T91 rury ze stali stopowej

T91 rury ze stali stopowej jest rodzajem rur stalowych, T91 stal jest nowym rodzajem martenickiej stali odpornej na ciepło opracowane przez amerykańskie Narodowe Laboratorium jak Tree Ridge i amerykańskiej firmy inżynierii spalania Metallurgical Materials Laboratory. Zmniejsza zawartość węgla na bazie stali 121MoV, ściśle ogranicza zawartość siarki i fosforu, dodaje niewielką ilość wanadu i niobu do stopowania. Zgodnie z ASTM 213/A213M-85C skład chemiczny stali T91 jest podany w tabeli 1. Niemiecki numer stali T91 to X10CrMoVNNb91, japoński HCM95, a francuski TUZ10CDVNb0901. Tabela 1 % składu chemicznego stali T91

Elementy rur ze stali stopowej T91 Zawartość

C 0,08-0,12

Mn 0,30-0,60

P ≤ 0,02

W ≤0,01

Si 0,20-0,50

kr 8,00-9,50

Mo 0,85-1,05

V 0,18-0,25

Nb 0,06-0,10

N 0,03-0,07

Ni ≤0,40

Każdy element stopu w stali T91 odgrywa rolę wzmocnienia stałego rozpuszczalnego, wzmocnienia rozproszenia i poprawy odporności na utlenianie i odporności na korozję stali, a szczegółowa analiza jest następująca.

Węgiel jest najbardziej oczywistym elementem wzmocnienia rozpuszczalnego w stali, wraz ze wzrostem zawartości węgla, krótkoterminowa wytrzymałość stali, zmniejszenie plasticzności i wytrzymałości, dla stali martenitowej T91, wzrost zawartości węgla przyspieszy kulę węglaka i prędkość koncentracji, przyspieszy ponowną dystrybucję elementów stopowych, zmniejszy spawalność stali, odporność na korozję i odporność na utlenianie, więc stal odporna na ciepło ogólnie chce zmniejszyć zawartość węgla, ale zawartość węgla jest zbyt niska, wytrzymałość stali zmniejszy się. Stal T91 ma o 20% mniejszą zawartość węgla w porównaniu ze stalą 12Cr1MoV, która została określona z uwzględnieniem wpływu powyższych czynników.

Stal T91 zawiera śladowe ilości azotu, a rola azotu odzwierciedla się w dwóch aspektach. Z jednej strony wzmacnia rolę stałego rozpuszczalnika, rozpuszczalność azotu w stali jest bardzo mała w temperaturze normalnej, strefa wpływu cieplnego po spawaniu stali T91 podczas podgrzewania spawania i obróbki cieplnej po spawaniu pojawi się proces stałego rozpuszczalnika i osadzania VN: podczas podgrzewania spawania w strefie wpływu cieplnego utworzono tkankę austenitową ze względu na rozpuszczanie VN, zawartość azotu zwiększa się, a następnie stopień nadnasycenia tkanki w temperaturze normalnej zwiększy się, w późniejszej obróbce cieplnej po spawaniu jest niewielki osadzenie VN, co zwiększa stabilność tkanki i poprawia trwałą Z drugiej strony, stal T91 zawiera również niewielką ilość A1, azot może tworzyć A1N, A1N w dużej ilości rozpuszcza się w podłożu powyżej 1 100 ° C, a następnie w niższej temperaturze, może odgrywać lepszy efekt wzmocnienia rozproszenia.

3 Dodanie chromu jest głównie poprawa odporności na utlenianie, odporności na korozję stali odpornej na ciepło, zawartość chromu jest mniejsza niż 5%, 600 ° C zaczyna się silnie utleniać, a zawartość chromu wynosi 5% ma dobrą odporność na utlenianie. Stal 12Cr1MoV ma dobrą odporność na utlenianie poniżej 580 ° C, głębokość korozji wynosi 0,05 mm / a, wydajność zaczyna się pogorszać w 600 ° C, głębokość korozji wynosi 0,13 mm / a. Zawartość chromu T91 zwiększona do około 9%, temperatura użytkowania może osiągnąć 650 ° C, głównym krokiem jest rozpuszczenie więcej chromu w podłożu.

Wanad i niob są silnymi elementami tworzącymi węglek, po dodaniu mogą tworzyć drobne i stabilne węglek stopu z węglem, z silnym efektem wzmocnienia rozproszenia.

5 Dodanie molibdenu jest głównie w celu poprawy wytrzymałości cieplnej stali i odgrywa rolę wzmocnienia stałego rozpuszczalnika.

2.2 Proces obróbki cieplnej

Końcowa obróbka cieplna T91 jest pozytywnym ogniem + wysoką temperaturą ognia, temperatura pozytywnego ognia wynosi 1040 ° C, czas izolacji nie mniej niż 10 min, temperatura ognia wynosi 730 ~ 780 ° C, czas izolacji nie mniej niż 1 godzinę, ostateczna tkanka po obróbce cieplnej jest martenitem ogniem.

2.3 Właściwości mechaniczne

Stal T91 wytrzymałość na rozciąganie w normalnej temperaturze ≥ 585 MPa, wytrzymałość na poddanie się w normalnej temperaturze ≥ 415 MPa, twardość ≤ 250 HB, wydłużenie (standardowa próbka okrągła o rozmiarze 50 mm) ≥ 20%, dopuszczalna wartość napięcia [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

2.4 Wydajność spawania

Ekwiwalent węgla T91 jest obliczony zgodnie z wzorem ekwiwalentu węgla zalecanym przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Spawania.

T91 jest słaby w spawaniu.

Problemy ze spawaniem T91

3.1 Powstanie tkanki utwardzonej w strefie wpływu cieplnego

Jak można zobaczyć z rysunku 1, krytyczna prędkość chłodzenia T91 jest niska, stabilność austenityczna jest duża, podczas chłodzenia nie jest łatwa do normalnej zmiany ciała perłowego, a tym samym do niższej temperatury, gdy następuje zmiana martenityczna. Z tego powodu T91 ma dużą tendencję do utwardzania i zimnego pękania.

Ponieważ różne tkanki w strefie wpływu cieplnego mają różną gęstość, współczynnik rozszerzenia i różne formy siatki krystalicznej, w procesie ogrzewania i chłodzenia nieuchronnie towarzyszy różne rozszerzenie i kurczenie objętości; Z drugiej strony, ze względu na nierównomierne i wysokie temperatury podgrzewania spawania, wewnętrzne napięcie spawania T91 jest duże.

W przypadku T91 austenit jest bardzo stabilny i musi być ochłodzony do niższej temperatury (około 400 ° C), aby przekształcić się w martenit. Duża tkanka martenitowa jest krucha i twarda, a złącza znajdują się w złożonym stanie napięcia. W tym samym czasie w procesie chłodzenia szwów spawalnych wodor rozprzestrzeniany przez szwów spawalnych do bliskiej strefy szwów, obecność wodoru przyczyniła się do kruchości martenitu, w wyniku jego syntezy łatwo jest wytworzyć zimne pęknięcia w utwardzonej strefie.

3.2 Rozrost ziarna w strefie wpływu cieplnego

Cykl ciepła spawania ma znaczący wpływ na wzrost ziaren w strefie wpływu ciepła głowicy spawania, zwłaszcza bezpośrednio obok strefy topienia, w której temperatura ogrzewania osiąga najwyższą. Gdy prędkość chłodzenia jest mniejsza, pojawiają się duże bloki żelaza i tkanki węglankowe w strefie wpływu cieplnego spawania, dzięki czemu plasticzność stali znacznie spada; Gdy prędkość chłodzenia jest duża, ze względu na powstanie grubej tkanki martenitowej spawanie spawa się również.

3.3 Powstawanie warstw zmiękczających

Stal T91 spawana jest w stanie regulacji, strefa wpływu cieplnego wytwarza warstwę zmiękczającą, która jest nieunikniona i jest bardziej poważna niż zmiękczenie stali odpornej na ciepło. W przypadku powolniejszych prędkości ogrzewania i chłodzenia, większy stopień zmiękczenia. Ponadto szerokość warstwy zmiękczającej i odległość od linii do stopienia są związane nie tylko z warunkami ogrzewania spawania i cechami, ale także z podgrzewaniem, obróbką cieplną po spawaniu itp. W fabryce kotłów w Harbinie przeprowadzono testy, aby uzyskać krzywą twardości strefy spawania cieplnego T91, patrz rysunek 2.

3.4 Pęknięcia korozyjne naprężeniowe

Stal T91 przed obróbką cieplną po spawaniu, temperatura chłodzenia zazwyczaj nie jest niższa niż 100 ° C, jeśli chłodzi się w temperaturze pokojowej, a środowisko jest bardziej wilgotne, łatwe do pęknięć korozyjnych pod naciskiem. Niemcy przepisują, że przed obróbką cieplną po spawaniu należy chłodzić do poziomu poniżej 150 ° C. W przypadku grubszych, kątnych szwów spawalnych i słabych rozmiarów geometrycznych, temperatura chłodzenia nie jest niższa niż 100 ° C. Jeśli chłodzi się w temperaturze pokojowej, wilgotność jest surowo zabroniona, w przeciwnym razie łatwo powstają pęknięcia korozyjne pod naciskiem.

4 Spawanie stali T91

4.1 Wybór temperatury podgrzewania

Punkt MS stali T91 wynosi około 400 ° C, temperatura podgrzewania jest zazwyczaj wybrana od 200 do 250 ° C. Temperatura podgrzewania nie może być zbyt wysoka, w przeciwnym razie zmniejszona prędkość chłodzenia złącza może spowodować wypadanie węglanku w granicy kryształu i tworzenie tkanki ferrytowej, co znacznie zmniejsza odporność na uderzenia złącza spawalnego w temperaturze pokojowej. Dolny limit temperatury podgrzewania można dobrze wyjaśnić z testów podłączania przeprowadzonych w fabryce kotłów w Harbinie.

Pręt testowy z stali T91 o średnicy 8 mm, głębokości 0,5 mm, płyta podłogowa ze stali 13CrMo o grubości 20 mm, badania przeprowadzane są w warunkach bez podgrzewania, podgrzewania 150 ° C, podgrzewania 200 ° C i podgrzewania 250 ° C. Spawalnik używa J707. Prąd spawania wynosi 165-170 A, napięcie łuku wynosi 21-267 V, wyniki badań są przedstawione w tabeli 2.

Tabela 2 Wyniki testu T91

Testowanie

Próbka warunkowa

Poziom stresu

/ MPa Czas przerwy

w/min

Bez podgrzewania 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440 Nieprzerwane

Przegrzewanie 150 ℃ 4 421,4 8,1 1260

5 354.8 120 nieprzerwane

Przegrzewanie 200 ℃ 6 465,2 8,6 1440 nieprzerwane

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Przegrzewanie 250 ℃ 9 539 8.2 1440 nieprzerwane

10 600 8.0 1440 Nieprzerwane

Z powyższych wyników badań wiadomo, że w warunkach bez podgrzewania napięcie krytyczne złącza spawalnego stalowego T91 wynosi 176,4 MPa; Przy podgrzaniu 150 ° C napięcie krytyczne wynosi 354,8 MPa, 85,4% granicy uległości stali T91 w normalnej temperaturze 415 MPa; Przy podgrzaniu powyżej 200 ° C napięcie krytyczne jest większe niż 460 MPa, przekraczając granicę uległości stali T91 w normalnej temperaturze. W związku z tym, aby uniknąć zimnych pęknięć podczas spawania stali T91, temperatura podgrzewania nie powinna być niższa niż 200 ° C, Niemcy określają temperaturę podgrzewania 180 ~ 250 ° C, a amerykańska firma CE określa temperaturę podgrzewania 120 ~ 205 ° C.

4.2 Wybór temperatury między warstwami

Temperatura między warstwami nie może być niższa niż dolna granica temperatury podgrzewania, ale podobnie jak wybór temperatury podgrzewania, temperatura między warstwami nie może być zbyt wysoka. Temperatura pomiędzy warstwami spawania T91 jest zazwyczaj kontrolowana od 200 do 300 ° C. Francja przepisuje, że temperatura między warstwami nie przekracza 300 ° C. Przepisy amerykańskie: temperatura między warstwami może wynosić od 170 do 230 ° C.

4.3 Wybór temperatury początkowej obróbki cieplnej po spawaniu

T91 wymaga po spawaniu chłodzenia poniżej punktu Ms i utrzymania pewnego czasu przed obróbką ogniową. Prędkość chłodzenia po spawaniu wynosi 80 ~ 100 ° C / h. Jeśli nie jest izolowana, tkanka austenitowa złącza może nie być całkowicie przekształcona, a podgrzewanie ogniowe może powodować osadzenie węglanków wzdłuż granicy kryształów austenitowych, taką tkankę jest krucha. Jednak po spawaniu T91 nie można chłodzić do temperatury pokojowej, ponieważ jego spawanie może powodować ryzyko zimnych pęknięć po chłodzeniu do temperatury pokojowej. Dla T91 optymalna temperatura początkowa wynosi 100-150 ° C i izolacja 1 godzina zapewnia w zasadzie zakończenie transformacji tkanki.

4.4 Wybór temperatury, czasu temperatury i prędkości chłodzenia

Stal T91 ma większą tendencję do pęknięcia na zimno, w określonych warunkach łatwo powstaje opóźnienie pęknięcia, więc złącza spawalne muszą być poddane obróbce ogniowej w ciągu 24 godzin po spawaniu. T91 po spawaniu jest struktura martenitu tarczowego, po odpaleniu może zostać zmieniona w martenit, którego wydajność jest lepsza niż martenit tarczowy. W przypadku niskiej temperatury zapalania efekt zapalania nie jest oczywisty, metale spawalne są łatwe do przestarzenia i kruchości; W przypadku zbyt wysokiej temperatury ognienia (ponad przewód AC1) złącze mogą ponownie austenizować i ponownie utwardzać podczas późniejszego chłodzenia. Jednocześnie, jak opisano wcześniej w niniejszym artykule, określenie temperatury zapalenia należy również wziąć pod uwagę wpływ warstwy zmiękczającej złącza. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura zapalania T91 wynosi 730-780 ° C.

T91 po spawaniu trwa nie mniej niż 1 godzinę, aby zapewnić całkowitą przekształcenie tkanki w martenit.

Aby zmniejszyć napięcie pozostałe spawania stalowego T91, należy kontrolować jego prędkość chłodzenia poniżej 5 ° C / min. Proces spawania stali T91 można przedstawić na rysunku 3.

podgrzewanie do 200-250 °C; ② spawanie, temperatura między warstwami 200 ~ 300 ℃; 3 Chłodzenie po spawaniu, prędkość 80 ~ 100 ℃ / h; 4 100 ~ 150 ℃ izolacja 1 h; 5 730 ~ 780 ℃ ognienie 1 h; 6 Chłodzenie z prędkością nie większą niż 5 ℃ / min

5 Przykłady zastosowań stali T91 w elektrowniach cieplnych w prowincji Guangdong

Pierwsze centrum szkoleniowe spawania Biura Energii Prowincji Guangdong przeprowadziło ocenę procesu spawania sprzężenia rur szlaku T91 o średnicy Φ42 mm × 5mm. Temperatura podgrzewania wynosi 200 ° C, po spawaniu chłodzenie do 150 ° C, izolacja po 1 godzinie do podgrzewania, temperatura podgrzewania wynosi 750 ~ 780 ° C, izolacja 1 godzinę, prędkość chłodzenia jest mniejsza niż 5 ° C / min. Kontrola wyglądu próbki po spawaniu, kontrola przerwy, badanie bez uszkodzeń, badania rozciągania i zginania zostały wykwalifikowane, co również wskazuje, że powyższy proces spawania jest skuteczny.

Powyższy proces spawania został z powodzeniem zastosowany w obrębie zewnętrznym podgrzewacza wysokiej temperatury w fabryce Sand Point A i elektrowni w okręgu Mei. Po zastosowaniu stali T91 w tych elektrowniach częstotliwość wypadków spowodowanych nadtemperaturą jest znacznie zmniejszona.

6 Wnioski

Stal T91 opiera się na zasadzie stopowania, zwłaszcza dodaje niewielką ilość niobu, wanadu i innych pierwiastków śladowych, wytrzymałość na wysokie temperatury i odporność na utlenianie są znacznie poprawione niż stal 12 Cr1MoV, ale jego wydajność spawania jest słaba.

Testy wtyczenia wykazały, że stal T91 ma większą skłonność do zimnego pęknięcia, wybór podgrzewania 200 ~ 250 ° C, temperatura między warstwami 200 ~ 300 ° C, może skutecznie zapobiec powstawaniu zimnych pęknięć.

Przed obróbką cieplną po spawaniu T91 należy chłodzić do 100 ~ 150 ° C, izolować 1 godzinę; temperatura zapalenia 730 ~ 780 ° C, czas izolacji nie mniej niż 1 godzinę.

Powyższy proces spawania został zastosowany w praktyce produkcji kotłów o mocy 200 MW i 300 MW, aby osiągnąć satysfakcjonujący efekt i uzyskać większe korzyści ekonomiczne. Rura stalowa jest długim paskiem stalowym o pustym przekroju, bez szwów wokół. Rury stalowe mają przecięcie puste i są w dużej ilości używane jako rurociągi do transportu płynów, takich jak rurociągi do transportu ropy naftowej, gazu ziemnego, gazu, wody i niektórych materiałów stałych. Rura stalowa w porównaniu do stali stałej, takiej jak stal okrągła, przy takiej samej wytrzymałości na zakręcenie, mniejszej wagi, jest ekonomiczną stalą przekrojową, szeroko stosowaną w produkcji części konstrukcyjnych i części mechanicznych, takich jak pręty naftowe, wały napędowe samochodów, ramy rowerowe i stalowe podwozia używane w budowie. Produkcja części pierściennych z rur stalowych może poprawić wykorzystanie materiałów, uproszczyć proces produkcji, zaoszczędzić materiały i czas przetwarzania, takie jak układy łożysk rolowych, układy jack itp., Obecnie są szeroko używane rury stalowe do produkcji. Rury stalowe są niezbędnym materiałem dla różnych rodzajów broni konwencjonalnej, rury pistoletowe, pistolety itp. są produkowane rurami stalowymi. Rury stalowe w zależności od kształtu przekroju przekrojowego mogą być podzielone na rury okrągłe i rury kształtowne. Ponieważ powierzchnia okrągła jest największa w warunkach równego obwodu, można przewozić więcej płynów za pomocą okrągłej rury. Ponadto przekroj pierścienia jest bardziej równomierny podczas ciśnienia promieniowego wewnętrznego lub zewnętrznego, dlatego zdecydowana większość rur stalowych to rury okrągłe. Formuła obliczenia masy rury ze stopu: [(średnica zewnętrzna - grubość ściany) * grubość ściany] * 0,02466 = kg / m (masa na metr)