Гарантія якості сталевих труб високого тиску T91
Сталь Т91 — це новий тип мартенситної жаростійкої сталі, розроблений американською національною лабораторією хребта слонів та лабораторією металургійних матеріалів американської компанії з горіння. На основі сталі 9Cr1MoV знижує вміст вуглецю, суворо обмежує вміст сірки і фосфору, додає невелику кількість ванадію і ніобію для легування.
Марка сталі безшовної сталевої труби Т91, що відповідає сталі Т91, є x10crmovnnb91 в Німеччині, hcm95 в Японії та tuz10cdvnb0901 у Франції.
Зміст елемента
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
Cr 8.00-9.50
Пн 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Кожен елемент сплаву в сталі Т91 відіграє роль зміцнення твердого розчину, дисперсійного зміцнення та підвищення стійкості до окислення та корозійної стійкості сталі. Конкретний аналіз полягає в наступному.
①Вуглець є найбільш очевидним елементом зміцнення твердого розчину в сталі. Зі збільшенням вмісту вуглецю короткочасна міцність сталі зростає, а пластичність і ударна в’язкість зменшуються. Для мартенситної сталі, такої як Т91, збільшення вмісту вуглецю прискорить сфероїдізацію та агрегацію карбіду, прискорить перерозподіл легованих елементів і зменшить зварюваність, корозійну стійкість та стійкість до окислення сталі. Тому жароміцна сталь, як правило, хоче знизити вміст вуглецю, однак, якщо вміст вуглецю занадто низький, міцність сталі буде знижена. У порівнянні зі сталлю 12Cr1MoV вміст вуглецю в сталі Т91 знижено на 20%, що визначається комплексним врахуванням впливу вищевказаних факторів.
②Сталь Т91 містить сліди азоту, і роль азоту відображається у двох аспектах. З одного боку, він грає роль зміцнення твердого розчину. Розчинність азоту в сталі при кімнатній температурі дуже мала. У процесі зварювального нагріву та післязварювальної термічної обробки твердий розчин VN та процес осадження відбуватимуться послідовно в зоні термічного впливу після зварювання сталі T91: аустенітна структура, що утворюється в зоні термічного впливу під час нагрівання зварювання, збільшує вміст азоту за рахунок розчинення ВН, а потім ступінь перенасичення в структурі нормальної температури збільшується. При наступній післязварювальній термічній обробці відбувається дрібне осадження ВН, що підвищує стабільність мікроструктури та покращує довговічність зони термічного впливу. З іншого боку, сталь Т91 також містить невелику кількість А1. З ним азот може утворювати A1N. A1N розчиняється в матриці лише при її температурі вище 1100 ℃ і знову випадає в осад при нижчій температурі, що може зіграти хороший ефект зміцнення дисперсії.
③Додавання хрому в основному для підвищення стійкості до окислення та корозійної стійкості жаростійкої сталі. Коли вміст хрому менше 5%, він починає бурхливо окислюватися при 600 ℃, тоді як при вмісті хрому до 5% він має хорошу стійкість до окислення. Сталь 12Cr1MoV має хорошу стійкість до окислення нижче 580 ℃, а глибина корозії становить 0,05 мм/А. При 600 ℃ продуктивність починає погіршуватися, а глибина корозії становить 0,13 мм/А. Вміст хрому в Т91 можна збільшити приблизно до 9%, а робоча температура може досягати 650 ℃. Головний захід - розчинити більше хрому в матриці.
④Ванадій і ніобій є сильними карбідоутворюючими елементами. Після додавання вони можуть утворювати тонкі та стабільні карбіди сплаву з вуглецем, що має сильну дисперсійну зміцнювальну дію.
⑤ Молібден в основному додається для підвищення термічної міцності сталі і відіграє роль зміцнення твердого розчину.
Остаточна термообробка Т91 - це нормалізація + високотемпературний відпуск. Температура нормалізації – 1040 ℃, час витримки – не менше 10 хвилин, температура відпуску – 730 ~ 780 ℃, час витримки – не менше 1 години. Мікроструктура після остаточної термічної обробки є відпущеним мартенситом.
Міцність на розрив сталі Т91 при кімнатній температурі ≥ 585 МПа, межа плинності при кімнатній температурі ≥ 415 МПа, твердість ≤ 250 Hb, подовження (стандартний круглий зразок з відстанню калібру 50 мм) ≥ 20%, допустиме значення напруги [ σ] = 650⁰ 30 МПа.
Відповідно до формули еквіваленту вуглецю, рекомендованої міжнародним товариством зварювання, вуглекислий еквівалент T91 дорівнює
Видно, що Т91 має погану зварюваність.
Сталь Т91 має велику схильність до холодного розтріскування і схильна до відстроченого розтріскування за певних умов. Тому зварне з’єднання необхідно загартувати протягом 24 годин після зварювання. Мікроструктура Т91 після зварювання являє собою пластинчастий і смуговий мартенсит, який після відпуску може бути змінений на відпущений мартенсит, і його властивості перевершують пластинчастий і смуговий мартенсит. Коли температура відпуску низька, ефект відпуску не є очевидним, а метал зварного шва легко старіє і охрупчується; Якщо температура відпуску занадто висока (перевищує лінію AC1), з’єднання може бути знову аустенізовано та знову загартовано в наступному процесі охолодження. У той же час, як зазначалося раніше в цій роботі, при визначенні температури відпуску слід враховувати вплив шару, що розм'якшується. Взагалі кажучи, температура відпуску T91 становить 730 ~ 780 ℃.
Час постійної температури відпуску Т91 після зварювання повинен бути не менше 1 год, щоб забезпечити повне перетворення його структури на відпущений мартенсит.
Щоб зменшити залишкову напругу зварного з’єднання сталі Т91, швидкість охолодження має бути меншою за 5 ℃/хв. Процес зварювання сталі Т91 можна показати на малюнку 3.
Розігріти 200 ~ 250 ℃; ② Зварювання, температура між шарами 200 ~ 300 ℃; ③ Охолодження після зварювання, зі швидкістю 80 ~ 100 ℃ / год; ④ 100 ~ 150 ℃ протягом 1 години; ⑤ Загартування при 730 ~ 780 ℃ протягом 1 год; ⑥ Охолоджувати зі швидкістю не більше 5 ℃ / хв.
Сталь Т91 заснована на принципі легування, особливо додавання невеликої кількості мікроелементів, таких як ніобій і ванадій. Його міцність при високій температурі та стійкість до окислення значно покращені в порівнянні зі сталлю 12 cr1mov, але її зварювальні характеристики погані.
Випробування штифтами показує, що сталь Т91 має велику схильність до холодного розтріскування. Вибір попереднього нагріву 200 ~ 250 ℃ і температури міжшарових шарів 200 ~ 300 ℃ може ефективно запобігти холодним тріщинам.
T91 необхідно охолодити до 100 ~ 150 ℃ протягом 1 години перед термообробкою після зварювання; Температура відпуску 730 ~ 780 ℃, час витримки не менше 1 год.
Вищезазначений процес зварювання був застосований у виробництві та виробничій практиці котлів потужністю 200 МВт і 300 МВт з задовільними результатами та великими економічними вигодами.
