A335 P91 cijev od legure

• A335 P91 primjena cijevi od legure

Može se koristiti kao čelične cijevi za visokotemperaturne pregrijače i pregrijače subkritičnih i superkritičnih kotlova sa temperaturama zida manjim ili jednakim 625 stepeni, kao i visokotemperaturne kolektore i parne cijevi sa temperaturama zida manjim ili jednakim 600 stepeni. . Može se koristiti i kao izmjenjivači topline za nuklearnu energiju i cijevi peći jedinice za krekiranje nafte.
Standard: ASTM A213 ASTM A335
Vlačna čvrstoća: veća ili jednaka 585 (MPa)
Granica tečenja: veća ili jednaka 415 (MPa)
Izduženje: veće ili jednako 20 (%)
P91 čelik je nova vrsta martenzitnog čelika otpornog na toplinu koji su zajednički razvili Nacionalna laboratorija Xiangshuling i Laboratorija za metalurške materijale korporacije za inženjerstvo sagorijevanja iz Sjedinjenih Država. Bazira se na 9Cr1MoV čeliku kako bi se smanjio sadržaj ugljika, striktno ograničio sadržaj sumpora i fosfora i dodala mala količina vanadija i niobijuma za legiranje. Prema ASTM213/A213M-85C, hemijski sastav čelika P91 prikazan je u tabeli 1.
Njemački broj čelika koji odgovara čeliku P91 je X10CrMoVNNb91, japanski broj čelika je HCM95, a francuski broj čelika je TUZ10CDVNb0901.

• Uloga svakog legirajućeg elementa u A335 P91

Oni, odnosno, igraju ulogu jačanja čvrstog rastvora, disperzijskog ojačanja i poboljšanja otpornosti čelika na oksidaciju i koroziju. Konkretna analiza je sljedeća.
① Ugljik je element s najočitijim efektom jačanja čvrstog rastvora u čeliku. Kako se sadržaj ugljika povećava, kratkoročna čvrstoća čelika se povećava, a plastičnost i žilavost se smanjuju. Za martenzitne čelike kao što je P91, povećanje sadržaja ugljika će ubrzati sferoidizaciju i brzinu agregacije karbida, ubrzati preraspodjelu legiranih elemenata i smanjiti zavarljivost, otpornost na koroziju i otpornost na oksidaciju čelika. Stoga se čelik otporan na toplinu općenito nada da će smanjiti sadržaj ugljika, ali ako je sadržaj ugljika prenizak, Intenzitet čelika će se smanjiti. U poređenju sa čelikom 12Cr1MoV, čelik P91 ima 20% manji sadržaj ugljika, što je određeno sveobuhvatnim razmatranjem gore navedenih faktora.
②P91 čelik sadrži azot u tragovima, a uloga dušika se ogleda u dva aspekta. S jedne strane, igra ulogu jačanja čvrstog rastvora. Rastvorljivost dušika u čeliku na sobnoj temperaturi je vrlo mala. Tokom procesa zagrevanja zavarivanja i termičke obrade nakon zavarivanja u zoni uticaja toplote nakon zavarivanja čelika P91, procesi čvrstog rastvora i taloženja VN će se odvijati sukcesivno: Tokom zagrevanja zavarivanja Sadržaj azota u austenitnoj strukturi formiran u toplotnom uticaju zona se povećava zbog rastvaranja VN. Nakon toga, stepen prezasićenosti u strukturi normalne temperature raste, a fini VN se taloži tokom naknadne termičke obrade nakon zavarivanja, što povećava stabilnost strukture. , poboljšavajući vrijednost trajne čvrstoće zone zahvaćene toplinom. S druge strane, čelik P91 također sadrži malu količinu A1, a dušik sa njim može formirati A1N. A1N se samo rastvara u matrici u velikim količinama iznad 1100 stepeni, i ponovo se taloži na nižim temperaturama, što može postići bolji efekat jačanja disperzije.

③ Dodavanje hroma je uglavnom za poboljšanje otpornosti na oksidaciju i koroziju čelika otpornog na toplotu. Kada je sadržaj hroma manji od 5%, nasilna oksidacija počinje na 600 stepeni, a kada sadržaj hroma dostigne 5%, ima dobru otpornost na oksidaciju. 12Cr1MoV čelik ima dobru otpornost na oksidaciju ispod 580 stepeni, sa dubinom korozije od 0,05 mm/a. Njegove performanse počinju da se pogoršavaju na 600 stepeni, sa dubinom korozije od 0,13 mm/a. Sadržaj hroma u P91 je povećan na oko 9%, a radna temperatura može dostići 650 stepeni. Glavna mjera je rastvaranje više hroma u matrici.
④ Vanadijum i niobijum su jaki elementi koji formiraju karbide. Kada se dodaju, mogu formirati fine i stabilne legirane karbide sa ugljikom, koji imaju snažan efekat disperzionog jačanja.
⑤Glavna svrha dodavanja molibdena je poboljšati toplinsku čvrstoću čelika i igrati ulogu jačanja čvrstog rastvora.

A335 P91 proces toplinske obrade cijevi od legure
Završna termička obrada P91 je normalizacija + kaljenje na visokim temperaturama. Temperatura normalizacije je 1040 stepeni, vreme zadržavanja nije manje od 10 min. Temperatura kaljenja je 730~780 stepeni, vreme držanja nije manje od 1h. Konstrukcija se nakon završne termičke obrade temperira. Vatreni martenzit.
Mehanička svojstva cijevi od legure A335 P91
Normalna temperaturna vlačna čvrstoća čelika P91 je veća ili jednaka 585 MPa, normalna temperatura tečenja je veća ili jednaka 415 MPa, tvrdoća je manja ili jednaka 250 HB, istezanje (standardni kružni uzorak sa 50 mm širine) je veći ili jednak 20%, a dozvoljena vrijednost naprezanja [σ] je 650 stepeni =30 MPa.
Prema formuli ekvivalenta ugljika koju preporučuje Međunarodno društvo za zavarivanje, ekvivalent ugljika za P91 je 1,631, a zavarljivost P91 je loša.

• Problemi pri zavarivanju A335 P91

1. Stvaranje očvrsle strukture u zoni toplotnog uticaja
Kritična brzina hlađenja P91 je niska, a stabilnost austenita odlična. Normalnu perlitnu transformaciju nije lako ostvariti tokom hlađenja, pa se martenzitna transformacija dešava pri hlađenju na nižu temperaturu. Zbog toga, P91 ima veliku tendenciju stvrdnjavanja i hladnog pucanja.
Budući da različita tkiva u zoni zahvaćene toplotom imaju različite gustine, koeficijente ekspanzije i različite oblike rešetke, neminovno će biti praćena različitim volumnim širenjem i kontrakcijom tokom procesa grejanja i hlađenja; s druge strane, zbog neravnomjernosti i zbog visoke temperature, unutrašnji napon zavarenog spoja P91 je vrlo velik.
Za P91, austenit je veoma stabilan i treba ga ohladiti na nižu temperaturu (oko 400 stepeni) da bi se pretvorio u martenzit. Gruba martenzitna struktura je krta i tvrda, a spojevi su pod složenim uslovima naprezanja. Istovremeno, tokom procesa hlađenja zavara, vodonik difunduje iz šava u područje blizu šava. Prisustvo vodonika pospješuje krhkost martenzita. Kao rezultat njegovog kombinovanog dejstva, hladne pukotine se lako stvaraju u zoni gašenja.
2. Rast zrna u zoni zahvaćenom toplotom
Termički ciklus zavarivanja ima značajan uticaj na rast zrna u zoni zavarenog spoja zahvaćenom toplotom, posebno u zoni fuzije koja se nalazi u blizini najviše temperature grejanja. Kada je brzina hlađenja mala, u zoni zavarivanja toplinom će se pojaviti grube masivne feritne i karbidne strukture, što će značajno smanjiti plastičnost čelika; kada je brzina hlađenja velika, zbog stvaranja grube martenzitne strukture, plastičnost čelika će se također smanjiti. Smanjuje se plastičnost zavarenih spojeva.
3. Stvaranje sloja za omekšavanje
Kada se čelik P91 zavari u kaljenom i kaljenom stanju, neizbježno je stvaranje sloja za omekšavanje u zoni utjecaja topline, a omekšavanje je ozbiljnije nego kod perlitnog čelika otpornog na toplinu. Kada su brzine grijanja i hlađenja sporije, stepen omekšavanja je veći. Osim toga, širina omekšanog sloja i njegova udaljenost od linije spajanja nisu vezani samo za uvjete grijanja i karakteristike zavarivanja, već i za predgrijavanje, termičku obradu nakon zavarivanja itd.
4. Pucanje od korozije pod naponom
Prije termičke obrade čelika P91 nakon zavarivanja, temperatura hlađenja općenito nije niža od 100 stupnjeva. Ako se hladi na sobnoj temperaturi i okolina je relativno vlažna, lako će doći do pucanja korozije pod naponom. Nemački propisi: mora se ohladiti na ispod 150 stepeni prije termičke obrade nakon zavarivanja. Kada je radni komad debeo, ima kutne zavare i loše geometrijske dimenzije, temperatura hlađenja ne bi trebalo da bude niža od 100 stepeni. Ako se hladi na sobnoj temperaturi, strogo je zabranjeno da bude mokar, inače će lako doći do pucanja korozije pod naprezanjem.