Т91 сплав сталі труби

T91 сплаву сталі труби є видом сталі труби, T91 сталі є новим типом Марсенітичної теплостійкої сталі, розробленої в співпраці з Національною лабораторією США, як Tree Ridge Laboratory і Металургічної матеріальної лабораторії американської інженерної компанії спалювання. Це зменшення вмісту вуглецю на основі сталі 121MoV, строго обмеження вмісту сірки, фосфору, додавання невеликої кількості ванаду, ніобію для легування. Згідно з ASTM 213/A213M-85C, хімічний склад сталі T91 показаний в таблиці 1. Німецька сталь відповідає номеру X10CrMoVNNb91, японська сталь - HCM95, а французька - TUZ10CDVNb0901. Таблиця 1 % хімічного складу сталі T91

T91 сплав сталі труби елементи зміст

С 0,08-0,12

Мн 0,30-0,60

П ≤0,02

З ≤0,01

Сі 0,20-0,50

Кр 8.00-9.50

Мо 0,85-1,05

В 0,18-0,25

Нб 0,06-0,10

N 0,03-0,07

Ні ≤0,40

Всі елементи сплаву в сталі T91 відповідно грають посилення твердого розчину, посилення диффузії та підвищення антиоксидантності та корозійної стійкості сталі, конкретний аналіз наступний.

1 вуглець є найбільш очевидним елементом зміцнення твердого розчинного ефекту сталі, з збільшенням вмісту вуглецю, короткострокова міцність сталі збільшується, пластичність, стійкість зменшується, для такої мартеністичної сталі, як T91, збільшення вмісту вуглецю прискорить кулізацію вуглецю та швидкість агрегації, прискорить перерозподіл елементів сплаву, зменшити зварювальність, корозійну стійкість та антиоксидантність сталі, тому теплостійка сталь, як правило, хоче зменшити вміст вуглецю, але Сталь T91 зменшує вміст вуглецю на 20% в порівнянні зі сталлю 12Cr1MoV, що визначається з урахуванням впливу вищезгаданих факторів.

Сталь T91 містить слідкову кількість азоту, роль азоту відображається в двох аспектах. З одного боку, зміцнює твердий розчин, розчинність азоту в сталі при нормальній температурі дуже невелика, зона теплового впливу після зварювання T91 сталі в процесі нагрівання зварювання та теплової обробки після зварювання з'явиться твердий розчин VN та процес осадки: при нагріванні зварювання в зоні теплового впливу утворені австенітні тканини через розчин VN, вміст азоту збільшується, після цього рівень З іншого боку, сталь T91 також містить невелику кількість A1, азот може утворювати A1N, A1N при більш ніж 1 100 ° C розчиняється в мастері, при нижчій температурі знову випадає, може грати кращий ефект посилення диффузії.

3 Додавання хрому в основному для поліпшення антиоксидантності теплостійкої сталі, корозійної стійкості, вміст хрому менше 5%, 600 ° C починає сильне окислення, а вміст хрому до 5% має хорошу антиоксидантність. 12Cr1MoV сталь має хорошу антиоксидантність нижче 580 ° C, глибина корозії 0,05 мм / а, продуктивність починає погіршитися при 600 ° C, глибина корозії 0,13 мм / а. Вміст хрому T91 збільшився до приблизно 9%, температура використання може досягти 650 ° C, головним заходом є розчинення більше хрому в субстраті.

Ванадій і ніоб є сильними елементами, що утворюють вуглецю, після додавання вони можуть утворювати невеликий і стабільний сплав вуглецю, який має сильний ефект зміцнення диффузії.

5 Додавання молибдену в основному для підвищення теплової міцності сталі, грає роль зміцнення твердого розчину.

2.2 Теплова обробка

Остаточна теплова обробка T91 є позитивним вогнем + високотемпературним відпаленням, температура позитивного вогню становить 1040 ° C, час ізоляції не менше 10 хвилин, температура відпалення становить 730 ~ 780 ° C, час ізоляції не менше 1 години, кінцева теплова обробка після організації відпалення мартеніту.

2.3 Механічні властивості

Міцність на розтяження при нормальній температурі сталі T91 ≥ 585 МПа, міцність на піддання при нормальній температурі ≥ 415 МПа, жорсткість ≤ 250 HB, розтяження (стандартна кругла зразка з 50 мм) 20%, допустиме значення напруги [σ] 650 ℃ = 30 МПа.

2.4 Зварювальні властивості

Згідно з формулою еквіваленту вуглецю, рекомендованою Міжнародним інститутом зварювання, еквівалент вуглецю T91

Побачається погана зварювальність T91.

3 Проблеми при зварюванні T91

3.1 Витворення втверджених тканин в зоні теплового впливу

Як видно з рисунку 1, критична швидкість охолодження T91 є низькою, австенітна стабільність є великою, при охолодженні не легко відбувається нормальне перетворення перлинного тіла, тому при охолодженні до нижчої температури відбувається марсінітне перетворення. Саме через це T91 має велику тенденцію до втвердження та холодного розриву.

Оскільки різні тканини в зоні теплового впливу мають різну щільність, коефіцієнт розширення та різні форми кристальної сітки, процес нагрівання та охолодження неминуче супроводжується різним розширенням та скороченням об'єму; З іншого боку, через нерівномірне нагрівання зварювання та високу температуру, внутрішня напруга зварювального з'єднання T91 велика.

Для T91 австеніт є дуже стабільним, тому його необхідно охолодити до більш низької температури (близько 400 ° C), щоб перетворитися на марсініт. Великі мартенітні тканини крихкі і жорсткі, а з'єднання знаходиться в складному стані напруги. У той же час, водень під час охолодження зварювального шву розповсюджується з зварювального шву до близької зони шву, наявність водню сприяє крихкості мартеніту, в результаті його синтезу легко виникає холодна тріщина в затвердженій зоні.

3.2 Зростання зерна в зоні теплового впливу

Тепловий цикл зварювання має значний вплив на зростання зерна в зоні теплового впливу зварювальної голови, особливо безпосередньо поруч з зоною плавлення, де температура нагрівання досягає найвищої. Коли швидкість охолодження є меншою, в зоні теплового впливу зварювання з'являються великі блокові феритні та карбідні тканини, що значно зменшує пластичність сталі; Коли швидкість охолодження велика, через виробництво великої марсенітної тканини, це також зменшить пластичність зварювальних з'єднань.

3.3 Потворення пом'якшення

Сталь T91 зварюється в стані регулювання, зона теплового впливу створює неминучий шар пом'якшення, і пом'якшення є більш серйозним, ніж теплова сталь, стійка до перлинного тіла. Коли швидкість нагріву та охолодження є повільнішою, рівень пом'якшення є більшим. Крім того, ширина пом'якшення шару і його відстань від лінії плавлення пов'язані не тільки з умовами нагрівання і характеристиками зварювання, але й з попереднім нагріванням, тепловою обробкою після зварювання тощо. Харбінський котельний завод випробував криву твердості зони теплового впливу зварювання T91, див. рисунок 2.

3.4 Натискові корозійні тріщини

Сталь T91 перед тепловою обробкою після зварювання, температура охолодження, як правило, не нижча 100 ° C, якщо охолодження при кімнатній температурі, а середовище є більш вологим, легко виникає стресові корозійні тріщини. Німеччина вимагає, щоб теплова обробка після зварювання була охолоджена до 150 ° C. При наявності товстих, кутних зварних швів та поганих геометричних розмірах, температура охолодження не нижча 100 ° C. Якщо охолодження при кімнатній температурі, вологість строго заборонена, в іншому випадку легко виникають стресові корозійні тріщини.

4 Процес зварювання сталі T91

4.1 Вибір температури попереднього нагрівання

Точка Ms сталі T91 становить близько 400 ° C, температура попереднього нагріву, як правило, вибирається від 200 до 250 ° C. Температура попереднього нагрівання не може бути занадто висока, в іншому випадку швидкість охолодження з'єднання зменшується, що може викликати випадження карбіду на кристальному межі зварювального з'єднання та утворення феритної тканини, що значно зменшує стійкість зварювального з'єднання сталі до удару при кімнатній температурі. Нижня межа температури попереднього нагрівання добре пояснюється випробуваннями на вставці, проведеними на котельному заводі в Харбіні.

Випробувальна паличка з сталі T91, діаметр 8 мм, глибина 0,5 мм, підлогова пластина з сталі 13CrMo, товщина 20 мм, випробування проводиться в умовах без попереднього нагріву, попереднього нагріву 150 ° C, попереднього нагріву 200 ° C, попереднього нагріву 250 ° C. Використовується J707. Зварювальний струм 165-170 А, напруга дуги 21-267 В, результати випробування показані в таблиці 2.

Таблиця 2 Результати випробування T91

випробування

умовні зразки

Рівень стресу

Час перерви / MPa

/ хвилину

Без загріву 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440 Неперервений

Перегрівання 150 ℃ 4 421.4 8.1 1260

5 354.8 120 Неперерваний

Перенагрівання 200 ℃ 6 465.2 8.6 1440 Неперервений

7 482.7 8.1 438

8 539 7,9 313

Перегрівання 250 ℃ 9 539 8.2 1440 Неперервено

10 600 8.0 1440 Неперервений

Відомо з вищезгаданих результатів випробування, що при умовах без попереднього нагріву критичне напруження зварювального з'єднання з сталі T91 становить 176,4 МПа; При попередньому нагріванні до 150 ° C критичне напруження становить 354,8 МПа, що становить 85,4% від межі регулярної температури здатності сталі T91 415 МПа; При попередньому нагріванні вище 200 ℃, критичне напруження перевищує 460 МПа, що перевищує межу нормальної температури здатності сталі T91. Таким чином, щоб уникнути холодних тріщин під час зварювання сталі T91, температура попереднього нагріву повинна бути не нижче 200 ° C, Німеччина встановлює температуру попереднього нагріву 180 ~ 250 ° C, американська компанія CE встановлює температуру попереднього нагріву 120 ~ 205 ° C.

4.2 Вибір температури між шарами

Міжшарова температура не повинна бути нижче нижньої межі температури попереднього нагріву, але, як і вибір температури попереднього нагріву, міжшарова температура не повинна бути занадто висока. Температура між шарами при зварюванні T91, як правило, контролюється від 200 до 300 ° C. Франція вимагає, щоб температура між шарами не перевищувала 300 градусів. Сполучені Штати вважають, що температура між шарами може бути в межах 170-230 градусів.

4.3 Вибір початкової температури після зварювання

T91 вимагає охолодження після зварювання нижче точки Ms і тримати певний час після відпалення, швидкість охолодження після зварювання становить 80-100 ° C / год. Якщо не ізоляція, аустенітна тканина з'єднання може не повністю перетворитися, нагрівання відпалення призводить до осадки карбіду уздовж аустенітної кристальної межі, яка є крихкою. Але після зварювання T91 не дозволяється охолоджувати до кімнатної температури, тому що при охолодженні зварювального з'єднання до кімнатної температури виникає небезпека холодних тріщин. Для T91 оптимальна початкова температура становить 100-150 ° C і ізоляція 1 год, що в основному забезпечує завершення перетворення тканини.

4.4 Вибір температури вогню, термостату, швидкості охолодження вогню

Сталь T91 має велику тенденцію до холодного тріщини, при певних умовах вона легко виникає з затримкою тріщини, тому зварювальні з'єднання повинні бути відпалені протягом 24 годин після зварювання. T91 після зварювання стан організації є пластиновим марсенітом, після відпалення може бути перетворений на відпалений марсеніт, його продуктивність переважна за пластиновий марсеніт. При низькій температурі запалювання ефект запалювання не очевидний, метал зварного шву легко старіє і крихкий; При занадто високій температурі віджигання (понад провід AC1), з'єднання може знову австенітизоватися і знову втвердитися під час подальшого процесу охолодження. У той же час, як описано вище в цій статті, визначення температури запалення також повинно враховувати вплив шару пом'якшення з'єднання. Загалом, температура відпалення T91 становить 730-780 ° C.

T91 термостат після зварювання не менше 1 години, щоб забезпечити повне перетворення його тканини на запалений мартеніт.

Для зменшення залишкового напруги зварювального з'єднання з сталі T91 необхідно контролювати швидкість охолодження менше 5 ° C / хв. Процес зварювання сталі T91 представлений на рисунку 3.

Попереднє нагрівання до 200-250 ℃; ② зварювання, міжшарова температура 200-300 ℃; ② охолодження після зварювання, швидкість 80 ~ 100 ℃ / год;

5 Приклади застосування сталі T91 в теплових електростанціях провінції Гуандун

Перший навчальний центр зварювання Управління електроенергетики провінції Гуандун провев оцінку процесу зварювання труби T91 з діаметром Φ42 мм × 5 мм. Температура попереднього нагріву становить 200 ° C, після зварювання охолоджується до 150 ° C, після 1 години ізоляції відпалюється, температура відпалювання становить 750 ~ 780 ° C, ізоляція 1 год, швидкість охолодження менше 5 ° C / хвилину. Після зварювання зразка здійснюється зовнішня перевірка, перевірка розриву, випробування без пошкодження, випробування розтягування та вигинуття, результати кваліфіковані, що також свідчить про те, що вищезгаданий процес зварювання є ефективним.

Вищезгаданий процес зварювання був успішно застосований в зовнішніх кольцях високотемпературних нагрівачів на заводі "Каунг А" та електростанціях округу Мей. Після застосування сталі T91 на цих електростанціях частота аварій, викликаних надтемпературою, значно зменшилася.

6 Висновки

①T91 сталь спирається на принцип легування, особливо додається невелика кількість ніобію, ванадію та інших мікроелементів, міцність при високих температурах, антиоксидантність сталі 12 Cr1MoV значно покращується, але його швидкість зварювання погана.

2 випробування вставки показують, що сталь T91 має велику тенденцію до холодного тріщини, вибір попереднього нагрівання 200 ~ 250 ° C, міжшарова температура 200 ~ 300 ° C, може ефективно запобігти холодному тріщині.

Перед тепловою обробкою після зварювання T91 необхідно охолодити до 100 ~ 150 ° C, ізоляція 1 год; температура відпалення 730 ~ 780 ° C, час ізоляції не менше 1 години.

Вищезазначений процес зварювання був застосований у виробничій практикі виробництва котлів 200 МВт і 300 МВт, щоб досягти задовольних результатів та отримати більшу економічну вигоду. Сталева труба - це довга сталева стрічка з порожнім перерізом без шовів. Сталеві труби мають порожній переріз, які в великій кількості використовуються як трубопроводи для транспортування рідин, таких як трубопроводи для транспортування нафти, газу, газу, води та деяких твердих матеріалів. У порівнянні з твердою сталлю, такою як кругла сталь, сталеві труби мають таку ж міцність проти викинуття, меншу вагу, є економічною сталлю, яка широко використовується для виробництва конструкційних частин та механічних деталей, таких як нафтові бурові прути, автомобільні приводні валі, велосипедні рами та сталеві підстави, що використовуються в будівництві. Виробництво кільцевих деталей з сталевими трубами може покращити використання матеріалу, спростити виробничий процес, економити матеріал та час обробки, такі як обкладинки прокатних підшипників, обкладинки джека тощо, в даний час широко використовуються сталеві труби для виробництва. Сталеві труби є необхідним матеріалом для всіх видів звичайної зброї, пістолетні труби, патрони тощо повинні бути виготовлені з сталі. Сталеві труби можуть бути розділені на круглі і формовані труби за формою поперечного перерізу. Оскільки при рівних умовах периметру круга має найбільшу площу, за допомогою кругових труб можна транспортувати більше рідини. Крім того, круглий переріз піддається більш рівномірному тиску під час внутрішнього або зовнішнього радіального тиску, тому переважна більшість сталевих труб є круглими. Формула розрахунку ваги труби сплаву: [(зовнішній діаметр - товщина стінки) * товщина стінки] * 0,02466 = кг / м (вага на метр)