Гарантия качества стальных труб высокого давления T91
Сталь T91 - это новый тип мартенситной жаропрочной стали, разработанный Американской национальной лабораторией слоновьего гребня и Лабораторией металлургических материалов американской компании по разработке горения. На основе стали 9Cr1MoV снижает содержание углерода, строго ограничивает содержание серы и фосфора и добавляет небольшое количество ванадия и ниобия для легирования.
Марка стали бесшовной стальной трубы T91, соответствующей стали T91, составляет x10crmovnnb91 в Германии, hcm95 в Японии и tuz10cdvnb0901 во Франции.
Содержание элемента
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
8,00-9,50 кр
Пн 0,85-1,05
В 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Каждый легирующий элемент в стали T91 играет роль упрочнения твердого раствора, дисперсионного упрочнения и улучшения стойкости к окислению и коррозии стали. Конкретный анализ таков.
①Углерод является наиболее очевидным элементом упрочнения твердого раствора в стали. С увеличением содержания углерода кратковременная прочность стали увеличивается, а пластичность и вязкость снижаются. Для мартенситной стали, такой как T91, увеличение содержания углерода ускоряет сфероидизацию и агрегацию карбида, ускоряет перераспределение легирующих элементов и снижает свариваемость, коррозионную стойкость и стойкость стали к окислению. Следовательно, в жаропрочной стали обычно требуется снизить содержание углерода. Однако, если содержание углерода слишком низкое, прочность стали будет снижена. По сравнению со сталью 12Cr1MoV содержание углерода в стали Т91 снижено на 20%, что определяется комплексным учетом влияния вышеперечисленных факторов.
②Сталь T91 содержит следы азота, и роль азота отражается в двух аспектах. С одной стороны, он играет роль упрочнения твердого раствора. Растворимость азота в стали при комнатной температуре очень мала. В процессе нагрева при сварке и термообработки после сварки твердый раствор VN и процесс осаждения будут последовательно происходить в зоне термического влияния стали T91 после сварки: аустенитная структура, образованная в зоне термического влияния во время нагрева при сварке, увеличивает содержание азота из-за растворение VN, а затем степень пересыщения в структуре с нормальной температурой увеличивается. При последующей термообработке после сварки наблюдается мелкое выделение VN, которое увеличивает стабильность микроструктуры и улучшает долговечность зоны термического влияния. С другой стороны, сталь T91 также содержит небольшое количество A1. С ним азот может образовывать A1N. A1N растворяется в матрице только при температуре выше 1100 ℃ и снова выпадает в осадок при более низкой температуре, что может иметь хороший эффект упрочнения дисперсии.
③Добавление хрома в основном предназначено для улучшения стойкости к окислению и коррозии жаропрочной стали. Когда содержание хрома составляет менее 5%, он начинает бурно окисляться при 600 ℃, тогда как при содержании хрома до 5% он имеет хорошую стойкость к окислению. Сталь 12Cr1MoV имеет хорошую стойкость к окислению ниже 580 ℃, а глубина коррозии составляет 0,05 мм / A. При 600 ℃ характеристики начинают ухудшаться, а глубина коррозии составляет 0,13 мм / A. Содержание хрома в T91 может быть увеличено примерно до 9%, а рабочая температура может достигать 650 ℃. Основная мера - растворить в матрице больше хрома.
④Ванадий и ниобий - сильные карбидообразующие элементы. После добавления они могут образовывать мелкие и стабильные сплавы карбидов с углеродом, которые обладают сильным эффектом дисперсионного упрочнения.
⑤ Молибден в основном добавляется для улучшения термической прочности стали и играет роль упрочнения твердого раствора.
Окончательная термообработка Т91 - нормализация + высокотемпературный отпуск. Температура нормализации составляет 1040 ℃, время выдержки составляет не менее 10 минут, температура отпуска составляет 730 ~ 780 ℃, а время выдержки составляет не менее 1 часа. После окончательной термообработки микроструктура представляет собой отпущенный мартенсит.
Прочность на растяжение стали T91 при комнатной температуре ≥ 585 МПа, предел текучести при комнатной температуре ≥ 415 МПа, твердость ≤ 250 Hb, относительное удлинение (стандартный круглый образец с шагом 50 мм) ≥ 20%, допустимое значение напряжения [σ] 650 ℃ = 30 МПа.
Согласно формуле углеродного эквивалента, рекомендованной международным сварочным обществом, углеродный эквивалент T91 составляет
Видно, что Т91 имеет плохую свариваемость.
Сталь T91 имеет большую тенденцию к образованию холодных трещин и при определенных условиях склонна к замедленному растрескиванию. Поэтому сварное соединение необходимо закалить в течение 24 часов после сварки. Микроструктура T91 после сварки представляет собой пластинчатый и полосовой мартенсит, который после отпуска может быть преобразован в отпущенный мартенсит, и по своим свойствам он превосходит пластинчатый и полосовой мартенсит. Когда температура отпуска низкая, эффект отпуска не очевиден, а металл сварного шва легко стареет и становится хрупким; Если температура отпуска слишком высока (превышает линию AC1), соединение может снова подвергнуться аустенитизации и снова затвердеть в последующем процессе охлаждения. В то же время, как упоминалось ранее в этой статье, при определении температуры отпуска следует учитывать влияние слоя смягчения стыка. Вообще говоря, температура отпуска T91 составляет 730 ~ 780 ℃.
Время постоянной температуры отпуска T91 после сварки должно быть не менее 1 ч, чтобы обеспечить полное превращение его структуры в отпущенный мартенсит.
Чтобы снизить остаточное напряжение сварного соединения стали T91, скорость охлаждения должна контролироваться ниже 5 ℃ / мин. Процесс сварки стали Т91 показан на рисунке 3.
Разогрейте 200 ~ 250 ℃; ② Сварка, межслойная температура 200 ~ 300 ℃; ③ Охлаждение после сварки со скоростью 80 ~ 100 ℃ / ч; ④ 100 ~ 150 ℃ в течение 1 часа; ⑤ Отпуск при 730 ~ 780 ℃ в течение 1 часа; ⑥ Охладите со скоростью не более 5 ℃ / мин.
Сталь T91 основана на принципе легирования, особенно с добавлением небольшого количества микроэлементов, таких как ниобий и ванадий. Ее жаропрочная прочность и стойкость к окислению значительно улучшены по сравнению со сталью 12 Cr1mov, но ее сварочные характеристики плохие.
Испытание штифтом показывает, что сталь T91 имеет большую тенденцию к образованию трещин на холоде. Выбор предварительного нагрева 200 ~ 250 ℃ и температуры промежуточного слоя 200 ~ 300 ℃ может эффективно предотвратить образование холодных трещин.
T91 необходимо охладить до 100 ~ 150 ℃ в течение 1 часа перед термообработкой после сварки; Температура отпуска 730 ~ 780 ℃, время выдержки не менее 1 часа.
Вышеупомянутый процесс сварки применялся при производстве и производстве котлов мощностью 200 и 300 МВт с удовлетворительными результатами и большими экономическими преимуществами.
