Обезбедување квалитет на челична цевка под висок притисок T91
Челик T91 е нов тип мартензитски челик отпорен на топлина, развиен од Американската национална лабораторија за гребени слонови и лабораторија за металуршки материјали на американската компанија за инженерство за согорување. Врз основа на челик 9Cr1MoV, ја намалува содржината на јаглерод, строго ја ограничува содржината на сулфур и фосфор и додава мала количина ванадиум и ниобиум за легирање.
Челичната класа на челични цевки без шевови T91 што одговара на челикот T91 е x10crmovnnb91 во Германија, hcm95 во Јапонија и tuz10cdvnb0901 во Франција.
Содржина на елементот
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
Ни ≤0,40
Секој легиран елемент во челикот T91 ја игра улогата на зајакнување на цврстиот раствор, зајакнување на дисперзијата и подобрување на отпорноста на оксидација и отпорноста на корозија на челикот. Конкретната анализа е следна.
①Јаглеродот е најочигледниот елемент за зајакнување на цврстиот раствор во челикот. Со зголемување на содржината на јаглерод, краткорочната цврстина на челикот се зголемува и пластичноста и цврстината се намалуваат. За мартензитниот челик како што е T91, зголемувањето на содржината на јаглерод ќе ја забрза сфероидизацијата и агрегацијата на карбидот, ќе ја забрза прераспределбата на легираните елементи и ќе ја намали заварливоста, отпорноста на корозија и отпорноста на оксидација на челикот. Затоа, челикот отпорен на топлина генерално сака да ја намали содржината на јаглерод, но ако содржината на јаглерод е премногу ниска, јачината на челикот ќе се намали. Во споредба со челикот 12Cr1MoV, содржината на јаглерод во челикот T91 е намалена за 20%, што се одредува со сеопфатно разгледување на влијанието на горенаведените фактори.
②Челикот T91 содржи азот во трагови, а улогата на азот се рефлектира во два аспекта. Од една страна, тој ја игра улогата на зајакнување на цврстото решение. Растворливоста на азот во челик на собна температура е многу мала. Во процесот на загревање со заварување и термичка обработка после заварување, VN цврст раствор и процес на таложење ќе се појават сукцесивно во зоната погодена од топлина по заварувањето на челикот T91: аустенитичната структура формирана во зоната погодена од топлина за време на загревањето со заварување ја зголемува содржината на азот поради растворањето на VN, а потоа и степенот на презаситеност во нормалната температурна структура се зголемува. Во последователната термичка обработка по заварувањето, има фини VN врнежи, што ја зголемува стабилноста на микроструктурата и ја подобрува трајната јачина на зоната погодена од топлина. Од друга страна, челикот Т91 содржи и мала количина А1. Азотот со него може да формира A1N. A1N се раствора во матрицата само кога е над 1100 ℃ и повторно се таложи на пониска температура, што може да има добар ефект на зајакнување на дисперзијата.
③Додавањето на хром е главно за подобрување на отпорноста на оксидација и отпорноста на корозија на челикот отпорен на топлина. Кога содржината на хром е помала од 5%, тој почнува насилно да оксидира на 600 ℃, додека кога содржината на хром е до 5%, има добра отпорност на оксидација. Челикот 12Cr1MoV има добра отпорност на оксидација под 580 ℃, а длабочината на корозија е 0,05 mm / A. на 600 ℃, перформансите почнуваат да се влошуваат, а длабочината на корозија е 0,13 mm / A. Содржината на хром на T91 може да се зголеми на околу 9% и температурата на услугата може да достигне 650 ℃. Главната мерка е да се раствори повеќе хром во матрицата.
④Ванадиум и ниобиум се силни елементи кои формираат карбид. По додавањето, тие можат да формираат фини и стабилни легирани карбиди со јаглерод, кој има силен ефект на зајакнување на дисперзијата.
⑤ Молибден главно се додава за да се подобри топлинската цврстина на челикот и да се игра улогата на зајакнување на цврстиот раствор.
Конечната термичка обработка на T91 е нормализирање + калење со висока температура. Температурата на нормализирање е 1040 ℃, времето на задржување не е помало од 10 мин, температурата на калење е 730 ~ 780 ℃, а времето на задржување не е помало од 1 ч. Микроструктурата по финалната термичка обработка е калено мартензит.
Јакост на истегнување на челик T91 на собна температура ≥ 585 MPa, јачина на отпуштање на собна температура ≥ 415 MPa, цврстина ≤ 250 Hb, издолжување (стандарден кружен примерок со растојание од 50 mm) ≥ 20%, дозволена вредност на напрегање [σ] 650℃= 30 MPa.
Според формулата за еквивалент на јаглерод препорачана од меѓународното друштво за заварување, јаглеродниот еквивалент на T91 е
Може да се види дека T91 има слаба заварливост.
Челикот T91 има голема тенденција на ладна пукнатина и е склон кон одложено пукање под одредени услови. Затоа, заварениот спој мора да се кали во рок од 24 часа по заварувањето. Микроструктурата на Т91 по заварувањето е мартензит од плоча и лента, кој може да се смени во кален мартензит по калење, а неговите својства се супериорни во однос на мартензитот од плоча и лента. Кога температурата на калење е ниска, ефектот на калење не е очигледен, а металот на заварот е лесен за стареење и кршливост; Ако температурата на калење е превисока (надминува линијата AC1), спојот може повторно да се австенитизира и повторно да се стврдне во последователниот процес на ладење. Во исто време, како што беше споменато претходно во овој труд, влијанието на слојот за омекнување на зглобот треба да се земе предвид при определувањето на температурата на калење. Општо земено, температурата на калење на T91 е 730 ~ 780 ℃.
Времето на константна температура на калење на T91 по заварувањето не треба да биде помало од 1 час, за да се обезбеди целосна трансформација на неговата структура во калено мартензит.
За да се намали преостанатиот стрес на заварениот спој од челик T91, стапката на ладење мора да се контролира помалку од 5 ℃ / мин. Процесот на заварување на челикот T91 може да биде прикажан на Слика 3.
Загрејте 200 ~ 250 ℃; ② заварување, меѓуслојна температура 200 ~ 300 ℃; ③ Ладење по заварување, со брзина од 80 ~ 100 ℃ / ч; ④ 100 ~ 150 ℃ за 1 час; ⑤ Калење на 730 ~ 780 ℃ за 1 час; ⑥ Ладење со брзина не поголема од 5 ℃ / мин.
Челикот T91 се потпира на принципот на легирање, особено додавајќи мала количина на елементи во трагови како ниобиум и ванадиум. Неговата јачина на висока температура и отпорноста на оксидација се значително подобрени во споредба со челикот 12 cr1mov, но неговите перформанси за заварување се слаби.
Тестот со пинови покажува дека челикот T91 има голема тенденција на ладна пукнатина. Изборот на претходно загревање 200 ~ 250 ℃ и меѓуслојна температура од 200 ~ 300 ℃ може ефикасно да спречи ладна пукнатина.
T91 мора да се олади на 100 ~ 150 ℃ за 1 час пред термичка обработка по заварување; Температура на калење 730 ~ 780 ℃, време на задржување не помалку од 1 ч.
Горенаведениот процес на заварување е применет во производствената и производствената практика на котли од 200 MW и 300 MW, со задоволителни резултати и големи економски придобивки.
