A335 P91 ötvözött cső

• A335 P91 ötvözet cső alkalmazás

Használható acélcsőként 625 fokos vagy annál kisebb falhőmérsékletű szubkritikus és szuperkritikus kazánok magas hőmérsékletű túlhevítőihez és utómelegítőihez, valamint magas hőmérsékletű gyűjtőkhöz és gőzcsövekhez legfeljebb 600 fokos falhőmérsékletű. . Atomenergia hőcserélőként és kőolaj krakkoló egység kemence csöveként is használható.
Szabvány: ASTM A213 ASTM A335
Szakítószilárdság: 585 (MPa) vagy annál nagyobb
Folyóerő: nagyobb vagy egyenlő, mint 415 (MPa)
Megnyúlás: nagyobb vagy egyenlő, mint 20 (%)
A P91 acél egy új típusú martenzites hőálló acél, amelyet a National Xiangshuling Laboratory és a Metallurgical Materials Laboratory of Combustion Engineering Corporation (Egyesült Államok) közösen fejlesztettek ki. 9Cr1MoV acélon alapul, hogy csökkentse a széntartalmat, szigorúan korlátozza a kén- és foszfortartalmat, valamint kis mennyiségű vanádium és nióbium elemet adjon hozzá az ötvözéshez. Az ASTM213/A213M-85C szerint a P91 acél kémiai összetétele az 1. táblázatban látható.
A P91 acélnak megfelelő német acélszám X10CrMoVNNb91, a japán acélszám HCM95, a francia acélszám pedig TUZ10CDVNb0901.

• Az egyes ötvözőelemek szerepe az A335 P91-ben

Ezek a szerepük a szilárd oldat erősítése, a diszperzió erősítése, valamint az acél oxidáció- és korrózióállóságának javítása. A konkrét elemzés a következő.
① A szén a legnyilvánvalóbb szilárd oldatot erősítő hatású elem az acélban. A széntartalom növekedésével az acél rövid távú szilárdsága nő, plaszticitása és szívóssága csökken. Az olyan martenzites acélok esetében, mint a P91, a széntartalom növekedése felgyorsítja a karbidok szferoidizálódását és aggregációját, felgyorsítja az ötvözött elemek újraeloszlását, és csökkenti az acél hegeszthetőségét, korrózióállóságát és oxidációval szembeni ellenállását. Ezért a hőálló acél általában a széntartalom csökkentését reméli, de ha a széntartalom túl alacsony, az acél intenzitása csökken. A 12Cr1MoV acélhoz képest a P91 acél széntartalma 20%-kal alacsonyabb, amit a fenti tényezők átfogó figyelembevétele határoz meg.
②P91 acél nyomokban nitrogént tartalmaz, és a nitrogén szerepe két szempontból is tükröződik. Egyrészt a szilárd megoldás-erősítő szerepét tölti be. A nitrogén oldhatósága acélban szobahőmérsékleten nagyon kicsi. A P91 acél hegesztés utáni hőhatászónájában a hegesztési melegítési és hegesztés utáni hőkezelési folyamatok során a VN szilárd oldódási és kiválási folyamatai egymás után következnek be: Hegesztési melegítés során A hőhatásban kialakuló ausztenit szerkezet nitrogéntartalma zóna növekszik a VN feloldódása miatt. Ezt követően a normál hőmérsékletű szerkezetben megnő a túltelítettség mértéke, a későbbi hegesztési hőkezelés során finom VN válik ki, ami növeli a szerkezeti stabilitást. , javítja a hőhatás zóna tartós szilárdsági értékét. Másrészt a P91 acél kis mennyiségben A1-et is tartalmaz, és a nitrogén A1N-t képezhet vele. Az A1N csak 1100 fok felett nagy mennyiségben oldódik a mátrixban, alacsonyabb hőmérsékleten pedig újra kicsapódik, ami jobb diszperzióerősítő hatást érhet el.

③ A króm hozzáadása elsősorban a hőálló acél oxidáció- és korrózióállóságának javítására szolgál. Ha a krómtartalom kevesebb, mint 5%, akkor heves oxidáció kezdődik 600 fokon, és amikor a krómtartalom eléri az 5%-ot, akkor jó az oxidációállósága. A 12Cr1MoV acél jó oxidációs ellenállással rendelkezik 580 fok alatt, 0,05 mm/a korróziós mélységgel. Teljesítménye 600 fokban kezd romlani, 0,13 mm/a korróziós mélység mellett. A P91 krómtartalma körülbelül 9%-ra nő, és az üzemi hőmérséklet elérheti a 650 fokot. A fő intézkedés az, hogy több krómot oldjunk fel a mátrixban.
④ A vanádium és a nióbium egyaránt erős karbidképző elemek. Hozzáadva finom és stabil ötvözött karbidokat képezhetnek szénnel, amelyek erős diszperzióerősítő hatással bírnak.
⑤ A molibdén hozzáadásának fő célja az acél hőszilárdságának javítása és a szilárd oldat megerősítésének szerepe.

A335 P91 ötvözet cső hőkezelési eljárása
A P91 végső hőkezelése normalizálás + magas hőmérsékletű temperálás. A normalizáló hőmérséklet 1040 fok, a tartási idő nem kevesebb, mint 10 perc. A temperálási hőmérséklet 730-780 fok, a tartási idő nem kevesebb, mint 1 óra. A szerkezet a végső hőkezelés után temperált. Tűz martenzit.
A335 P91 ötvözet cső mechanikai tulajdonságai
A P91 acél normál hőmérsékletű szakítószilárdsága nagyobb vagy egyenlő, mint 585 MPa, a normál hőmérsékleti folyáshatár nagyobb vagy egyenlő, mint 415 MPa, a keménység kisebb vagy egyenlő, mint 250 HB, a nyúlás (standard kör alakú próbatest 50 mm-es szelvény) nagyobb vagy egyenlő, mint 20%, és a megengedett feszültségérték [σ] 650 fok =30 MPa.
Az International Welding Society által ajánlott szén-egyenérték képlet szerint a P91 szénegyenértéke 1,631, a P91 hegeszthetősége rossz.

• Problémák az A335 P91 hegesztésénél

1. Megkeményedett szerkezet létrehozása hőhatásövezetben
A P91 kritikus hűtési sebessége alacsony, és az ausztenit stabilitása nagy. A normál perlit átalakulás hűtés közben nem könnyen megy végbe, ezért alacsonyabb hőmérsékletre hűtéskor martenzit átalakulás következik be. Emiatt a P91 erősen hajlamos a megkeményedésre és hidegrepedésre.
Mivel a hőhatászónában a különböző szövetek különböző sűrűséggel, tágulási együtthatókkal és különböző rácsformákkal rendelkeznek, a fűtési és hűtési folyamatok során elkerülhetetlenül különböző térfogat-tágulás és -összehúzódás kíséri őket; másrészt az egyenetlen és A magas hőmérséklet miatt a P91 hegesztett kötés belső feszültsége igen nagy.
A P91 esetében az ausztenit nagyon stabil, és alacsonyabb hőmérsékletre (körülbelül 400 fokra) kell hűteni, hogy martenzitté változzon. A durva martenzit szerkezet törékeny és kemény, a kötések összetett igénybevételnek vannak kitéve. Ugyanakkor a varrat hűtési folyamata során a hidrogén a varratból a varrathoz közeli területre diffundál. A hidrogén jelenléte elősegíti a martenzit ridegségét. Kombinált hatásai következtében a kioltó zónában könnyen keletkeznek hidegrepedések.
2. Szemes növekedés a hőhatás zónában
A hegesztési hőciklus jelentős hatással van a szemcsenövekedésre a hegesztési kötés hőhatásövezetében, különösen a legmagasabb fűtési hőmérséklet melletti fúziós zónában. Ha a hűtési sebesség kicsi, akkor a hegesztési hőhatás zónában durva masszív ferrit és keményfém szerkezetek jelennek meg, ami jelentősen csökkenti az acél plaszticitását; Ha nagy a hűtési sebesség, a durva martenzit szerkezet kialakulása miatt az acél plaszticitása is csökken. A hegesztett kötések plaszticitása csökken.
3. Lágyító réteg előállítása
Amikor a P91 acélt edzett és edzett állapotban hegesztik, elkerülhetetlen, hogy a hőhatászónában lágyítóréteg jöjjön létre, és a lágyulás súlyosabb, mint a perlit hőálló acélé. Ha a fűtési és hűtési sebesség lassabb, a lágyulás mértéke nagyobb. Ezen túlmenően, a lágyított réteg szélessége és a hegesztési vonaltól való távolsága nemcsak a hegesztés fűtési viszonyaival és jellemzőivel függ össze, hanem összefügg az előmelegítéssel, a hegesztés utáni hőkezeléssel stb.
4. Feszültségkorróziós repedés
A P91 acél hegesztés utáni hőkezelése előtt a hűtési hőmérséklet általában nem alacsonyabb, mint 100 fok. Ha szobahőmérsékletre hűtjük, és a környezet viszonylag nedves, könnyen előfordulhat feszültségkorróziós repedés. Német előírások: hegesztés utáni hőkezelés előtt 150 fok alá kell hűteni. Ha a munkadarab vastag, sarokvarratokkal rendelkezik, és gyenge geometriai méretei vannak, a hűtési hőmérséklet nem lehet 100 foknál alacsonyabb. Szobahőmérsékletű hűtés esetén szigorúan tilos nedves lenni, különben könnyen feszültségkorróziós repedés lép fel.