ASME SA213 T91: Hvor meget ved du?
Baggrund & Introduktion
ASME SA213 T91, stålnummeret i ASME SA213/SA213M standard, tilhører det forbedrede 9Cr-1Mo stål, som blev udviklet fra 1970'erne til 1980'erne af US Rubber Ridge National Laboratory og Metallurgical Materials Laboratory i US Combustion Engineering Corporation i samarbejde. Udviklet baseret på det tidligere 9Cr-1Mo stål, brugt i atomkraft (kan også bruges i andre områder) højtemperatur tryksatte dele materialer, er tredje generation af varmstyrke stålprodukter; dets hovedtræk er at reducere kulstofindholdet, i begrænsningen af de øvre og nedre grænser for kulstofindholdet, og en mere stringent kontrol af indholdet af resterende elementer, såsom P og S, på samme tid, tilføje et spor af 0,030-0,070% af N, og spor af de faste hårdmetaldannende elementer 0,18-0,25% af V og 0,06-0,10% af Nb, for at forfine kornkravene og derved forbedre den plastiske sejhed og svejsbarheden af stål, forbedre stålets stabilitet af stål ved høje temperaturer, efter denne multi-kompositforstærkning, dannelsen af en ny type martensitisk højkrom varmebestandigt legeret stål.
ASME SA213 T91, der normalt producerer produkter til rør med lille diameter, bruges hovedsageligt i kedler, overhedere og varmevekslere.
Internationale tilsvarende kvaliteter af T91 stål
|
Land |
USA | Tyskland | Japan | Frankrig | Kina |
| Tilsvarende stålkvalitet | SA-213 T91 | X10CrMoVNNb91 | HCM95 | TUZ10CDVNb0901 | 10Cr9Mo1VNbN |
Vi vil genkende dette stål fra flere aspekter her.
I. Kemisk sammensætning af ASME SA213 T91
| Element | C | Mn | P | S | Si | Cr | Mo | Ni | V | NB | N | Al |
| Indhold | 0.07-0.14 | 0.30-0.60 | ≤0,020 | ≤0,010 | 0.20-0.50 | 8.00-9.50 | 0.85-1.05 | ≤0,40 | 0.18-0.25 | 0.06-0.10 | 0.030-0.070 | ≤0,020 |
II. Præstationsanalyse
2.1 Legeringselementers rolle på materialeegenskaberne: T91 stållegeringselementer spiller en solid løsningsforstærkende og diffusionsstyrkende rolle og forbedrer stålets oxidations- og korrosionsbestandighed, analyseret eksplicit som følger.
2.1.1 Kulstof er den mest tydelige styrkende effekt af faste opløsninger af stålelementer; med stigningen i kulstofindhold, den kortsigtede styrke af stål, plasticitet og sejhed fald, T91 sådant stål, vil stigningen i kulstofindhold accelerere hastigheden af carbid sfæroidisering og aggregeringshastighed, accelerere omfordelingen af legeringselementer, reducere stålets svejsbarhed, korrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed, så varmebestandigt stål generelt ønsker at reducere mængden af kulstofindhold. Alligevel vil styrken af stål blive reduceret, hvis kulstofindholdet er for lavt. T91-stål har sammenlignet med 12Cr1MoV-stål et reduceret kulstofindhold på 20%, hvilket er en nøje overvejelse af virkningen af ovenstående faktorer.
2.1.2 T91 stål indeholder spor af nitrogen; nitrogens rolle afspejles i to aspekter. På den ene side, rollen af fast opløsning styrkelse, nitrogen ved stuetemperatur i stålopløseligheden er minimal, T91 stål svejset varmepåvirket zone i processen med svejsning opvarmning og post-svejsning varmebehandling, vil der være en række faste stoffer opløsning og udfældningsproces af VN: Svejsevarme varmepåvirket zone er blevet dannet inden for den austenitiske organisation på grund af opløseligheden af VN, nitrogenindholdet stiger, og derefter stiger graden af overmætning i organiseringen af rumtemperaturen i efterfølgende varmebehandling af svejsningen er der let VN-udfældning, hvilket øger stabiliteten af organisationen og forbedrer værdien af den varige styrke af den varmepåvirkede zone. På den anden side indeholder T91 stål også en lille mængde A1; nitrogen kan dannes med sin A1N, A1N i mere end 1 100 ℃ kun et stort antal af opløst i matrixen, og derefter genudfældet ved lavere temperaturer, hvilket kan spille en bedre diffusionsstyrkende effekt.
2.1.3 tilføje krom hovedsagelig for at forbedre oxidationsbestandigheden af varmebestandigt stål, korrosionsbestandighed, kromindhold på mindre end 5%, 600 ℃ begyndte at oxidere voldsomt, mens mængden af kromindhold op til 5% har en fremragende oxidationsmodstand. 12Cr1MoV stål i de følgende 580 ℃ har en god oxidationsmodstand, dybden af korrosion på 0,05 mm/a, 600 ℃, når ydeevnen begyndte at forringes, dybden af korrosion på 0,13 mm/a. T91 indeholdende chromindhold på 1 100 ℃ før et stort antal opløst i matrixen, og ved lavere temperaturer og genudfældning kan spille en lyddiffusionsstyrkende effekt. /T91 chromindhold steget til omkring 9%, brugen af temperaturen kan nå 650 ℃, den primære foranstaltning er at gøre matrixen opløst i mere chrom.
2.1.4 vanadium og niobium er vitale carbiddannende grundstoffer. Når det tilsættes for at danne et fint og stabilt legeret carbid med Carbon, er der en solid diffusionsforstærkende effekt.
2.1.5 Tilsætning af molybdæn forbedrer hovedsageligt stålets termiske styrke og styrker faste opløsninger.
2.2 Mekaniske egenskaber
T91 billet har efter den afsluttende varmebehandling til normalisering + højtemperaturtempering en trækstyrke ved stuetemperatur ≥ 585 MPa, rumtemperatur flydespænding ≥ 415 MPa, hårdhed ≤ 250 HB, forlængelse (50 mm afstand mellem standard cirkulær prøve) ≥ 20%, den tilladte spændingsværdi [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
Varmebehandlingsproces: normaliseringstemperatur på 1040 ℃, holdetid på ikke mindre end 10 minutter, anløbstemperatur på 730 ~ 780 ℃, holdetid på ikke mindre end en time.
2.3 Svejseydelse
I overensstemmelse med International Welding Institutes anbefalede kulstofækvivalentformel er T91 stålkulstofækvivalent beregnet til 2.43%, og den synlige T91-svejsbarhed er dårlig.
Stålet har ikke tendens til at genopvarme Revner.
2.3.1 Problemer med T91-svejsning
2.3.1.1 Revner af hærdet organisation i den varmepåvirkede zone
T91 afkølingskritiske hastighed er lav, austenit er meget stabil, og afkøling sker ikke hurtigt under standard perlittransformation. Det skal afkøles til en lavere temperatur (ca. 400 ℃) for at blive omdannet til martensit og grov organisering.
Svejsning produceret af den varmepåvirkede zone i de forskellige organisationer har forskellige tætheder, ekspansionskoefficienter, og forskellige gitterformer i opvarmnings- og afkølingsprocessen vil uundgåeligt blive ledsaget af forskellig volumenudvidelse og sammentrækning; på den anden side har opvarmningen på grund af svejsningen ujævne og højtemperaturegenskaber, så de T91 svejsede samlinger er enorme interne belastninger. Hærdede grove martensitorganiseringssamlinger, der er i en kompleks stresstilstand, på samme tid, svejseafkølingsprocessen hydrogendiffusion fra svejsningen til nærsømmeområdet, tilstedeværelsen af brint har bidraget til martensitskørhed, denne kombination af effekter, det er let at producere kolde revner i det slukkede område.
2.3.1.2 Varmepåvirket zone kornvækst
Termisk svejsning påvirker kornvæksten væsentligt i den varmepåvirkede zone af svejsede samlinger, især i smeltezonen umiddelbart ved siden af den maksimale opvarmningstemperatur. Når afkølingshastigheden er mindre, vil den svejste varmepåvirkede zone fremstå grov massiv ferrit- og karbidorganisation, således at stålets plasticitet falder betydeligt; afkølingshastigheden er betydelig på grund af produktionen af grov martensitorganisation, men også plasticiteten af svejsede samlinger vil blive reduceret.
2.3.1.3 Generering af blødgjort lag
T91 stål svejset i hærdet tilstand, den varmepåvirkede zone producerer et uundgåeligt blødgørende lag, som er mere alvorligt end blødgøring af perlit varmebestandigt stål. Blødgøring er mere bemærkelsesværdig, når du bruger specifikationer med langsommere opvarmnings- og afkølingshastigheder. Derudover er bredden af det blødgjorte lag og dets afstand fra smeltelinjen relateret til opvarmningsbetingelserne og karakteristikaene ved svejsning, forvarmning og varmebehandling efter svejsning.
2.3.1.4 Spændingskorrosionsrevner
T91 stål i post-svejsning varmebehandling før køletemperaturen er generelt ikke mindre end 100 ℃. Hvis afkølingen er ved stuetemperatur, og miljøet er relativt fugtigt, er det let at spændekorrosionsrevner. Tyske regler: Før varmebehandlingen efter svejsningen skal den afkøles til under 150 ℃. I tilfælde af tykkere emner, filetsvejsninger og dårlig geometri er køletemperaturen ikke mindre end 100 ℃. Hvis afkøling ved stuetemperatur og luftfugtighed er strengt forbudt, ellers er det let at producere spændingskorrosionsrevner.
2.3.2 Svejseproces
2.3.2.1 Svejsemetode: Manuel svejsning, wolfram-pol gas-skærmet eller smelte-pol automatisk svejsning kan anvendes.
2.3.2.2 Svejsemateriale: kan vælge WE690 svejsetråd eller svejsestang.
Valg af svejsemateriale:
(1) Svejsning af samme slags stål – hvis manuel svejsning kan bruges til at lave CM-9Cb manuel svejsestang, kan wolframgas-beskyttet svejsning bruges til at lave TGS-9Cb, smeltestang automatisk svejsning kan bruges til at lave MGS- 9Cb ledning;
(2) uens stålsvejsning – såsom svejsning med austenitisk rustfrit stål tilgængelige ERNiCr-3 svejsetilbehør.
2.3.2.3 Punkter for svejseproces:
(1) valget af forvarmningstemperatur før svejsning
T91 stål Ms punkt er omkring 400 ℃; forvarmningstemperatur er generelt valgt til 200 ~ 250 ℃. Forvarmningstemperaturen må ikke være for høj. Ellers reduceres fugeafkølingshastigheden, hvilket kan være forårsaget i de svejsede samlinger ved korngrænserne af hårdmetaludfældning og dannelsen af ferritorganisering, hvorved slagsejheden af de stålsvejsede samlinger ved stuetemperatur reduceres væsentligt. Tyskland giver en forvarmningstemperatur på 180 ~ 250 ℃; USCE giver en forvarmningstemperatur på 120 ~ 205 ℃.
(2) valg af svejsekanal / mellemlagstemperatur
Mellemlagstemperaturen må ikke være lavere end den nedre grænse for forvarmningstemperaturen. Stadig, som med valget af forvarmningstemperatur, kan mellemlagstemperaturen ikke være for høj.T91 svejsemellemlagstemperatur styres generelt til 200 ~ 300 ℃. Franske regler: mellemlagstemperaturen overstiger ikke 300 ℃. Amerikanske regler: mellemlagstemperaturen kan placeres mellem 170 ~ 230 ℃.
(3) valget af post-svejsning varmebehandling starttemperatur
T91 kræver afkøling efter svejsning til under Ms-punktet og holde i en vis periode før hærdningsbehandling, med en eftersvejsning afkølingshastighed på 80 ~ 100 ℃/t. Hvis den ikke er isoleret, vil den fælles austenitiske organisation muligvis ikke blive fuldstændig transformeret; tempererende opvarmning vil fremme karbidudfældning langs de austenitiske korngrænser, hvilket gør organisationen meget skør. T91 kan dog ikke afkøles til stuetemperatur før anløbning efter svejsning, fordi kold Revnedannelse er farlig, når dens svejsede samlinger afkøles til stuetemperatur. For T91 kan den bedste varmebehandling efter svejsning starttemperatur på 100 ~ 150 ℃ og holde i en time sikre fuldstændig organisationstransformation.
(4) varmebehandling efter svejsning tempereringstemperatur, holdetid, valg af anløbskølehastighed
Hærdningstemperatur: T91 ståls koldrevne tendens er mere signifikant, og under visse forhold er den tilbøjelig til forsinket revnedannelse, så de svejsede samlinger skal hærdes inden for 24 timer efter svejsning. T91 post-svejsning tilstand af organisationen af lægte martensit, efter anløbning, kan ændres til hærdet martensit; dens ydeevne er overlegen i forhold til lægtemartensiten. Tempereringstemperaturen er lav; tempereringseffekten er ikke synlig; svejsemetallet er let at ælde og skørt; tempereringstemperaturen er for høj (mere end AC1-linjen), kan samlingen austenitiseres igen, og i den efterfølgende afkølingsproces genkøles. Samtidig, som beskrevet tidligere i denne artikel, bør fastlæggelsen af hærdningstemperaturen også tage hensyn til påvirkningen af det fugeblødgørende lag. Generelt T91 temperering temperatur på 730 ~ 780 ℃.
Holdetid: T91 kræver en holdetid efter svejsning af anløbning på mindst en time for at sikre, at dens organisation er fuldstændig omdannet til hærdet martensit.
Anløbskølehastighed: For at reducere restspændingen af T91 stålsvejsede samlinger skal kølehastigheden være mindre end fem ℃/min.
Samlet set kan T91 stålsvejseprocessen i temperaturstyringsprocessen kort udtrykkes i figuren nedenfor:
Temperaturkontrolproces i svejseprocessen af T91 stålrør
III. Forståelse af ASME SA213 T91
3.1 T91 stål, ved legeringsprincippet, især tilsætning af en lille mængde niob, vanadium og andre sporelementer, forbedrer højtemperaturstyrken og oxidationsmodstanden betydeligt sammenlignet med 12 Cr1MoV stål, men dets svejseydelse er dårlig.
3.2 T91 stål har en større tendens til kold Revner under svejsning og skal forsvejses forvarmet til 200 ~ 250 ℃, hvorved mellemlagstemperaturen holdes på 200 ~ 300 ℃, hvilket effektivt kan forhindre kolde revner.
3.3 T91 stål eftersvejsning varmebehandling skal afkøles til 100 ~ 150 ℃, isolering en time, opvarmning og temperering temperatur til 730 ~ 780 ℃, isoleringstid på ikke mindre end en time, og endelig ikke mere end 5 ℃ / min. hastighed afkøling til stuetemperatur.
IV. Fremstillingsproces for ASME SA213 T91
Fremstillingsprocessen for SA213 T91 kræver flere metoder, herunder smeltning, gennemboring og valsning. Smelteprocessen skal kontrollere den kemiske sammensætning for at sikre, at stålrøret har fremragende korrosionsbestandighed. Gennemborings- og rulleprocesserne kræver præcis temperatur- og trykstyring for at opnå de nødvendige mekaniske egenskaber og dimensionsnøjagtighed. Derudover skal stålrør varmebehandles for at fjerne indre spændinger og forbedre korrosionsbestandigheden.
V. Anvendelser af ASME SA213 T91
ASME SA213 T91 er et varmebestandigt stål med høj krom, der hovedsageligt anvendes til fremstilling af højtemperatur-overhedere og -eftervarmere og andre tryksatte dele af subkritiske og superkritiske kraftværkskedler med metalvægstemperaturer, der ikke overstiger 625°C, og kan også bruges som høje -temperaturtryksatte dele af trykbeholdere og atomkraft. SA213 T91 har fremragende krybemodstand og kan opretholde stabil størrelse og form ved høje temperaturer og under langvarig belastning. Dens hovedanvendelser omfatter kedler, overhedere, varmevekslere og andet udstyr i el-, kemiske og olieindustrien. Det er meget udbredt i den petrokemiske industris vandkølede vægge af højtrykskedler, economizer-rør, overhedere, eftervarmere og rør.
