ASME SA213 T91: Kuinka paljon tiedät?
Tausta & Johdanto
ASME SA213 T91, teräsnumero ASME SA213/SA213M standardi, kuuluu parannettuun 9Cr-1Mo-teräkseen, jonka 1970-luvulta 1980-luvulle kehittivät US Rubber Ridge National Laboratory ja US Combustion Engineering Corporationin Metallurgical Materials Laboratory yhteistyössä. Kehitetty perustuen aikaisempaan 9Cr-1Mo-teräkseen, jota käytetään ydinvoimassa (voidaan käyttää myös muilla aloilla) korkean lämpötilan paineistettujen osien materiaaleihin, on kuumalujien terästuotteiden kolmas sukupolvi; sen pääominaisuus on vähentää hiilipitoisuutta hiilipitoisuuden ylä- ja alarajojen rajoittamisessa ja samalla tiukempi jäännösalkuaineiden, kuten P ja S, pitoisuuden valvonta lisäämällä samalla jälkiä 0,030-0,070% N:a ja jäännökset kiinteitä kovametallia muodostavista elementeistä 0,18-0,25% V:tä ja 0,06-0,10% Nb:tä raevaatimusten tarkentamiseksi ja siten teräksen plastisen sitkeyden ja hitsattavuuden parantamiseksi. teräksen korkeissa lämpötiloissa, tämän monikomposiittivahvistuksen jälkeen muodostuu uudentyyppinen martensiittinen korkea kromi lämmönkestävä seosteräs.
ASME SA213 T91, joka tuottaa yleensä tuotteita halkaisijaltaan pienille putkille, käytetään pääasiassa kattiloissa, tulistimissa ja lämmönvaihtimissa.
Kansainväliset vastaavat T91-teräslaadut
|
Maa |
USA | Saksa | Japani | Ranska | Kiina |
| Vastaava teräslaatu | SA-213 T91 | X10CrMoVNNb91 | HCM95 | TUZ10CDVNb0901 | 10Cr9Mo1VNbN |
Tunnistamme tämän teräksen useista näkökohdista täällä.
I. Kemiallinen koostumus ASME SA213 T91:stä
| Elementti | C | Mn | P | S | Si | Cr | Mo | Ni | V | Huom | N | Al |
| Sisältö | 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. Suorituskykyanalyysi
2.1 Seosalkuaineiden rooli materiaalin ominaisuuksissa: T91-terässeoselementeillä on kiinteä liuosta vahvistava ja diffuusiota vahvistava rooli ja ne parantavat teräksen hapettumis- ja korroosionkestävyyttä, analysoituna nimenomaan seuraavasti.
2.1.1 Hiili on teräselementtien ilmeisin kiinteää liuosta vahvistava vaikutus; Hiilipitoisuuden kasvaessa, teräksen lyhyen aikavälin lujuus, plastisuus ja sitkeys heikkenevät, T91-teräksen hiilipitoisuuden nousu kiihdyttää karbidin sferoidisoitumisnopeutta ja aggregoitumisnopeutta, kiihdyttää seosaineiden uudelleenjakautumista, vähentää teräksen hitsattavuus, korroosionkestävyys ja hapettumisenkestävyys, joten lämmönkestävä teräs yleensä haluaa vähentää hiilipitoisuuden määrää. Silti teräksen lujuus heikkenee, jos hiilipitoisuus on liian alhainen. T91-teräksessä 12Cr1MoV-teräkseen verrattuna on alennettu hiilipitoisuus 20%, mikä on edellä mainittujen tekijöiden vaikutusten tarkka huomioon ottaminen.
2.1.2 T91-teräs sisältää jäämiä typpestä; typen rooli näkyy kahdessa mielessä. Toisaalta kiinteän liuoksen vahvistamisen rooli, huoneenlämpötilassa oleva typpi teräksen liukoisuus on minimaalinen, T91-teräksestä hitsattu lämpövaikutusalue hitsauksen lämmityksen ja hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn prosessissa, tulee peräkkäin kiinteää VN:n liuotus- ja saostusprosessi: Austeniittiseen organisaatioon on muodostunut hitsauslämmityksen lämpövaikutusvyöhyke VN:n liukoisuuden vuoksi, typpipitoisuus kasvaa ja sen jälkeen ylikylläisyysaste huonelämpötilan organisoinnissa kasvaa. myöhemmässä hitsin lämpökäsittelyssä esiintyy vähäistä VN-saostumista, mikä lisää organisaation vakautta ja parantaa lämpövaikutusalueen kestävän lujuuden arvoa. Toisaalta T91-teräs sisältää myös pienen määrän A1:tä; typpeä voidaan muodostaa sen A1N, A1N yli 1 100 ℃ vain suuri määrä liukenee matriisiin, ja sitten saostetaan uudelleen alemmissa lämpötiloissa, mikä voi olla parempi diffuusiota vahvistava vaikutus.
2.1.3 lisää kromia lähinnä parantaa hapettumisenkestävyyttä lämmönkestävän teräksen, korroosionkestävyys, kromipitoisuus alle 5%, 600 ℃ alkoi hapettua rajusti, kun taas määrä kromipitoisuus jopa 5% on erinomainen hapettumisenkestävyys. 12Cr1MoV teräs seuraavissa 580 ℃ on hyvä hapettumisenkestävyys, korroosion syvyys 0,05 mm/a, 600 ℃, kun suorituskyky alkoi heikentyä, korroosion syvyys 0,13 mm / a. T91 sisältää kromipitoisuus 1 100 ℃ ennen kuin suuri määrä liukenee matriisiin, ja alhaisemmissa lämpötiloissa ja uudelleen saostuminen voi olla äänen diffuusiota vahvistava vaikutus. /T91 kromipitoisuus nousi noin 9%, käyttölämpötila voi nousta 650 ℃, ensisijainen toimenpide on saada matriisi liuotettua enemmän kromia.
2.1.4 Vanadiini ja niobium ovat tärkeitä karbidia muodostavia alkuaineita. Kun sitä lisätään hienon ja vakaan metalliseoskarbidin muodostamiseksi hiilen kanssa, on kiinteä diffuusiota vahvistava vaikutus.
2.1.5 Molybdeenin lisääminen parantaa pääasiassa teräksen lämpölujuutta ja vahvistaa kiinteitä liuoksia.
2.2 Mekaaniset ominaisuudet
T91-aihio, viimeisen lämpökäsittelyn normalisointia varten + korkean lämpötilan karkaisu, on huoneenlämpöinen vetolujuus ≥ 585 MPa, huoneenlämpötilassa myötöraja ≥ 415 MPa, kovuus ≤ 250 HB, venymä (50 mm:n etäisyys vakiopyöreästä näytteestä) ≥ 20%, sallittu jännitysarvo [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
Lämpökäsittelyprosessi: normalisointilämpötila 1040 ℃, pitoaika vähintään 10 min, karkaisulämpötila 730 ~ 780 ℃, pitoaika vähintään yksi tunti.
2.3 Hitsausteho
Kansainvälisen hitsausinstituutin suositteleman hiiliekvivalenttikaavan mukaan teräksen hiiliekvivalentti T91 on 2,43%, ja näkyvä T91-hitsattavuus on huono.
Teräksellä ei ole tapana lämmetä uudelleen Halkeilu.
2.3.1 Ongelmia T91-hitsauksessa
2.3.1.1 Kovetun organisaation halkeilu lämmön vaikutusalueella
T91:n jäähdytyksen kriittinen nopeus on alhainen, austeniitti on erittäin vakaa, eikä jäähtymistä tapahdu nopeasti tavallisen perliittimuunnoksen aikana. Se on jäähdytettävä alempaan lämpötilaan (noin 400 ℃), jotta se muuttuu martensiitiksi ja karkeaksi organisaatioksi.
Eri organisaatioiden lämpövaikutusvyöhykkeellä tuottamalla hitsauksella on erilaiset tiheydet, laajenemiskertoimet, ja eri hilamuotoihin lämmitys- ja jäähdytysprosessissa liittyy väistämättä erilainen tilavuuden laajeneminen ja supistuminen; toisaalta hitsauksesta johtuen kuumennus on epätasaista ja korkeita lämpötiloja, joten T91-hitsausliitokset ovat valtavia sisäisiä jännityksiä. Kovettuneet karkeat martensiittiorganisaatiot, jotka ovat monimutkaisessa jännitystilassa, samaan aikaan hitsin jäähdytysprosessissa vedyn diffuusio hitsauksesta lähellä sauman alueelle, vedyn läsnäolo on vaikuttanut martensiitin haurastumiseen, tämä vaikutusten yhdistelmä, sammutetulle alueelle on helppo muodostaa kylmähalkeamia.
2.3.1.2 Lämmön vaikutusalueen jyvien kasvu
Hitsauksen lämpökierto vaikuttaa merkittävästi rakeiden kasvuun hitsausliitosten lämpövaikutuksella, erityisesti sulamisvyöhykkeellä, joka on välittömästi maksimilämmityslämpötilan vieressä. Kun jäähdytysnopeus on vähäinen, hitsattu lämpövaikutusalue näyttää karkealta massiivliselta ferriitti- ja karbidiorganisaatiolta, jolloin teräksen plastisuus laskee merkittävästi; jäähdytysnopeus on merkittävä karkean martensiittiorganisaation tuotannon vuoksi, mutta myös hitsausliitosten plastisuus vähenee.
2.3.1.3 Pehmennetyn kerroksen luominen
Karkaistussa tilassa hitsattu T91-teräs, lämpövaikuttama vyöhyke tuottaa väistämättömän pehmenevän kerroksen, joka on ankarampi kuin lämpöä kestävän perliittiteräksen pehmeneminen. Pehmeneminen on merkittävämpää käytettäessä spesifikaatioita, joissa lämmitys- ja jäähdytysnopeus on hitaampi. Lisäksi pehmennetyn kerroksen leveys ja sen etäisyys sulatuslinjasta liittyvät lämmitysolosuhteisiin ja hitsauksen, esilämmityksen ja hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn ominaisuuksiin.
2.3.1.4 Jännityskorroosiohalkeilu
T91-teräs hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä ennen jäähdytyslämpötilaa on yleensä vähintään 100 ℃. Jos jäähdytys on huoneenlämpöistä ja ympäristö suhteellisen kostea, on korroosiohalkeilua helppo stressata. Saksalaiset määräykset: Ennen hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä se on jäähdytettävä alle 150 ℃. Paksumpien työkappaleiden, saumojen ja huonon geometrian tapauksessa jäähdytyslämpötila on vähintään 100 ℃. Jos jäähdyttäminen huoneenlämpötilassa ja kosteudessa on ehdottomasti kielletty, on muuten helppo synnyttää jännityskorroosiohalkeamia.
2.3.2 Hitsausprosessi
2.3.2.1 Hitsausmenetelmä: Voidaan käyttää manuaalista hitsausta, volframinapakaasusuojattua tai sulatusnapaautomaattia.
2.3.2.2 Hitsausmateriaali: voi valita WE690-hitsauslangan tai hitsaustangon.
Hitsausmateriaalin valinta:
(1) Samantyyppisen teräksen hitsaus - jos manuaalista hitsausta voidaan käyttää manuaalisen CM-9Cb-hitsaustangon valmistamiseksi, volframikaasusuojattua hitsausta voidaan käyttää TGS-9Cb: n valmistamiseen, sulatuspylväiden automaattista hitsausta voidaan käyttää MGS- 9Cb lanka;
(2) erilainen teräshitsaus – kuten hitsaus austeniittisilla ruostumattomalla teräksellä saatavilla ERNiCr-3-hitsauslisäaineilla.
2.3.2.3 Hitsausprosessipisteet:
(1) esilämmityslämpötilan valinta ennen hitsausta
T91-teräksen Ms-piste on noin 400 ℃; esilämmityslämpötila valitaan yleensä 200 ~ 250 ℃. Esilämmityslämpötila ei saa olla liian korkea. Muuten liitoksen jäähtymisnopeus pienenee, mikä voi johtua hitsausliitoksista kovametallisaostumisen raerajoilla ja ferriittiorganisaatioiden muodostumisessa, mikä vähentää merkittävästi teräshitsattujen liitosten iskunkestävyyttä huoneenlämpötilassa. Saksa tarjoaa esilämmityslämpötilan 180 ~ 250 ℃; USCE tarjoaa esilämmityslämpötilan 120 ~ 205 ℃.
(2) hitsauskanavan / välikerroksen lämpötilan valinta
Välikerrosten lämpötila ei saa olla alempi kuin esilämmityslämpötilan alaraja. Silti, kuten esilämmityslämpötilan valinnassa, välikerroksen lämpötila ei voi olla liian korkea.T91-hitsausvälikerroksen lämpötilaa ohjataan yleensä 200 ~ 300 ℃. Ranskan määräykset: välikerroksen lämpötila ei ylitä 300 ℃. Yhdysvaltain määräykset: välikerrosten lämpötila voi olla välillä 170 ~ 230 ℃.
(3) hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn aloituslämpötilan valinta
T91 vaatii hitsauksen jälkeistä jäähdytystä Ms-pisteen alapuolelle ja säilytä tietyn ajan ennen karkaisukäsittelyä hitsauksen jälkeisellä jäähdytysnopeudella 80 ~ 100 ℃ / h. Jos austeniittista liitosta ei eristetä, se ei välttämättä muutu täysin; karkaisulämmitys edistää karbidin saostumista pitkin austeniittista raerajaa, mikä tekee organisaatiosta erittäin hauraan. T91:tä ei kuitenkaan voida jäähdyttää huoneenlämpötilaan ennen karkaisua hitsauksen jälkeen, koska kylmä Halkeilu on vaarallista, kun sen hitsausliitokset jäähdytetään huoneenlämpötilaan. T91:lle paras hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn aloituslämpötila 100 ~ 150 ℃ ja pito tunnin ajan voi varmistaa täydellisen organisaatiomuutoksen.
(4) hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn karkaisulämpötila, pitoaika, karkaisun jäähdytysnopeuden valinta
Karkaisulämpötila: T91-teräksen kylmähalkeilutaipumus on merkittävämpi, ja tietyissä olosuhteissa se on altis viivästyneelle halkeilulle, joten hitsausliitokset on karkaistava 24 tunnin kuluessa hitsauksen jälkeen. T91 post-hitsaus tila organisaation listan martensiitti, karkaisun jälkeen, voidaan muuttaa karkaistua martensiitti; sen suorituskyky on ylivoimainen lattimartensiittiin. Karkaisulämpötila on alhainen; karkaisuvaikutus ei ole ilmeinen; hitsausmetalli on helppo vanhentua ja haurastua; karkaisulämpötila on liian korkea (yli AC1-linja), liitos voi austenitisoitua uudelleen ja myöhemmässä jäähdytysprosessissa sammua uudelleen. Samaan aikaan, kuten aiemmin tässä artikkelissa on kuvattu, karkaisulämpötilaa määritettäessä tulee ottaa huomioon myös sauman pehmennyskerroksen vaikutus. Yleensä T91 karkaisulämpötila on 730 ~ 780 ℃.
Pitoaika: T91 vaatii vähintään tunnin pituisen hitsauksen jälkeisen karkaisun pitoajan sen varmistamiseksi, että sen organisaatio muuttuu kokonaan karkaistuksi martensiitiksi.
Karkaisujäähdytysnopeus: T91-teräksisten hitsausliitosten jäännösjännityksen vähentämiseksi jäähdytysnopeuden on oltava alle viisi ℃ / min.
Kaiken kaikkiaan T91-teräksen hitsausprosessi lämpötilansäätöprosessissa voidaan ilmaista lyhyesti alla olevassa kuvassa:
Lämpötilan säätöprosessi T91-teräsputken hitsausprosessissa
III. ASME SA213 T91:n ymmärtäminen
3.1 T91-teräs seostusperiaatteella, erityisesti lisäämällä pieni määrä niobiumia, vanadiinia ja muita hivenaineita, parantaa merkittävästi korkeiden lämpötilojen lujuutta ja hapettumisenkestävyyttä verrattuna 12 Cr1MoV -teräkseen, mutta sen hitsausteho on heikko.
3.2 T91-teräksellä on suurempi taipumus kylmäsäröilleen hitsauksen aikana, ja se on esilämmitettävä 200 ~ 250 ℃:een, jolloin välikerroksen lämpötila pidetään 200 ~ 300 ℃:ssa, mikä voi tehokkaasti estää kylmähalkeamia.
3.3 T91-teräksen hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely on jäähdytettävä 100 ~ 150 ℃, eristys yksi tunti, lämmitys- ja karkaisulämpötila 730 ~ 780 ℃, eristysaika vähintään yksi tunti ja lopuksi enintään 5 ℃ / min nopea jäähdytys huoneenlämpötilaan.
IV. ASME SA213 T91:n valmistusprosessi
SA213 T91:n valmistusprosessi vaatii useita menetelmiä, mukaan lukien sulatuksen, lävistyksen ja valssauksen. Sulatusprosessin on säädettävä kemiallista koostumusta teräsputken erinomaisen korroosionkestävyyden varmistamiseksi. Lävistys- ja valssausprosessit edellyttävät tarkkaa lämpötilan ja paineen säätöä vaadittujen mekaanisten ominaisuuksien ja mittatarkkuuden saavuttamiseksi. Lisäksi teräsputket on lämpökäsiteltävä sisäisten jännitysten poistamiseksi ja korroosionkestävyyden parantamiseksi.
V. ASME SA213 T91:n sovellukset
ASME SA213 T91 on korkeakromipitoinen lämmönkestävä teräs, jota käytetään pääasiassa korkean lämpötilan tulistimien ja lämmittimien sekä muiden alikriittisten ja ylikriittisten voimalaitoskattiloiden paineistettujen osien valmistukseen, joiden metalliseinämien lämpötila on enintään 625 °C, ja jota voidaan käyttää myös korkean lämpötilan -paineastioiden ja ydinvoiman lämpötilapaineiset osat. SA213 T91:llä on erinomainen virumisenkestävyys ja se voi säilyttää vakaan koon ja muodon korkeissa lämpötiloissa ja pitkäaikaisessa kuormituksessa. Sen pääsovelluksia ovat kattilat, tulistimet, lämmönvaihtimet ja muut sähkö-, kemian- ja öljyteollisuuden laitteet. Sitä käytetään laajalti petrokemian teollisuuden vesijäähdytteisissä seinissä korkeapainekattiloissa, ekonomaiseriputkissa, tulistimessa, uudelleenlämmittimissä ja putkissa.
