ASME SA213 T91: Hoeveel weet u?

Achtergrond & Inleiding

ASME SA213 T91, het staalnummer in de ASME SA213/SA213M standaard, behoort tot het verbeterde 9Cr-1Mo staal, dat in de jaren 70 tot 80 werd ontwikkeld door het US Rubber Ridge National Laboratory en het Metallurgical Materials Laboratory van de US Combustion Engineering Corporation in samenwerking. Ontwikkeld op basis van het eerdere 9Cr-1Mo staal, gebruikt in kernenergie (kan ook in andere gebieden worden gebruikt) hoge-temperatuur drukonderdelen materialen, is de derde generatie van hete-sterkte staalproducten; de belangrijkste eigenschap is het verminderen van het koolstofgehalte, in de beperking van de boven- en ondergrenzen van het koolstofgehalte, en strengere controle van het gehalte aan restelementen, zoals P en S, tegelijkertijd, het toevoegen van een spoor van 0,030-0,070% van de N, en sporen van de vaste hardmetaalvormende elementen 0,18-0,25% van V en 0,06-0,10% van Nb, om de korrelvereisten te verfijnen, waardoor de plastische taaiheid en lasbaarheid van staal worden verbeterd, de stabiliteit van staal bij hoge temperaturen wordt verbeterd, na deze multi-composietversterking, de vorming van een nieuw type martensitisch hoog-chroom hittebestendig gelegeerd staal.

ASME SA213 T91 wordt doorgaans gebruikt voor de productie van producten voor buizen met een kleine diameter en wordt vooral gebruikt in boilers, oververhitters en warmtewisselaars.

Internationale overeenkomstige kwaliteiten van T91-staal

Land	VS	Duitsland	Japan	Frankrijk	China
Equivalente staalsoort	SA-213 T91	X10CrMoVNNb91	HCM95	TUZ10CDVNb0901	10Cr9Mo1VNbN

We herkennen dit staal hier aan verschillende aspecten.

I. Chemische samenstelling van ASME SA213 T91

Element

Inhoud

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. Prestatieanalyse

2.1 De rol van legeringselementen op de materiaaleigenschappen: T91-staallegeringselementen spelen een solide rol bij het versterken van de oplossing en het versterken van de diffusie en verbeteren de oxidatie- en corrosiebestendigheid van het staal, wat expliciet als volgt wordt geanalyseerd.
2.1.1 Koolstof is het meest zichtbare solide oplossing versterkende effect van stalen elementen; met de toename van het koolstofgehalte, de korte termijn sterkte van staal, plasticiteit en taaiheid afnemen, de T91 dergelijk staal, de stijging van het koolstofgehalte zal de snelheid van carbide sferoïdisatie en aggregatiesnelheid versnellen, de herverdeling van legeringselementen versnellen, de lasbaarheid, corrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid van staal verminderen, dus hittebestendig staal wil over het algemeen de hoeveelheid koolstofgehalte verminderen. Toch zal de sterkte van staal afnemen als het koolstofgehalte te laag is. T91 staal, vergeleken met 12Cr1MoV staal, heeft een verlaagd koolstofgehalte van 20%, wat een zorgvuldige overweging is van de impact van de bovenstaande factoren.
2.1.2 T91-staal bevat sporen stikstof; de rol van stikstof wordt weerspiegeld in twee aspecten. Enerzijds is de rol van vaste oplossingsversterking, stikstof bij kamertemperatuur in de oplosbaarheid van staal minimaal, T91-staal gelaste warmte-beïnvloede zone in het proces van lasverwarming en post-las warmtebehandeling, zal er een opeenvolging zijn van vaste oplossing en neerslagproces van VN: Lasverwarming warmte-beïnvloede zone is gevormd binnen de austenitische organisatie vanwege de oplosbaarheid van de VN, neemt het stikstofgehalte toe en daarna neemt de mate van oververzadiging in de organisatie van de kamertemperatuur toe in de daaropvolgende warmtebehandeling van de las is er een lichte VN-neerslag, wat de stabiliteit van de organisatie verhoogt en de waarde van de blijvende sterkte van de warmte-beïnvloede zone verbetert. Anderzijds bevat T91-staal ook een kleine hoeveelheid A1; stikstof kan worden gevormd met zijn A1N, A1N bij meer dan 1 100 ℃ alleen een groot aantal opgelost in de matrix, en vervolgens opnieuw neergeslagen bij lagere temperaturen, wat een beter diffusie versterkend effect kan hebben.
2.1.3 voeg chroom toe voornamelijk om de oxidatieweerstand van hittebestendig staal, corrosieweerstand, chroomgehalte van minder dan 5%, 600 ℃ begon heftig te oxideren, terwijl de hoeveelheid chroomgehalte tot 5% een uitstekende oxidatieweerstand heeft. 12Cr1MoV-staal in de volgende 580 ℃ heeft een goede oxidatieweerstand, de corrosiediepte van 0,05 mm / a, 600 ℃ toen de prestaties begonnen te verslechteren, de corrosiediepte van 0,13 mm / a. T91 met een chroomgehalte van 1 100 ℃ voordat een groot aantal in de matrix is opgelost, en bij lagere temperaturen en herprecipitatie kan een geluid diffusie versterkend effect spelen. /T91 chroomgehalte verhoogd tot ongeveer 9%, het gebruik van temperatuur kan 650 ℃ bereiken, de primaire maatregel is om de matrix op te lossen in meer chroom.
2.1.4 Vanadium en niobium zijn essentiële carbidevormende elementen. Wanneer toegevoegd om een fijne en stabiele legeringcarbide met koolstof te vormen, is er een solide diffusieversterkend effect.
2.1.5 Het toevoegen van molybdeen verbetert vooral de thermische sterkte van het staal en versterkt vaste oplossingen.

2.2 Mechanische eigenschappen

T91-staaf heeft na de laatste warmtebehandeling voor normaliseren + hogetemperatuurtempering een treksterkte bij kamertemperatuur ≥ 585 MPa, vloeigrens bij kamertemperatuur ≥ 415 MPa, hardheid ≤ 250 HB, rek (50 mm afstand van het standaard ronde monster) ≥ 20%, de toegestane spanningswaarde [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

Warmtebehandelingsproces: normalisatietemperatuur van 1040 ℃, houdtijd van niet minder dan 10 min, tempertemperatuur van 730 ~ 780 ℃, houdtijd van niet minder dan een uur.

2.3 Lasprestaties

Volgens de door het International Welding Institute aanbevolen koolstofequivalentformule wordt het koolstofequivalent van T91-staal berekend op 2,43%. De zichtbare lasbaarheid van T91 is echter slecht.
Het staal heeft geen neiging om opnieuw op te warmen en barstvorming te veroorzaken.

2.3.1 Problemen met T91-lassen

2.3.1.1 Barsten van de verharde organisatie in de hitte-beïnvloede zone
T91-koelsnelheid is laag, austeniet is zeer stabiel en koeling vindt niet snel plaats tijdens standaard perliettransformatie. Het moet worden gekoeld tot een lagere temperatuur (ongeveer 400 ℃) om te worden getransformeerd in martensiet en grove organisatie.
Lassen geproduceerd door de warmte-beïnvloede zone van de verschillende organisaties heeft verschillende dichtheden, uitzettingscoëfficiënten en verschillende roostervormen in het verwarmings- en koelproces zal onvermijdelijk gepaard gaan met verschillende volume-uitbreiding en -contractie; aan de andere kant, vanwege het lassen heeft verwarming ongelijkmatige en hoge temperatuurkenmerken, dus de T91-lasverbindingen zijn enorme interne spanningen. Geharde grove martensietorganisatieverbindingen die zich in een complexe spanningstoestand bevinden, tegelijkertijd, het laskoelingsproces waterstofdiffusie van de las naar het gebied nabij de naad, de aanwezigheid van waterstof heeft bijgedragen aan de martensietverbrossing, deze combinatie van effecten, het is gemakkelijk om koude scheuren te produceren in het gebluste gebied.

2.3.1.2 Graangroei in de hitte-beïnvloede zone
Thermische cycli van lassen hebben een significante invloed op de korrelgroei in de warmte-beïnvloede zone van gelaste verbindingen, met name in de smeltzone direct grenzend aan de maximale verwarmingstemperatuur. Wanneer de afkoelsnelheid gering is, zal de gelaste warmte-beïnvloede zone grove massieve ferriet- en carbide-organisatie vertonen, zodat de plasticiteit van het staal significant afneemt; de afkoelsnelheid is significant vanwege de productie van grove martensiet-organisatie, maar ook de plasticiteit van gelaste verbindingen zal worden verminderd.

2.3.1.3 Generatie van verzachte laag
T91-staal gelast in de getemperde toestand, de hitte-beïnvloede zone produceert een onvermijdelijke verzachtende laag, die ernstiger is dan de verzachting van perliet hittebestendig staal. Verzachting is opmerkelijker bij het gebruik van specificaties met langzamere verwarmings- en koelsnelheden. Bovendien zijn de breedte van de verzachte laag en de afstand tot de smeltlijn gerelateerd aan de verwarmingscondities en kenmerken van het lassen, voorverwarmen en warmtebehandeling na het lassen.

2.3.1.4 Spanningscorrosiescheuren
T91-staal in de warmtebehandeling na het lassen voordat de afkoeltemperatuur over het algemeen niet lager is dan 100 ℃. Als de koeling op kamertemperatuur is en de omgeving relatief vochtig is, is het gemakkelijk om spanningscorrosiescheuren te veroorzaken. Duitse regelgeving: Voor de warmtebehandeling na het lassen moet het worden afgekoeld tot onder de 150 ℃. In het geval van dikkere werkstukken, hoeklassen en slechte geometrie, is de afkoeltemperatuur niet lager dan 100 ℃. Als koeling op kamertemperatuur en vochtigheid ten strengste verboden is, is het anders gemakkelijk om spanningscorrosiescheuren te produceren.

2.3.2 Lasproces

2.3.2.1 Lasmethode: Er kan gebruik worden gemaakt van handmatig lassen, gasbeschermd lassen met wolfraampolen of automatisch lassen met smeltpolen.
2.3.2.2 Lasmateriaal: keuze uit WE690 lasdraad of lasstaaf.

Keuze van lasmateriaal:
(1) Lassen van hetzelfde soort staal – als handmatig lassen kan worden gebruikt om CM-9Cb handmatige lasstaaf te maken, kan wolfraamgas afgeschermd lassen worden gebruikt om TGS-9Cb te maken, kan automatisch lassen met smeltpool worden gebruikt om MGS-9Cb draad te maken;
(2) lassen van ongelijksoortig staal – zoals lassen met austenitisch roestvast staal, waarvoor ERNiCr-3-lasverbruiksartikelen beschikbaar zijn.

2.3.2.3 Lasprocespunten:
(1) de keuze van de voorverwarmingstemperatuur vóór het lassen
T91 staal Ms punt is ongeveer 400 ℃; voorverwarmingstemperatuur wordt over het algemeen geselecteerd op 200 ~ 250 ℃. De voorverwarmingstemperatuur mag niet te hoog zijn. Anders wordt de gewrichtskoelsnelheid verminderd, wat kan worden veroorzaakt in de gelaste verbindingen bij de korrelgrenzen van carbideprecipitatie en de vorming van ferrietorganisatie, waardoor de slagvastheid van de stalen gelaste verbindingen bij kamertemperatuur aanzienlijk wordt verminderd. Duitsland biedt een voorverwarmingstemperatuur van 180 ~ 250 ℃; de USCE biedt een voorverwarmingstemperatuur van 120 ~ 205 ℃.

(2) de keuze van het laskanaal/de tussenlaagtemperatuur
De tussenlaagtemperatuur mag niet lager zijn dan de ondergrens van de voorverwarmingstemperatuur. Toch mag de tussenlaagtemperatuur, net als bij de selectie van de voorverwarmingstemperatuur, niet te hoog zijn. De T91-lastussenlaagtemperatuur wordt over het algemeen geregeld op 200 ~ 300 ℃. Franse regelgeving: de tussenlaagtemperatuur mag niet hoger zijn dan 300 ℃. Amerikaanse regelgeving: de tussenlaagtemperatuur mag zich bevinden tussen 170 ~ 230 ℃.

(3) de keuze van de starttemperatuur van de warmtebehandeling na het lassen
T91 vereist koeling na het lassen tot onder het Ms-punt en moet gedurende een bepaalde periode worden vastgehouden vóór de temperbehandeling, met een koelsnelheid na het lassen van 80 ~ 100 ℃ / uur. Als het niet is geïsoleerd, wordt de austenitische organisatie van de verbinding mogelijk niet volledig getransformeerd; temperverwarming bevordert de neerslag van carbide langs de austenitische korrelgrenzen, waardoor de organisatie erg broos wordt. T91 kan echter niet worden afgekoeld tot kamertemperatuur vóór het temperen na het lassen, omdat koud scheuren gevaarlijk is wanneer de gelaste verbindingen worden afgekoeld tot kamertemperatuur. Voor T91 kan de beste starttemperatuur voor de warmtebehandeling na het lassen van 100 ~ 150 ℃ en een uur vasthouden een volledige transformatie van de organisatie garanderen.

(4) tempertemperatuur na warmtebehandeling na het lassen, houdtijd, selectie van temperkoelsnelheid
Tempereertemperatuur: T91 staal heeft een grotere neiging tot koud scheuren en onder bepaalde omstandigheden is het vatbaar voor vertraagde scheuren, dus de gelaste verbindingen moeten binnen 24 uur na het lassen worden getemperd. T91 post-lastoestand van de organisatie van de lat martensiet, na het temperen, kan worden veranderd in getemperd martensiet; de prestatie is beter dan de lat martensiet. De tempereertemperatuur is laag; het tempereffect is niet duidelijk; het lasmetaal is gemakkelijk te verouderen en te bros; de tempereertemperatuur is te hoog (meer dan de AC1-lijn), de verbinding kan opnieuw worden geaustenitiseerd en in het daaropvolgende koelproces opnieuw worden geblust. Tegelijkertijd, zoals eerder in dit artikel beschreven, moet bij het bepalen van de tempereertemperatuur ook rekening worden gehouden met de invloed van de verzachtingslaag van de verbinding. Over het algemeen is de T91-tempereertemperatuur 730 ~ 780 ℃.
Houdtijd: T91 heeft na het lassen een houdtijd van minimaal één uur nodig om te zorgen dat de structuur volledig wordt omgezet in getemperd martensiet.
Afkoelsnelheid bij temperen: Om de restspanning van T91-staallasverbindingen te verminderen, moet de afkoelsnelheid lager zijn dan vijf ℃/min.
Globaal kan het T91-staallasproces in het temperatuurregelproces kort worden weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Temperatuurregelingsproces in het lasproces van T91-stalen buis

III. Begrip van ASME SA213 T91

3.1 T91-staal verbetert door het legeringsprincipe, met name door de toevoeging van een kleine hoeveelheid niobium, vanadium en andere sporenelementen, de sterkte bij hoge temperaturen en de oxidatiebestendigheid aanzienlijk vergeleken met 12 Cr1MoV-staal, maar de lasprestaties zijn slecht.
3.2 T91-staal heeft een grotere neiging tot koudscheuren tijdens het lassen en moet vóór het lassen worden voorverwarmd tot 200 ~ 250 ℃, waarbij de tussenlaagtemperatuur op 200 ~ 300 ℃ wordt gehouden. Dit kan koudscheuren effectief voorkomen.
3.3 Na de warmtebehandeling van T91-staal na het lassen moet het worden afgekoeld tot 100 ~ 150 ℃, de isolatie een uur, de opwarm- en ontlaattemperatuur tot 730 ~ 780 ℃, de isolatietijd niet minder dan een uur en ten slotte niet meer dan 5 ℃ / min. snelheidsafkoeling tot kamertemperatuur.

IV. Productieproces van ASME SA213 T91

Het productieproces van SA213 T91 vereist verschillende methoden, waaronder smelten, piercen en rollen. Het smeltproces moet de chemische samenstelling controleren om ervoor te zorgen dat de stalen pijp een uitstekende corrosiebestendigheid heeft. De pierce- en rolprocessen vereisen nauwkeurige temperatuur- en drukregeling om de vereiste mechanische eigenschappen en maatnauwkeurigheid te verkrijgen. Bovendien moeten stalen pijpen warmtebehandeld worden om interne spanningen te verwijderen en de corrosiebestendigheid te verbeteren.

V. Toepassingen van ASME SA213 T91

ASME SA213 T91 is een hittebestendig staal met een hoog chroomgehalte, voornamelijk gebruikt bij de productie van hogetemperatuur-oververhitters en -herverhitters en andere onder druk staande onderdelen van subkritische en superkritische elektriciteitscentraleketels met metalen wandtemperaturen die niet hoger zijn dan 625 °C, en kan ook worden gebruikt als hogetemperatuur-onder druk staande onderdelen van drukvaten en kernenergie. SA213 T91 heeft een uitstekende kruipweerstand en kan een stabiele grootte en vorm behouden bij hoge temperaturen en onder langdurige belastingen. De belangrijkste toepassingen zijn boilers, oververhitters, warmtewisselaars en andere apparatuur in de energie-, chemische en petroleumindustrie. Het wordt veel gebruikt in de watergekoelde wanden van hogedrukketels, economizerbuizen, oververhitters, herverhitters en buizen van de petrochemische industrie.