. V prípade martenzitickej ocele, ako je T91, zvýšenie obsahu uhlíka urýchli sféroidizáciu a agregáciu karbidu, urýchli redistribúciu prvkov zliatiny a zníži zvárateľnosť, odolnosť voči korózii a odolnosť ocele voči oxidácii. Žiaruvzdorná oceľ preto vo všeobecnosti chce znížiť obsah uhlíka. Ak je však obsah uhlíka príliš nízky, pevnosť ocele sa zníži. V porovnaní s oceľou 12Cr1MoV je obsah uhlíka v oceli T91 znížený o 20 %, čo je určené komplexným zvážením vplyvu vyššie uvedených faktorov.
②Oceľ T91 obsahuje stopové množstvo dusíka a úloha dusíka sa odráža v dvoch aspektoch. Na jednej strane zohráva úlohu posilnenia pevného roztoku. Rozpustnosť dusíka v oceli pri izbovej teplote je veľmi malá. V procese zahrievania zváraním a tepelného spracovania po zváraní sa v tepelne ovplyvnenej zóne ocele T91 po zváraní postupne vyskytnú VN tuhé roztoky a proces zrážania: austenitická štruktúra vytvorená v tepelne ovplyvnenej oblasti počas zahrievania zváraním zvyšuje obsah dusíka v dôsledku rozpúšťanie VN a následne sa zvyšuje stupeň presýtenia v normálnej teplotnej štruktúre. Pri následnom tepelnom spracovaní po zváraní dochádza k jemnému precipitácii VN, čo zvyšuje stabilitu mikroštruktúry a zlepšuje trvalú pevnosť tepelne ovplyvnenej zóny. Na druhej strane oceľ T91 obsahuje aj malé množstvo A1. Dusík s ním môže vytvárať A1N. A1N sa rozpustí v matrici iba vtedy, keď je nad 1100 ℃ a znova sa vyzráža pri nižšej teplote, čo môže mať dobrý účinok na zosilnenie disperzie.
③Pridanie chrómu je hlavne na zlepšenie odolnosti voči oxidácii a korózii žiaruvzdornej ocele. Keď je obsah chrómu nižší ako 5 %, začne prudko oxidovať pri 600 ℃, zatiaľ čo pri obsahu chrómu do 5 %, má dobrú odolnosť voči oxidácii. Oceľ 12Cr1MoV má dobrú odolnosť proti oxidácii pod 580 ℃ a hĺbka korózie je 0,05 mm / A. pri 600 ℃ sa výkon začína zhoršovať a hĺbka korózie je 0,13 mm / A. Obsah chrómu T91 sa môže zvýšiť na približne 9% a prevádzková teplota môže dosiahnuť 650 ℃. Hlavným opatrením je rozpustenie väčšieho množstva chrómu v matrici.
④Vanád a niób sú silné karbidotvorné prvky. Po pridaní môžu vytvárať jemné a stabilné zliatinové karbidy s uhlíkom, ktorý má silný disperzný spevňovací účinok.
⑤ Molybdén sa pridáva hlavne na zlepšenie tepelnej pevnosti ocele a zohráva úlohu spevnenia tuhého roztoku.
Finálne tepelné spracovanie T91 je normalizačné + popúšťanie pri vysokej teplote. Normalizačná teplota je 1040 ℃, doba zdržania nie je kratšia ako 10 minút, teplota temperovania je 730 ~ 780 ℃ a doba zdržania nie je kratšia ako 1 h. Mikroštruktúra po konečnom tepelnom spracovaní je temperovaný martenzit.
Pevnosť v ťahu ocele T91 pri izbovej teplote ≥ 585 MPa, medza klzu pri izbovej teplote ≥ 415 MPa, tvrdosť ≤ 250 Hb, predĺženie (štandardná kruhová vzorka s rozchodom 50 mm) ≥ 20 %, prípustná hodnota napätia [σ] 650℃= 30 MPa.
Podľa vzorca uhlíkového ekvivalentu odporúčaného medzinárodnou zváračskou spoločnosťou je uhlíkový ekvivalent T91
Je vidieť, že T91 má zlú zvárateľnosť.
Oceľ T91 má veľkú tendenciu k praskaniu za studena a za určitých podmienok je náchylná na oneskorené praskanie. Preto musí byť zvarový spoj temperovaný do 24 hodín po zváraní. Mikroštruktúra T91 po zváraní je doskový a pásový martenzit, ktorý sa po temperovaní môže zmeniť na temperovaný martenzit a jeho vlastnosti sú lepšie ako doskový a pásový martenzit. Keď je teplota popúšťania nízka, účinok popúšťania nie je zrejmý a zvarový kov ľahko starne a krehne; Ak je teplota popúšťania príliš vysoká (presahuje líniu AC1), môže byť spoj opäť austenitizovaný a opäť vytvrdený v nasledujúcom procese chladenia. Zároveň, ako už bolo spomenuté v tomto článku, vplyv vrstvy zmäkčovania spoja by sa mal brať do úvahy pri určovaní teploty popúšťania. Všeobecne povedané, teplota popúšťania T91 je 730 ~ 780 ℃.
Čas temperovacej konštantnej teploty T91 po zváraní nesmie byť kratší ako 1 h, aby sa zabezpečila úplná premena jeho štruktúry na temperovaný martenzit.
Aby sa znížilo zvyškové napätie oceľového zváraného spoja T91, rýchlosť chladenia musí byť regulovaná na menej ako 5 ℃ / min. Proces zvárania ocele T91 je znázornený na obrázku 3.
Predhrejte 200 ~ 250 ℃; ② Zváranie, teplota medzivrstvy 200 ~ 300 ℃; ③ Chladenie po zváraní s rýchlosťou 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ počas 1 hodiny; ⑤ Temperovanie pri 730 ~ 780 ℃ počas 1 hodiny; ⑥ Chladenie rýchlosťou nie vyššou ako 5 ℃ / min.
Oceľ T91 je založená na princípe legovania, najmä pridaním malého množstva stopových prvkov, ako je niób a vanád. Jeho pevnosť pri vysokej teplote a odolnosť proti oxidácii sú výrazne lepšie v porovnaní s oceľou 12 cr1mov, ale jeho zvárací výkon je slabý.
Skúška kolíkov ukazuje, že oceľ T91 má veľký sklon k praskaniu za studena. Výber predhrievania 200 ~ 250 ℃ a teploty medzivrstvy 200 ~ 300 ℃ môže účinne zabrániť prasklinám za studena.
T91 musí byť ochladený na 100 ~ 150 ℃ počas 1 hodiny pred tepelným spracovaním po zváraní; Teplota temperovania 730 ~ 780 ℃, doba výdrže nie kratšia ako 1 h.
Vyššie uvedený proces zvárania bol aplikovaný vo výrobe a výrobnej praxi 200 MW a 300 MW kotlov s uspokojivými výsledkami a veľkými ekonomickými výhodami.
