T91 osiguranje kvalitete čeličnih cijevi visokog pritiska
T91 čelik je nova vrsta martenzitnog čelika otpornog na toplotu koju su razvili američki nacionalni laboratoriji za slonove grebene i laboratorija za metalurške materijale američke kompanije za inženjering sagorevanja. Na bazi čelika 9Cr1MoV smanjuje sadržaj ugljika, strogo ograničava sadržaj sumpora i fosfora i dodaje malu količinu vanadija i niobija za legiranje.
Razred čelika bešavnih čeličnih 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
Pon 0.85-1.05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Svaki legirani element u čeliku T91 igra ulogu jačanja čvrstog rastvora, disperzijskog ojačanja i poboljšanja otpornosti čelika na oksidaciju i koroziju. Konkretna analiza je sljedeća.
①Ugljik je najočigledniji element ojačanja čvrstim rastvorom u čeliku. Sa 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, snaga čelika će se smanjiti. U poređenju sa čelikom 12Cr1MoV, sadržaj ugljika T91 čelika je smanjen za 20%, što je određeno sveobuhvatnim razmatranjem uticaja navedenih faktora.
②Čelik T91 sadrži dušik u tragovima, a uloga dušika se ogleda u dva aspekta. S jedne strane, igra ulogu jačanja čvrstog rastvora. Rastvorljivost dušika u čeliku na sobnoj temperaturi je vrlo mala. U procesu zagrevanja zavarivanja i termičke obrade nakon zavarivanja, čvrsti rastvor VN i proces taloženja će se sukcesivno javljati u zoni toplotnog uticaja nakon zavarivanja čelika T91: austenitna struktura formirana u zoni uticaja toplote tokom zagrevanja zavarivanja povećava sadržaj azota zbog rastvaranje VN, a zatim se povećava stepen prezasićenosti u strukturi normalne temperature. U naknadnoj termičkoj obradi nakon zavarivanja dolazi do finog taloženja VN, što povećava stabilnost mikrostrukture i poboljšava trajnu čvrstoću zone zahvaćene toplotom. S druge strane, T91 čelik također sadrži malu količinu A1. Azot sa njim može formirati A1N. A1N se rastvara u matrici tek kada je iznad 1100 ℃ i ponovo se taloži na nižoj temperaturi, što može imati dobar efekat jačanja disperzije.
③Dodavanje hroma je uglavnom za poboljšanje otpornosti na oksidaciju i otpornost na koroziju čelika otpornog na toplinu. Kada je sadržaj hroma manji od 5%, počinje snažno oksidirati na 600 ℃, dok kada je sadržaj hroma 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 počinju da se pogoršavaju, a dubina korozije je 0,13 mm/A. Sadržaj hroma u T91 može se povećati na oko 9%, a radna temperatura može doseći 650 ℃. Glavna mjera je rastvaranje više hroma u matrici.
④Vanadijum i niobijum su jaki elementi koji formiraju karbide. Nakon dodavanja, mogu formirati fine i stabilne legirane karbide sa ugljikom, koji imaju snažan efekat disperzijskog jačanja.
⑤ Molibden se uglavnom dodaje za poboljšanje toplinske čvrstoće čelika i igra ulogu jačanja čvrste otopine.
Završna termička 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 termičke obrade je kaljeni martenzit.
Vlačna čvrstoća čelika T91 na sobnoj temperaturi ≥ 585 MPa, granica tečenja na sobnoj temperaturi ≥ 415 MPa, tvrdoća ≤ 250 Hb, izduženje (standardni kružni uzorak sa razmakom od 50 mm) ≥ 20%, dozvoljena vrijednost naprezanja [ σ= 650′ 30 MPa.
Prema formuli ekvivalenta ugljika koju preporučuje međunarodno društvo za zavarivanje, ekvivalent ugljika T91 je
Vidi se da T91 ima lošu zavarljivost.
T91 čelik ima veliku tendenciju hladnog pucanja i sklon je odloženom pucanju pod određenim uvjetima. Stoga se zavareni spoj mora temperirati u roku od 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, efekat kaljenja nije očigledan, a metal šava lako stari i postaje krt; Ako je temperatura kaljenja previsoka (preko AC1 linije), spoj se može ponovo austenitizirati i ponovo očvrsnuti u naknadnom procesu hlađenja. Istovremeno, kao što je ranije spomenuto u ovom radu, pri određivanju temperature otpuštanja treba uzeti u obzir utjecaj sloja koji omekšava spoj. 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. Proces 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 ℃ za 1 h; ⑤ Kaljenje na 730 ~ 780 ℃ 1 h; ⑥ Hladiti 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 vanadijum. Njegova visokotemperaturna čvrstoća i otpornost na oksidaciju su znatno poboljšani u poređenju sa 12 cr1mov čelikom, ali su njegove performanse zavarivanja loše.
Test pin pokazuje da čelik T91 ima veliku tendenciju hladnog pucanja. Odabir predgrijavanja 200 ~ 250 ℃ i temperature međusloja 200 ~ 300 ℃ može efikasno spriječiti hladno pucanje.
T91 se mora ohladiti na 100 ~ 150 ℃ 1 h prije termičke 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 velikom ekonomskom dobiti.
