Osiguranje kvalitete visokotlačne čelične cijevi T91
T91 čelik je nova vrsta martenzitnog čelika otpornog na toplinu koju su razvili američki nacionalni laboratorij slonova grebena i laboratorij za metalurške materijale američke tvrtke za inženjering izgaranja. Na bazi čelika 9Cr1MoV smanjuje sadržaj ugljika, strogo ograničava sadržaj sumpora i fosfora te dodaje malu količinu vanadija i niobija za legiranje.
Razred čelika bešavne čelične cijevi T91 koji odgovara čeliku T91 je x10crmovnnb91 u Njemačkoj, hcm95 u Japanu i tuz10cdvnb0901 u Francuskoj.
Sadržaj elementa
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
Svaki element legure u čeliku T91 ima ulogu jačanja čvrste otopine, disperzijskog ojačanja i poboljšanja otpornosti čelika na oksidaciju i koroziju. Konkretna analiza je sljedeća.
①Ugljik je najočitiji element ojačanja čvrstom otopinom u čeliku. S povećanjem sadržaja ugljika, kratkotrajna čvrstoća čelika raste, a plastičnost i žilavost opadaju. Za martenzitni čelik kao što je T91, povećanje sadržaja ugljika će ubrzati sferoidizaciju i agregaciju karbida, ubrzati preraspodjelu legiranih elemenata i smanjiti zavarljivost, otpornost na koroziju i otpornost na oksidaciju čelika. Stoga čelik otporan na toplinu općenito želi smanjiti sadržaj ugljika, međutim, ako je sadržaj ugljika prenizak, čvrstoća čelika će se smanjiti. U usporedbi s čelikom 12Cr1MoV, sadržaj ugljika u čeliku T91 smanjen je za 20%, što je određeno sveobuhvatnim razmatranjem utjecaja navedenih čimbenika.
②T91 čelik sadrži dušik u tragovima, a uloga dušika se ogleda u dva aspekta. S jedne strane, igra ulogu jačanja čvrste otopine. Topljivost dušika u čeliku na sobnoj temperaturi je vrlo mala. U procesu zagrijavanja zavarivanja i toplinske obrade nakon zavarivanja, kruta otopina VN i proces precipitacije će se sukcesivno javljati u zoni utjecaja topline nakon zavarivanja čelika T91: austenitna struktura nastala u zoni utjecaja topline tijekom zagrijavanja zavarivanja povećava sadržaj dušika zbog otapanje VN, a zatim se povećava stupanj prezasićenosti u strukturi normalne temperature. U naknadnoj toplinskoj obradi nakon zavarivanja dolazi do finog taloženja VN, što povećava stabilnost mikrostrukture i poboljšava trajnu čvrstoću zone zahvaćene toplinom. S druge strane, T91 čelik također sadrži malu količinu A1. Dušik s njim može formirati A1N. A1N se otapa u matrici tek kada je iznad 1100 ℃ i ponovno se taloži na nižoj temperaturi, što može imati dobar učinak jačanja disperzije.
③Dodavanje kroma je uglavnom za poboljšanje otpornosti na oksidaciju i otpornost na koroziju čelika otpornog na toplinu. Kada je sadržaj kroma manji od 5%, počinje snažno oksidirati na 600 ℃, dok kada je sadržaj kroma do 5%, ima dobru otpornost na oksidaciju. Čelik 12Cr1MoV ima dobru otpornost na oksidaciju ispod 580 ℃, a dubina korozije je 0,05 mm / A. na 600 ℃, performanse se počinju pogoršavati, a dubina korozije je 0,13 mm / A. Sadržaj kroma u T91 može se povećati na oko 9%, a radna temperatura može doseći 650 ℃. Glavna mjera je otapanje više kroma u matrici.
④Vanadij i niobij su jaki elementi koji tvore karbide. Nakon dodavanja, mogu formirati fine i stabilne legirane karbide s ugljikom, koji ima snažan učinak disperzijskog jačanja.
⑤ Molibden se uglavnom dodaje za poboljšanje toplinske čvrstoće čelika i igra ulogu jačanja čvrste otopine.
Završna toplinska obrada T91 je normalizacija + visokotemperaturno kaljenje. Temperatura normalizacije je 1040 ℃, vrijeme držanja nije manje od 10 min, temperatura kaljenja je 730 ~ 780 ℃, a vrijeme držanja nije manje od 1 h. Mikrostruktura nakon završne toplinske obrade je kaljeni martenzit.
Vlačna čvrstoća čelika T91 pri sobnoj temperaturi ≥ 585 MPa, granica popuštanja na sobnoj temperaturi ≥ 415 MPa, tvrdoća ≤ 250 Hb, istezanje (standardni kružni uzorak s razmakom od 50 mm) ≥ 20%, dopuštena vrijednost naprezanja [ σ] 650 ≃ 30 MPa.
Prema formuli ekvivalenta ugljika koju preporučuje međunarodno društvo za zavarivanje, ugljični ekvivalent T91 je
Vidi se da T91 ima lošu zavarljivost.
T91 čelik ima veliku sklonost hladnom pucanju i sklon je odgođenom pucanju pod određenim uvjetima. Stoga se zavareni spoj mora temperirati unutar 24 sata nakon zavarivanja. Mikrostruktura T91 nakon zavarivanja je martenzit ploča i traka, koji se nakon kaljenja može promijeniti u kaljeni martenzit, a njegova svojstva su superiornija od martenzita ploča i traka. Kada je temperatura kaljenja niska, učinak kaljenja nije očit, a metal šava lako stari i postaje krt; Ako je temperatura kaljenja previsoka (preko AC1 linije), spoj se može ponovno austenitizirati i ponovno očvrsnuti u naknadnom postupku hlađenja. Istodobno, kao što je već spomenuto u ovom radu, pri određivanju temperature otpuštanja treba uzeti u obzir utjecaj sloja za omekšavanje spojeva. Općenito govoreći, temperatura kaljenja T91 je 730 ~ 780 ℃.
Vrijeme konstantne temperature kaljenja T91 nakon zavarivanja ne smije biti kraće od 1 h, kako bi se osigurala potpuna transformacija njegove strukture u kaljeni martenzit.
Kako bi se smanjilo zaostalo naprezanje zavarenog spoja čelika T91, brzina hlađenja mora biti kontrolirana manjom od 5 ℃ / min. Postupak zavarivanja čelika T91 može se prikazati na slici 3.
Prethodno zagrijati 200 ~ 250 ℃; ② Zavarivanje, temperatura međusloja 200 ~ 300 ℃; ③ Hlađenje nakon zavarivanja, brzinom od 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ tijekom 1 h; ⑤ Kaljenje na 730 ~ 780 ℃ tijekom 1 h; ⑥ Ohladite brzinom ne većom od 5 ℃ / min.
T91 čelik se oslanja na princip legiranja, posebno dodavanjem male količine elemenata u tragovima kao što su niobij i vanadij. Njegova visokotemperaturna čvrstoća i otpornost na oksidaciju uvelike su poboljšani u usporedbi s čelikom 12 cr1mov, ali je njegov učinak zavarivanja loš.
Test pin pokazuje da čelik T91 ima veliku tendenciju hladnog pucanja. Odabir predgrijavanja 200 ~ 250 ℃ i temperature međusloja 200 ~ 300 ℃ može učinkovito spriječiti hladno pucanje.
T91 se mora ohladiti na 100 ~ 150 ℃ 1 h prije toplinske obrade nakon zavarivanja; Temperatura kaljenja 730 ~ 780 ℃, vrijeme održavanja ne manje od 1 h.
Navedeni postupak zavarivanja primijenjen je u proizvodnji i proizvodnji kotlova od 200 MW i 300 MW, sa zadovoljavajućim rezultatima i velikim ekonomskim prednostima.
