Cev iz zlitine A335 P91

• Uporaba cevi iz zlitine A335 P91

Lahko se uporablja kot jeklene cevi za visokotemperaturne pregrevalnike in ponovne grelnike subkritičnih in nadkritičnih kotlov s temperaturo sten manj kot ali enako 625 stopinj, kot tudi visokotemperaturne razdelilne cevi in ​​parne cevi s temperaturo sten manj kot ali enako 600 stopinj . Lahko se uporablja tudi kot toplotni izmenjevalnik jedrske energije in cevi peči za kreking nafte.
Standard: ASTM A213 ASTM A335
Natezna trdnost: večja ali enaka 585 (MPa)
Meja tečenja: večja ali enaka 415 (MPa)
Raztezek: večji ali enak 20 (%)
Jeklo P91 je nova vrsta martenzitnega toplotno odpornega jekla, ki sta ga skupaj razvila Nacionalni laboratorij Xiangshuling in Laboratorij za metalurške materiale družbe Combustion Engineering Corporation iz Združenih držav. Temelji na jeklu 9Cr1MoV za zmanjšanje vsebnosti ogljika, strogo omejitev vsebnosti žvepla in fosforja ter dodajanje majhne količine elementov vanadija in niobija za legiranje. V skladu z ASTM213/A213M-85C je kemična sestava jekla P91 prikazana v tabeli 1.
Nemška številka jekla, ki ustreza jeklu P91, je X10CrMoVNNb91, japonska številka jekla je HCM95, francoska številka jekla pa TUZ10CDVNb0901.

• Vloga vsakega legirnega elementa v A335 P91

Imajo vlogo krepitve trdne raztopine, disperzijske krepitve in izboljšanja oksidacijske odpornosti in odpornosti jekla proti koroziji. Konkretna analiza je naslednja.
① Ogljik je element z najbolj očitnim utrjevalnim učinkom trdne raztopine v jeklu. Z večanjem vsebnosti ogljika se kratkotrajna trdnost jekla povečuje, plastičnost in žilavost pa se zmanjšujeta. Za martenzitna jekla, kot je P91, bo povečanje vsebnosti ogljika pospešilo sferoidizacijo in stopnjo agregacije karbidov, pospešilo prerazporeditev legiranih elementov in zmanjšalo varivost, odpornost proti koroziji in odpornost proti oksidaciji jekla. Zato toplotno odporno jeklo na splošno upa, da bo zmanjšalo vsebnost ogljika, če pa je vsebnost ogljika prenizka, se bo intenzivnost jekla zmanjšala. V primerjavi z jeklom 12Cr1MoV ima jeklo P91 20 % nižjo vsebnost ogljika, kar je določeno s celovitim upoštevanjem zgornjih dejavnikov.
Jeklo ②P91 vsebuje dušik v sledovih, vloga dušika pa se odraža v dveh vidikih. Po eni strani igra vlogo krepitve trdne raztopine. Topnost dušika v jeklu pri sobni temperaturi je zelo majhna. Med postopkom segrevanja pri varjenju in toplotne obdelave po varjenju v območju toplotnega vpliva po varjenju jekla P91 se bodo procesi trdne raztopine in obarjanja VN pojavili zaporedno: Med segrevanjem pri varjenju Vsebnost dušika v avstenitni strukturi, ki nastane pri vplivu toplote cona se poveča zaradi raztapljanja VN. Po tem se poveča stopnja prenasičenosti v normalni temperaturni strukturi in med kasnejšo toplotno obdelavo po varjenju se izloča fini VN, kar poveča strukturno stabilnost. , izboljšanje vrednosti trajne trdnosti toplotno prizadetega območja. Po drugi strani pa jeklo P91 vsebuje tudi majhno količino A1, dušik pa lahko z njim tvori A1N. A1N se raztopi v matriki samo v velikih količinah nad 1100 stopinjami in se ponovno obori pri nižjih temperaturah, kar lahko doseže boljši učinek krepitve disperzije.

③ Dodajanje kroma je predvsem za izboljšanje odpornosti proti oksidaciji in odpornosti proti koroziji toplotno odpornega jekla. Ko je vsebnost kroma manjša od 5 %, se začne silovita oksidacija pri 600 stopinjah in ko vsebnost kroma doseže 5 %, ima dobro odpornost proti oksidaciji. Jeklo 12Cr1MoV ima dobro odpornost proti oksidaciji pod 580 stopinjami, z globino korozije 0,05 mm/a. Njegovo delovanje se začne slabšati pri 600 stopinjah, z globino korozije 0,13 mm/a. Vsebnost kroma v P91 se poveča na približno 9%, delovna temperatura pa lahko doseže 650 stopinj. Glavni ukrep je raztopiti več kroma v matrici.
④ Vanadij in niobij sta močna elementa, ki tvorita karbid. Ko jih dodamo, lahko z ogljikom tvorijo fine in stabilne legirane karbide, ki imajo močan učinek disperzijske krepitve.
⑤Glavni namen dodajanja molibdena je izboljšati toplotno trdnost jekla in igrati vlogo krepitve trdne raztopine.

Postopek toplotne obdelave cevi iz zlitine A335 P91
Končna toplotna obdelava P91 je normalizacija + popuščanje pri visoki temperaturi. Normalizacijska temperatura je 1040 stopinj, čas zadrževanja ni krajši od 10 minut. Temperatura kaljenja je 730 ~ 780 stopinj, čas zadrževanja ni krajši od 1 ure. Struktura po končni toplotni obdelavi je kaljena. Požarni martenzit.
Mehanske lastnosti cevi iz zlitine A335 P91
Normalna temperaturna natezna trdnost jekla P91 je večja ali enaka 585 MPa, normalna temperaturna meja tečenja je večja ali enaka 415 MPa, trdota je manjša ali enaka 250 HB, raztezek (standardni krožni vzorec s 50 mm) je večja ali enaka 20 %, dovoljena vrednost napetosti [σ] pa je 650 stopinj =30 MPa.
Glede na formulo ekvivalenta ogljika, ki jo priporoča Mednarodno združenje za varjenje, je ekvivalent ogljika P91 1,631, varivost P91 pa je slaba.

• Težave pri varjenju A335 P91

1. Ustvarjanje utrjene strukture v območju toplotnega vpliva
Kritična hitrost hlajenja P91 je nizka, stabilnost avstenita pa odlična. Običajna transformacija perlita med ohlajanjem ni enostavna, zato se martenzitna transformacija pojavi pri ohlajanju na nižjo temperaturo. Zaradi tega je P91 zelo nagnjen k strjevanju in hladnemu razpokanju.
Ker imajo različna tkiva v območju toplotnega vpliva različne gostote, koeficiente raztezanja in različne oblike mreže, jih bo neizogibno spremljala različna prostorninska ekspanzija in krčenje med procesi segrevanja in hlajenja; po drugi strani pa je zaradi neenakomerne in Zaradi visoke temperature notranja napetost zvarnega spoja P91 zelo velika.
Za P91 je avstenit zelo stabilen in ga je treba ohladiti na nižjo temperaturo (približno 400 stopinj), da se spremeni v martenzit. Groba martenzitna struktura je krhka in trda, spoji pa so pod kompleksnimi obremenitvenimi pogoji. Istočasno med postopkom ohlajanja zvara vodik difundira iz zvara v območje blizu šiva. Prisotnost vodika spodbuja martenzitno krhkost. Zaradi kombiniranih učinkov se v območju kaljenja zlahka ustvarijo hladne razpoke.
2. Rast zrn v toplotno prizadetem območju
Varilni termični cikel ima pomemben vpliv na rast zrn v toplotno prizadetem območju zvarilnega spoja, zlasti v območju taljenja, ki meji na najvišjo temperaturo segrevanja. Ko je hitrost hlajenja majhna, se bodo v območju toplotnega vpliva varjenja pojavile grobe masivne strukture ferita in karbida, kar bo znatno zmanjšalo plastičnost jekla; ko je hitrost hlajenja velika, se bo zaradi nastajanja grobe martenzitne strukture zmanjšala tudi plastičnost jekla. Zmanjša se plastičnost zvarnih spojev.
3. Ustvarjanje mehčalne plasti
Ko je jeklo P91 varjeno v kaljenem in popuščenem stanju, je neizogibna proizvodnja mehčalne plasti v toplotno prizadetem območju, mehčanje pa je resnejše kot pri perlitnem jeklu, odpornem na vročino. Ko sta hitrosti segrevanja in hlajenja nižji, je stopnja mehčanja večja. Poleg tega širina zmehčanega sloja in njegova oddaljenost od talilne črte nista povezani le s pogoji ogrevanja in značilnostmi varjenja, temveč tudi s predgretjem, toplotno obdelavo po varjenju itd.
4. Razpoke zaradi napetostne korozije
Pred toplotno obdelavo jekla P91 po varjenju temperatura hlajenja na splošno ni nižja od 100 stopinj. Če se ohladi na sobno temperaturo in je okolje razmeroma vlažno, zlahka pride do razpok zaradi napetostne korozije. Nemški predpisi: pred toplotno obdelavo po varjenju ga je treba ohladiti pod 150 stopinj. Če je obdelovanec debel, ima kotne zvare in ima slabe geometrijske dimenzije, temperatura hlajenja ne sme biti nižja od 100 stopinj. Če je ohlajen na sobno temperaturo, je strogo prepovedano, da bi bil moker, sicer zlahka pride do razpok zaradi napetostne korozije.