Διασφάλιση ποιότητας χαλύβδινων σωλήνων υψηλής πίεσης T91
Ο χάλυβας T91 είναι ένας νέος τύπος μαρτενσιτικού ανθεκτικού στη θερμότητα χάλυβας που αναπτύχθηκε από το Αμερικανικό Εθνικό Εργαστήριο Κορυφογραμμής ελεφάντων και το Εργαστήριο Μεταλλουργικών Υλικών της Αμερικανικής εταιρείας μηχανικής καύσης. Με βάση τον χάλυβα 9Cr1MoV, μειώνει την περιεκτικότητα σε άνθρακα, περιορίζει αυστηρά την περιεκτικότητα σε θείο και φώσφορο και προσθέτει μικρή ποσότητα βαναδίου και νιοβίου για κράμα.
Η ποιότητα χάλυβα του σωλήνα χωρίς ραφή T91 που αντιστοιχεί στον χάλυβα T91 είναι x10crmovnnb91 στη Γερμανία, hcm95 στην Ιαπωνία και tuz10cdvnb0901 στη Γαλλία.
Περιεχόμενο στοιχείου
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
Cr 8.00-9.50
Μο 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Σημ. 0,06-0,10
Ν 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Κάθε στοιχείο κράματος στο χάλυβα T91 παίζει το ρόλο της ενίσχυσης στερεού διαλύματος, της ενίσχυσης της διασποράς και της βελτίωσης της αντοχής στην οξείδωση και της αντίστασης στη διάβρωση του χάλυβα. Η συγκεκριμένη ανάλυση έχει ως εξής.
①Ο άνθρακας είναι το πιο προφανές στοιχείο ενίσχυσης στερεού διαλύματος στον χάλυβα. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα, η βραχυπρόθεσμη αντοχή του χάλυβα αυξάνεται και η πλαστικότητα και η σκληρότητα μειώνονται. Για μαρτενσιτικό χάλυβα όπως το T91, η αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα θα επιταχύνει τη σφαιροποίηση και τη συσσωμάτωση του καρβιδίου, θα επιταχύνει την ανακατανομή των στοιχείων κράματος και θα μειώσει τη συγκολλησιμότητα, την αντίσταση στη διάβρωση και την αντίσταση στην οξείδωση του χάλυβα. Επομένως, ο ανθεκτικός στη θερμότητα χάλυβας θέλει γενικά να μειώσει την περιεκτικότητα σε άνθρακα, Ωστόσο, εάν η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι πολύ χαμηλή, η αντοχή του χάλυβα θα μειωθεί. Σε σύγκριση με τον χάλυβα 12Cr1MoV, η περιεκτικότητα σε άνθρακα του χάλυβα T91 μειώνεται κατά 20%, το οποίο προσδιορίζεται με συνολική εξέταση της επίδρασης των παραπάνω παραγόντων.
②Ο χάλυβας T91 περιέχει ίχνη αζώτου και ο ρόλος του αζώτου αντικατοπτρίζεται σε δύο πτυχές. Από τη μία, παίζει το ρόλο της ενίσχυσης στερεού διαλύματος. Η διαλυτότητα του αζώτου στον χάλυβα σε θερμοκρασία δωματίου είναι πολύ μικρή. Στη διαδικασία της θέρμανσης συγκόλλησης και της θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση, το στερεό διάλυμα VN και η διαδικασία καθίζησης θα πραγματοποιηθούν διαδοχικά στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα μετά τη συγκόλληση του χάλυβα T91: η ωστενιτική δομή που σχηματίζεται στη ζώνη επηρεασμένης από τη θερμότητα κατά τη θέρμανση συγκόλλησης αυξάνει την περιεκτικότητα σε άζωτο λόγω η διάλυση του VN και στη συνέχεια ο βαθμός υπερκορεσμού στην κανονική δομή θερμοκρασίας αυξάνεται. Στην επακόλουθη θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση, υπάρχει λεπτή κατακρήμνιση VN, η οποία αυξάνει τη σταθερότητα της μικροδομής και βελτιώνει τη διαρκή αντοχή της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Από την άλλη πλευρά, ο χάλυβας T91 περιέχει επίσης μικρή ποσότητα Α1. Το άζωτο μπορεί να σχηματίσει Α1Ν με αυτό. Το A1N διαλύεται στη μήτρα μόνο όταν είναι πάνω από 1100 ℃ και κατακρημνίζεται ξανά σε χαμηλότερη θερμοκρασία, η οποία μπορεί να παίξει ένα καλό αποτέλεσμα ενίσχυσης της διασποράς.
③Η προσθήκη χρωμίου είναι κυρίως για τη βελτίωση της αντοχής στην οξείδωση και στη διάβρωση του ανθεκτικού στη θερμότητα χάλυβα. Όταν η περιεκτικότητα σε χρώμιο είναι μικρότερη από 5%, αρχίζει να οξειδώνεται βίαια στους 600 ℃, ενώ όταν η περιεκτικότητα σε χρώμιο είναι έως και 5%, έχει καλή αντοχή στην οξείδωση. Ο χάλυβας 12Cr1MoV έχει καλή αντοχή στην οξείδωση κάτω από 580 ℃ και το βάθος διάβρωσης είναι 0,05 mm / A. στους 600 ℃, η απόδοση αρχίζει να επιδεινώνεται και το βάθος διάβρωσης είναι 0,13 mm / A. Η περιεκτικότητα σε χρώμιο του T91 μπορεί να αυξηθεί σε περίπου 9% και η θερμοκρασία εξυπηρέτησης μπορεί να φτάσει τους 650 ℃. Το κύριο μέτρο είναι να διαλυθεί περισσότερο χρώμιο στη μήτρα.
④Το βανάδιο και το νιόβιο είναι στοιχεία που σχηματίζουν ισχυρά καρβίδια. Μετά την προσθήκη, μπορούν να σχηματίσουν λεπτά και σταθερά καρβίδια κράματος με άνθρακα, το οποίο έχει ισχυρό αποτέλεσμα ενίσχυσης της διασποράς.
⑤ Το μολυβδαίνιο προστίθεται κυρίως για να βελτιώσει τη θερμική αντοχή του χάλυβα και να παίξει το ρόλο της ενίσχυσης στερεού διαλύματος.
Η τελική θερμική επεξεργασία του T91 είναι κανονικοποίηση + σκλήρυνση υψηλής θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία κανονικοποίησης είναι 1040 ℃, ο χρόνος διατήρησης δεν είναι μικρότερος από 10 λεπτά, η θερμοκρασία σκλήρυνσης είναι 730 ~ 780 ℃ και ο χρόνος διατήρησης δεν είναι μικρότερος από 1 ώρα. Η μικροδομή μετά την τελική θερμική επεξεργασία είναι σκληρυμένος μαρτενσίτης.
Αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα T91 σε θερμοκρασία δωματίου ≥ 585 MPa, αντοχή διαρροής σε θερμοκρασία δωματίου ≥ 415 MPa, σκληρότητα ≤ 250 Hb, επιμήκυνση (τυπικό κυκλικό δείγμα με απόσταση μετρητή 50 mm) ≥ 20%, επιτρεπόμενη τιμή τάσης [σ] 650℃= 30 MPa.
Σύμφωνα με τον τύπο ισοδύναμου άνθρακα που προτείνει η διεθνής εταιρεία συγκόλλησης, το ισοδύναμο άνθρακα του T91 είναι
Μπορεί να φανεί ότι το T91 έχει κακή συγκολλησιμότητα.
Ο χάλυβας T91 έχει μεγάλη τάση ψυχρής ρωγμής και είναι επιρρεπής σε καθυστερημένη ρωγμή υπό ορισμένες συνθήκες. Επομένως, ο συγκολλημένος σύνδεσμος πρέπει να σκληρυνθεί εντός 24 ωρών μετά τη συγκόλληση. Η μικροδομή του T91 μετά τη συγκόλληση είναι μαρτενσίτης πλάκας και λωρίδας, ο οποίος μπορεί να μετατραπεί σε σκληρυμένο μαρτενσίτη μετά τη σκλήρυνση και οι ιδιότητές του είναι ανώτερες από τον μαρτενσίτη πλάκας και ταινίας. Όταν η θερμοκρασία σκλήρυνσης είναι χαμηλή, το αποτέλεσμα σκλήρυνσης δεν είναι εμφανές και το μέταλλο συγκόλλησης είναι εύκολο να παλαιωθεί και να ευθραυστοποιείται. Εάν η θερμοκρασία σκλήρυνσης είναι πολύ υψηλή (υπερβαίνει τη γραμμή AC1), η άρθρωση μπορεί να ωστενιτιωθεί ξανά και να σκληρυνθεί ξανά στην επόμενη διαδικασία ψύξης. Ταυτόχρονα, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως σε αυτό το άρθρο, η επίδραση του στρώματος μαλακώματος αρμών θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στον προσδιορισμό της θερμοκρασίας σκλήρυνσης. Σε γενικές γραμμές, η θερμοκρασία σκλήρυνσης του T91 είναι 730 ~ 780 ℃.
Ο χρόνος σταθερής θερμοκρασίας σκλήρυνσης του T91 μετά τη συγκόλληση δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 1 ώρα, έτσι ώστε να διασφαλίζεται η πλήρης μετατροπή της δομής του σε σκληρυμένο μαρτενσίτη.
Προκειμένου να μειωθεί η υπολειπόμενη τάση του συγκολλημένου αρμού από χάλυβα T91, ο ρυθμός ψύξης πρέπει να ελέγχεται λιγότερο από 5 ℃ / λεπτό. Η διαδικασία συγκόλλησης του χάλυβα T91 φαίνεται στο Σχήμα 3.
Προθέρμανση 200 ~ 250 ℃; ② Συγκόλληση, θερμοκρασία ενδιάμεσου στρώματος 200 ~ 300 ℃; ③ Ψύξη μετά τη συγκόλληση, με ταχύτητα 80 ~ 100 ℃ / h. ④ 100 ~ 150 ℃ για 1 ώρα; ⑤ Θερμοκρασία στους 730 ~ 780 ℃ για 1 ώρα. ⑥ Ψύξτε με ρυθμό όχι μεγαλύτερο από 5 ℃ / λεπτό.
Ο χάλυβας T91 βασίζεται στην αρχή της κραματοποίησης, ειδικά προσθέτοντας μια μικρή ποσότητα ιχνοστοιχείων όπως το νιόβιο και το βανάδιο. Η αντοχή του σε υψηλή θερμοκρασία και η αντίσταση στην οξείδωση είναι σημαντικά βελτιωμένα σε σύγκριση με τον χάλυβα 12 cr1mov, αλλά η απόδοση συγκόλλησης είναι κακή.
Η δοκιμή καρφίτσας δείχνει ότι ο χάλυβας T91 έχει μεγάλη τάση ψυχρής ρωγμής. Η επιλογή προθέρμανσης 200 ~ 250 ℃ και θερμοκρασίας ενδιάμεσου στρώματος 200 ~ 300 ℃ μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά το κρύο ράγισμα.
Το T91 πρέπει να ψυχθεί στους 100 ~ 150 ℃ για 1 ώρα πριν από τη θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση. Θερμοκρασία σκλήρυνσης 730 ~ 780 ℃, χρόνος διατήρησης όχι λιγότερο από 1 ώρα.
Η παραπάνω διαδικασία συγκόλλησης έχει εφαρμοστεί στην πρακτική κατασκευής και παραγωγής λεβήτων 200 MW και 300 MW, με ικανοποιητικά αποτελέσματα και μεγάλα οικονομικά οφέλη.
