ASME SA213 T91: ¿Cuánto sabes?

Antecedentes e introducción

ASME SA213 T91, el número de acero en el Norma ASME SA213/SA213M El acero 9Cr-1Mo, según la norma, pertenece al acero mejorado 9Cr-1Mo, que fue desarrollado entre los años 1970 y 1980 por el Laboratorio Nacional Rubber Ridge de EE. UU. y el Laboratorio de Materiales Metalúrgicos de la Corporación de Ingeniería de Combustión de EE. UU. en cooperación. Desarrollado sobre la base del acero 9Cr-1Mo anterior, utilizado en energía nuclear (también se puede utilizar en otras áreas) como material para piezas presurizadas a alta temperatura, es la tercera generación de productos de acero de resistencia al calor; Su característica principal es reducir el contenido de carbono, en la limitación de los límites superior e inferior del contenido de carbono, y un control más estricto del contenido de elementos residuales, como P y S, al mismo tiempo, agregando un rastro de 0.030-0.070% del N, y rastros de los elementos formadores de carburo sólido 0.18-0.25% de V y 0.06-0.10% de Nb, para refinar los requisitos de grano, mejorando así la tenacidad plástica y la soldabilidad del acero, mejorando la estabilidad del acero a altas temperaturas, después de este refuerzo multicompuesto, la formación de un nuevo tipo de acero de aleación resistente al calor de alto cromo martensítico.

ASME SA213 T91, que generalmente produce productos para tubos de diámetro pequeño, se utiliza principalmente en calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor.

Grados internacionales correspondientes de acero T91

País	EE.UU	Alemania	Japón	Francia	Porcelana
Grado de acero equivalente	SA-213 T91	X10CrMoVNNb91	HCM95	TUZ10CDVNb0901	10Cr9Mo1VNbN

Reconoceremos este acero aquí desde varios aspectos.

I. Composición química de ASME SA213 T91

Elemento

Minnesota

PAG

Mes

Nótese bien

norte

Alabama

Contenido

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. Análisis del desempeño

2.1 El papel de los elementos de aleación en las propiedades del material: Los elementos de aleación de acero T91 desempeñan un papel de fortalecimiento de la solución sólida y de fortalecimiento de la difusión y mejoran la resistencia a la oxidación y la corrosión del acero, analizados explícitamente de la siguiente manera.
2.1.1 El carbono es el elemento de acero que más se ve reforzado por la solución sólida; con el aumento del contenido de carbono, la resistencia a corto plazo del acero, la plasticidad y la tenacidad disminuyen. En el caso del acero T91, el aumento del contenido de carbono acelerará la velocidad de esferoidización y agregación del carburo, acelerará la redistribución de los elementos de aleación y reducirá la soldabilidad, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación del acero, por lo que en el acero resistente al calor generalmente se desea reducir la cantidad de contenido de carbono. Sin embargo, la resistencia del acero disminuirá si el contenido de carbono es demasiado bajo. El acero T91, en comparación con el acero 12Cr1MoV, tiene un contenido de carbono reducido de 20%, lo que es una consideración cuidadosa del impacto de los factores anteriores.
2.1.2 El acero T91 contiene trazas de nitrógeno; el papel del nitrógeno se refleja en dos aspectos. Por un lado, el papel del fortalecimiento de la solución sólida, el nitrógeno a temperatura ambiente en la solubilidad del acero es mínima, la zona afectada por el calor soldada del acero T91 en el proceso de calentamiento de la soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura, habrá una sucesión de solución sólida y proceso de precipitación de VN: La zona afectada por el calor del calentamiento de la soldadura se ha formado dentro de la organización austenítica debido a la solubilidad del VN, el contenido de nitrógeno aumenta y, después de eso, el grado de sobresaturación en la organización de la temperatura ambiente aumenta en el tratamiento térmico posterior de la soldadura hay una ligera precipitación de VN, lo que aumenta la estabilidad de la organización y mejora el valor de la resistencia duradera de la zona afectada por el calor. Por otro lado, el acero T91 también contiene una pequeña cantidad de A1; El nitrógeno se puede formar con su A1N, A1N en más de 1 100 ℃ solo una gran cantidad de disuelto en la matriz y luego reprecipitado a temperaturas más bajas, lo que puede tener un mejor efecto de fortalecimiento de la difusión.
2.1.3 agregue cromo principalmente para mejorar la resistencia a la oxidación del acero resistente al calor, la resistencia a la corrosión, el contenido de cromo de menos de 5%, 600 ℃ comenzó a oxidarse violentamente, mientras que la cantidad de contenido de cromo de hasta 5% tiene una excelente resistencia a la oxidación. El acero 12Cr1MoV en los siguientes 580 ℃ tiene una buena resistencia a la oxidación, la profundidad de corrosión de 0,05 mm/a, 600 ℃ cuando el rendimiento comenzó a deteriorarse, la profundidad de corrosión de 0,13 mm/a. T91 que contiene un contenido de cromo de 1 100 ℃ antes de una gran cantidad de disuelto en la matriz, y a temperaturas más bajas y la reprecipitación puede reproducir un efecto de fortalecimiento de la difusión del sonido. /El contenido de cromo T91 aumentó a aproximadamente 9%, el uso de temperatura puede alcanzar los 650 ℃, la medida principal es hacer que la matriz se disuelva en más cromo.
2.1.4 El vanadio y el niobio son elementos vitales para la formación de carburos. Cuando se añaden para formar una aleación de carburo fina y estable con carbono, se produce un sólido efecto de fortalecimiento por difusión.
2.1.5 La adición de molibdeno mejora principalmente la resistencia térmica del acero y fortalece las soluciones sólidas.

2.2 Propiedades mecánicas

El tocho T91, después del tratamiento térmico final para normalización + revenido a alta temperatura, tiene una resistencia a la tracción a temperatura ambiente ≥ 585 MPa, un límite elástico a temperatura ambiente ≥ 415 MPa, una dureza ≤ 250 HB, un alargamiento (espaciado de 50 mm de la muestra circular estándar) ≥ 20%, un valor de tensión admisible [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

Proceso de tratamiento térmico: temperatura de normalización de 1040 ℃, tiempo de retención de no menos de 10 min, temperatura de templado de 730 ~ 780 ℃, tiempo de retención de no menos de una h.

2.3 Rendimiento de la soldadura

De acuerdo con la fórmula de equivalente de carbono recomendada por el Instituto Internacional de Soldadura, el equivalente de carbono del acero T91 se calcula en 2,43% y la soldabilidad visible del T91 es deficiente.
El acero no tiende a recalentarse y agrietarse.

2.3.1 Problemas con la soldadura T91

2.3.1.1 Agrietamiento de la organización endurecida en la zona afectada por el calor
La velocidad crítica de enfriamiento de T91 es baja, la austenita es muy estable y el enfriamiento no ocurre rápidamente durante la transformación de perlita estándar. Debe enfriarse a una temperatura más baja (aproximadamente 400 ℃) para transformarse en martensita y organización gruesa.
La soldadura producida por la zona afectada por el calor de las diversas organizaciones tiene diferentes densidades, coeficientes de expansión y diferentes formas de red en el proceso de calentamiento y enfriamiento inevitablemente estará acompañada de diferentes expansiones y contracción de volumen; por otro lado, debido a que el calentamiento de la soldadura tiene características desiguales y de alta temperatura, por lo que las juntas soldadas T91 son enormes tensiones internas. Las juntas de organización de martensita gruesa endurecida que se encuentran en un estado de tensión complejo, al mismo tiempo, el proceso de enfriamiento de la soldadura difunde hidrógeno desde la soldadura hasta el área cercana a la costura, la presencia de hidrógeno ha contribuido a la fragilización de la martensita, esta combinación de efectos, es fácil de producir grietas en frío en el área templada.

2.3.1.2 Crecimiento del grano en la zona afectada por el calor
El ciclo térmico de la soldadura afecta significativamente el crecimiento del grano en la zona afectada por el calor de las uniones soldadas, especialmente en la zona de fusión inmediatamente adyacente a la temperatura máxima de calentamiento. Cuando la velocidad de enfriamiento es menor, la zona afectada por el calor de la soldadura aparecerá con una organización masiva de ferrita y carburo gruesa, de modo que la plasticidad del acero disminuye significativamente; la velocidad de enfriamiento es significativa debido a la producción de una organización de martensita gruesa, pero también se reducirá la plasticidad de las uniones soldadas.

2.3.1.3 Generación de capa suavizada
En el acero T91 soldado en estado templado, la zona afectada por el calor produce una inevitable capa de ablandamiento, que es más severa que el ablandamiento del acero resistente al calor perlítico. El ablandamiento es más notable cuando se utilizan especificaciones con velocidades de calentamiento y enfriamiento más lentas. Además, el ancho de la capa ablandada y su distancia desde la línea de fusión están relacionados con las condiciones de calentamiento y las características de la soldadura, el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura.

2.3.1.4 Agrietamiento por corrosión bajo tensión
El acero T91 en el tratamiento térmico posterior a la soldadura antes de la temperatura de enfriamiento generalmente no es inferior a 100 ℃. Si el enfriamiento se realiza a temperatura ambiente y el ambiente es relativamente húmedo, es fácil que se produzcan grietas por corrosión bajo tensión. Normativa alemana: Antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura, debe enfriarse por debajo de los 150 ℃. En el caso de piezas de trabajo más gruesas, soldaduras de filete y geometría deficiente, la temperatura de enfriamiento no es inferior a 100 ℃. Si el enfriamiento a temperatura ambiente y humedad está estrictamente prohibido, de lo contrario es fácil producir grietas por corrosión bajo tensión.

2.3.2 Proceso de soldadura

2.3.2.1 Método de soldadura: Se puede utilizar soldadura manual, soldadura con polo de tungsteno protegido con gas o soldadura automática con polo de fusión.
2.3.2.2 Material de soldadura: puede elegir alambre de soldadura WE690 o varilla de soldadura.

Selección de material de soldadura:
(1) Soldadura del mismo tipo de acero: si se puede usar soldadura manual para fabricar varilla de soldadura manual CM-9Cb, se puede usar soldadura con protección de gas de tungsteno para fabricar TGS-9Cb, se puede usar soldadura automática con poste de fusión para fabricar alambre MGS-9Cb;
(2) soldadura de aceros diferentes, como la soldadura con acero inoxidable austenítico disponible con consumibles de soldadura ERNiCr-3.

2.3.2.3 Puntos del proceso de soldadura:
(1) la elección de la temperatura de precalentamiento antes de soldar
El punto Ms del acero T91 es de aproximadamente 400 ℃; la temperatura de precalentamiento generalmente se selecciona entre 200 ~ 250 ℃. La temperatura de precalentamiento no puede ser demasiado alta. De lo contrario, se reduce la velocidad de enfriamiento de la junta, lo que puede provocar la precipitación de carburo en las uniones soldadas en los límites de grano y la formación de una organización de ferrita, lo que reduce significativamente la tenacidad al impacto de las uniones soldadas de acero a temperatura ambiente. Alemania proporciona una temperatura de precalentamiento de 180 ~ 250 ℃; la USCE proporciona una temperatura de precalentamiento de 120 ~ 205 ℃.

(2) la elección del canal de soldadura / temperatura entre capas
La temperatura de la capa intermedia no debe ser inferior al límite inferior de la temperatura de precalentamiento. Sin embargo, al igual que con la selección de la temperatura de precalentamiento, la temperatura de la capa intermedia no puede ser demasiado alta. La temperatura de la capa intermedia de soldadura T91 generalmente se controla a 200 ~ 300 ℃. Regulaciones francesas: la temperatura de la capa intermedia no supera los 300 ℃. Regulaciones estadounidenses: la temperatura de la capa intermedia puede ubicarse entre 170 ~ 230 ℃.

(3) la elección de la temperatura de inicio del tratamiento térmico posterior a la soldadura
El T91 requiere un enfriamiento posterior a la soldadura por debajo del punto Ms y se mantiene durante un período determinado antes del tratamiento de revenido, con una tasa de enfriamiento posterior a la soldadura de 80 ~ 100 ℃ / h. Si no se aísla, es posible que la organización austenítica de la unión no se transforme por completo; el calentamiento del revenido promoverá la precipitación de carburo a lo largo de los límites de grano austenítico, lo que hará que la organización sea muy frágil. Sin embargo, el T91 no se puede enfriar a temperatura ambiente antes del revenido después de la soldadura porque el agrietamiento por frío es peligroso cuando sus uniones soldadas se enfrían a temperatura ambiente. Para el T91, la mejor temperatura de inicio del tratamiento térmico posterior a la soldadura de 100 ~ 150 ℃ y el mantenimiento durante una hora pueden garantizar la transformación completa de la organización.

(4) Selección de la temperatura de revenido, el tiempo de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento del tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Temperatura de revenido: La tendencia al agrietamiento en frío del acero T91 es más significativa y, en determinadas condiciones, es propenso al agrietamiento retardado, por lo que las juntas soldadas deben templarse dentro de las 24 horas posteriores a la soldadura. El estado posterior a la soldadura T91 de la organización de la martensita en listones, después del revenido, se puede cambiar a martensita revenida; su rendimiento es superior al de la martensita en listones. La temperatura de revenido es baja; el efecto de revenido no es evidente; el metal de soldadura es fácil de envejecer y fragilizar; la temperatura de revenido es demasiado alta (más que la línea AC1), la junta puede austenizarse nuevamente y, en el proceso de enfriamiento posterior, volver a templarse. Al mismo tiempo, como se describió anteriormente en este documento, la determinación de la temperatura de revenido también debe considerar la influencia de la capa de ablandamiento de la junta. En general, la temperatura de revenido T91 de 730 ~ 780 ℃.
Tiempo de mantenimiento: T91 requiere un tiempo de mantenimiento de templado posterior a la soldadura de al menos una hora para garantizar que su organización se transforme completamente en martensita templada.
Velocidad de enfriamiento del templado: para reducir la tensión residual de las uniones soldadas de acero T91, la velocidad de enfriamiento debe ser inferior a cinco ℃/min.
En general, el proceso de soldadura de acero T91 en el proceso de control de temperatura se puede expresar brevemente en la siguiente figura:

Proceso de control de temperatura en el proceso de soldadura de tubo de acero T91

III. Comprensión de la norma ASME SA213 T91

3.1 El acero T91, por el principio de aleación, especialmente agregando una pequeña cantidad de niobio, vanadio y otros oligoelementos, mejora significativamente la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación en comparación con el acero 12 Cr1MoV, pero su rendimiento de soldadura es deficiente.
3.2 El acero T91 tiene una mayor tendencia al agrietamiento por frío durante la soldadura y necesita ser precalentado antes de la soldadura a 200 ~ 250 ℃, manteniendo la temperatura entre capas a 200 ~ 300 ℃, lo que puede prevenir eficazmente el agrietamiento por frío.
3.3 El tratamiento térmico posterior a la soldadura del acero T91 debe ser de 100 a 150 ℃, aislamiento durante una hora, temperatura de calentamiento y revenido de 730 a 780 ℃, tiempo de aislamiento de no menos de una hora y, finalmente, no más de 5 ℃/min de velocidad de enfriamiento a temperatura ambiente.

IV. Proceso de fabricación de la norma ASME SA213 T91

El proceso de fabricación de SA213 T91 requiere varios métodos, entre ellos la fundición, la perforación y el laminado. El proceso de fundición debe controlar la composición química para garantizar que el tubo de acero tenga una excelente resistencia a la corrosión. Los procesos de perforación y laminado requieren un control preciso de la temperatura y la presión para obtener las propiedades mecánicas y la precisión dimensional requeridas. Además, los tubos de acero deben recibir un tratamiento térmico para eliminar las tensiones internas y mejorar la resistencia a la corrosión.

V. Aplicaciones de la norma ASME SA213 T91

Norma ASME SA213 T91 El SA213 T91 es un acero resistente al calor con alto contenido de cromo, que se utiliza principalmente en la fabricación de sobrecalentadores y recalentadores de alta temperatura y otras piezas presurizadas de calderas de centrales eléctricas subcríticas y supercríticas con temperaturas de pared metálica que no superan los 625 °C, y también se puede utilizar como piezas presurizadas de alta temperatura de recipientes a presión y energía nuclear. El SA213 T91 tiene una excelente resistencia a la fluencia y puede mantener un tamaño y una forma estables a altas temperaturas y bajo cargas a largo plazo. Sus principales aplicaciones incluyen calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y otros equipos en las industrias energética, química y petrolera. Se utiliza ampliamente en las paredes refrigeradas por agua de la industria petroquímica de calderas de alta presión, tubos economizadores, sobrecalentadores, recalentadores y tubos.