การประกันคุณภาพท่อเหล็กแรงดันสูง T91
เหล็กกล้า T91 เป็นเหล็กกล้าทนความร้อนมาร์เทนซิติกชนิดใหม่ที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการสันเขาช้างแห่งชาติอเมริกันและห้องปฏิบัติการวัสดุทางโลหะวิทยาของบริษัทวิศวกรรมการเผาไหม้ของอเมริกา บนพื้นฐานของเหล็กกล้า 9Cr1MoV จะลดปริมาณคาร์บอน จำกัดเนื้อหาของกำมะถันและฟอสฟอรัสอย่างเคร่งครัด และเพิ่มวาเนเดียมและไนโอเบียมจำนวนเล็กน้อยสำหรับการผสม
เกรดเหล็กของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ T91 ที่สอดคล้องกับเหล็ก T91 คือ x10crmovnnb91 ในเยอรมนี hcm95 ในญี่ปุ่น และ tuz10cdvnb0901 ในฝรั่งเศส
เนื้อหาองค์ประกอบ
S ≤0.01
ศรี 0.20-0.50
Cr 8.00-9.50
โม 0.85-1.05
วี 0.18-0.25
Nb 0.06-0.10
ยังไม่มีข้อความ 0.03-0.07
นิ ≤0.40
ส่วนประกอบโลหะผสมแต่ละชนิดใน T91 Steel มีบทบาทในการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็ง การเสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว และปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก การวิเคราะห์เฉพาะมีดังนี้
①คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่ชัดเจนที่สุดของการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็งในเหล็ก ด้วยปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้น ความแข็งแรงในระยะสั้นของเหล็กจะเพิ่มขึ้น ความเป็นพลาสติกและความเหนียวลดลง สำหรับเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก เช่น T91 การเพิ่มขึ้นของปริมาณคาร์บอนจะช่วยเร่งการสร้างสเฟียรอยด์และการรวมตัวของคาร์ไบด์ เร่งการกระจายองค์ประกอบโลหะผสม และลดความสามารถในการเชื่อม ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของเหล็ก ดังนั้น เหล็กทนความร้อนโดยทั่วไปต้องการลดปริมาณคาร์บอน อย่างไรก็ตาม หากปริมาณคาร์บอนต่ำเกินไป ความแข็งแรงของเหล็กจะลดลง เมื่อเทียบกับเหล็กกล้า 12Cr1MoV ปริมาณคาร์บอนของเหล็ก T91 จะลดลง 20% ซึ่งพิจารณาจากอิทธิพลของปัจจัยข้างต้นอย่างครอบคลุม
②เหล็ก T91 มีไนโตรเจนตามรอย และบทบาทของไนโตรเจนสะท้อนให้เห็นในสองลักษณะ ในอีกด้านหนึ่ง มันมีบทบาทในการเสริมความแข็งแกร่งของโซลูชันที่มั่นคง ความสามารถในการละลายของไนโตรเจนในเหล็กที่อุณหภูมิห้องมีน้อยมาก ในกระบวนการทำความร้อนในการเชื่อมและการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม สารละลาย VN ที่เป็นของแข็งและกระบวนการตกตะกอนจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนหลังการเชื่อมของเหล็ก T91: โครงสร้างออสเทนนิติกที่เกิดขึ้นในเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในระหว่างการให้ความร้อนจะเพิ่มปริมาณไนโตรเจนเนื่องจาก การละลายของ VN และจากนั้นระดับของความอิ่มตัวของสียิ่งยวดในโครงสร้างอุณหภูมิปกติจะเพิ่มขึ้น ในการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมภายหลัง มีการตกตะกอน VN ที่ดี ซึ่งจะเพิ่มความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค และปรับปรุงความแข็งแรงที่ยั่งยืนของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในทางกลับกัน เหล็กกล้า T91 ยังมี A1 จำนวนเล็กน้อย ไนโตรเจนสามารถสร้าง A1N ได้ A1N จะถูกละลายในเมทริกซ์เฉพาะเมื่ออยู่เหนือ 1100 ℃ และตกตะกอนอีกครั้งที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งสามารถเล่นเอฟเฟกต์เสริมการกระจายตัวที่ดี
③การเพิ่มโครเมียมเป็นส่วนใหญ่เพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กทนความร้อน เมื่อปริมาณโครเมียมน้อยกว่า 5% มันเริ่มออกซิไดซ์อย่างรุนแรงที่ 600 ℃ ในขณะที่เมื่อมีปริมาณโครเมียมสูงถึง 5% ก็จะมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดี เหล็กกล้า 12Cr1MoV มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีต่ำกว่า 580 ℃ และความลึกของการกัดกร่อนคือ 0.05 mm/A ที่ 600 ℃ ประสิทธิภาพเริ่มเสื่อมลง และความลึกของการกัดกร่อนคือ 0.13 mm/A ปริมาณโครเมียมของ T91 จะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 9% และอุณหภูมิบริการสามารถเข้าถึง 650 ℃ การวัดหลักคือการละลายโครเมียมมากขึ้นในเมทริกซ์
④วาเนเดียมและไนโอเบียมเป็นองค์ประกอบการขึ้นรูปคาร์ไบด์ที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้ ยังสามารถสร้างโลหะผสมคาร์ไบด์ที่ละเอียดและเสถียรด้วยคาร์บอน ซึ่งมีผลในการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง
⑤ โมลิบดีนัมถูกเพิ่มเป็นหลักเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงทางความร้อนของเหล็กและมีบทบาทในการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็ง
การอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายของ T91 คือการทำให้เป็นมาตรฐาน + การแบ่งเบาบรรเทาที่อุณหภูมิสูง อุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานคือ 1,040 ℃, เวลาการถือครองไม่น้อยกว่า 10 นาที, อุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาคือ 730 ~ 780 ℃, และเวลาการถือครองไม่น้อยกว่า 1 ชั่วโมง โครงสร้างจุลภาคหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายเป็นมาร์เทนไซต์แบบเทมเปอร์
ความต้านแรงดึงของเหล็ก T91 ที่อุณหภูมิห้อง ≥ 585 MPa ความต้านแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง ≥ 415 MPa ความแข็ง ≤ 250 Hb การยืดตัว (ตัวอย่างทรงกลมมาตรฐานที่มีระยะเกจ 50 มม.) ≥ 20% ค่าความเค้นที่ยอมให้ [ σ] 650 ℃= 30 MPa
ตามสูตรเทียบเท่าคาร์บอนที่แนะนำโดยสมาคมการเชื่อมระหว่างประเทศ คาร์บอนเทียบเท่าของ T91 คือ
จะเห็นได้ว่า T91 มีความสามารถในการเชื่อมต่ำ
เหล็กกล้า T91 มีแนวโน้มสูงที่จะเกิดรอยร้าวจากความเย็น และมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวล่าช้าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ดังนั้นรอยเชื่อมต้องผ่านการอบภายใน 24 ชั่วโมงหลังการเชื่อม โครงสร้างจุลภาคของ T91 หลังการเชื่อมคือมาร์เทนไซต์แบบแผ่นและแบบแถบ ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์แบบเทมเปอร์ภายหลังการให้ความร้อนได้ และมีคุณสมบัติเหนือกว่ามาร์เทนไซต์แบบแผ่นและแบบแถบ เมื่ออุณหภูมิอุณหภูมิต่ำ ผลของการแบ่งเบาบรรเทาไม่ชัดเจน และโลหะเชื่อมจะอายุและการเปราะง่าย หากอุณหภูมิในการให้ความร้อนสูงเกินไป (เกินสาย AC1) ข้อต่ออาจถูกออสเทนไนต์อีกครั้งและชุบแข็งอีกครั้งในกระบวนการทำความเย็นที่ตามมา ในเวลาเดียวกัน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในบทความนี้ ควรพิจารณาถึงอิทธิพลของชั้นอ่อนตัวของข้อต่อในการกำหนดอุณหภูมิการให้ความร้อน โดยทั่วไป อุณหภูมิแบ่งเบาบรรเทาของ T91 คือ 730 ~ 780 ℃
เวลาอุณหภูมิคงที่ของอุณหภูมิคงที่ของ T91 หลังการเชื่อมต้องไม่น้อยกว่า 1 ชั่วโมง เพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของมันเป็นมาร์เทนแบบปรับอุณหภูมิได้อย่างสมบูรณ์
เพื่อลดความเค้นตกค้างของรอยเชื่อมเหล็ก T91 ต้องควบคุมอัตราการทำความเย็นให้น้อยกว่า 5 ℃ / นาที กระบวนการเชื่อมของเหล็ก T91 สามารถแสดงได้ในรูปที่ 3
เปิดเครื่อง 200 ~ 250 ℃; ② การเชื่อม อุณหภูมิ interlayer 200 ~ 300 ℃; ③ ระบายความร้อนหลังจากเชื่อม ด้วยความเร็ว 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง; ⑤ แบ่งเบาบรรเทาที่ 730 ~ 780 ℃ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง; ⑥ ทำความเย็นในอัตราไม่เกิน 5 ℃ / นาที
T91 Steel อาศัยหลักการของการผสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มธาตุเหล็กจำนวนเล็กน้อย เช่น ไนโอเบียมและวานาเดียม ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กกล้า 12 cr1mov แต่ประสิทธิภาพการเชื่อมต่ำ
การทดสอบพินแสดงให้เห็นว่าเหล็ก T91 มีแนวโน้มสูงที่จะเกิดการแตกร้าวจากความเย็น การเลือกอุ่น 200 ~ 250 ℃และอุณหภูมิ interlayer 200 ~ 300 ℃สามารถป้องกันการแตกเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
T91 จะต้องเย็นลงถึง 100 ~ 150 ℃ เป็นเวลา 1 ชั่วโมงก่อนการอบชุบด้วยความร้อน อุณหภูมิแบ่งเบาบรรเทา 730 ~ 780 ℃ ถือเวลาไม่น้อยกว่า 1 ชม.
กระบวนการเชื่อมข้างต้นถูกนำไปใช้กับการผลิตและการผลิตหม้อไอน้ำ 200 MW และ 300 MW ด้วยผลลัพธ์ที่น่าพอใจและให้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก
