ASME SA213 T91: Hur mycket vet du?
Bakgrund & Introduktion
ASME SA213 T91, stålnumret i ASME SA213/SA213M standard, tillhör det förbättrade 9Cr-1Mo-stålet, som utvecklades från 1970-talet till 1980-talet av US Rubber Ridge National Laboratory och Metallurgical Materials Laboratory i US Combustion Engineering Corporation i samarbete. Utvecklat baserat på det tidigare 9Cr-1Mo-stålet, som används inom kärnkraft (kan även användas inom andra områden) högtemperaturtrycksatta delar, är den tredje generationen av varmhållfasta stålprodukter; dess huvudsakliga funktion är att minska kolhalten, i begränsningen av de övre och nedre gränserna för kolhalten, och strängare kontroll av innehållet av kvarvarande element, såsom P och S, samtidigt, lägga till ett spår av 0,030-0,070% av N, och spår av de solida karbidbildande elementen 0,18-0,25% av V och 0,06-0,10% av Nb, för att förfina kornkraven och därigenom förbättra den plastiska segheten och svetsbarheten hos stål, förbättra stålets stabilitet av stål vid höga temperaturer, efter denna multi-kompositförstärkning, bildandet av en ny typ av martensitisk högkrom värmebeständigt legerat stål.
ASME SA213 T91, som vanligtvis producerar produkter för rör med liten diameter, används främst i pannor, överhettare och värmeväxlare.
Internationella motsvarande kvaliteter av T91 stål
|
Land |
USA | Tyskland | Japan | Frankrike | Kina |
| Motsvarande stålkvalitet | SA-213 T91 | X10CrMoVNNb91 | HCM95 | TUZ10CDVNb0901 | 10Cr9Mo1VNbN |
Vi kommer att känna igen detta stål från flera aspekter här.
I. Kemisk sammansättning av ASME SA213 T91
| Element | C | Mn | P | S | Si | Cr | Mo | Ni | V | Obs | N | Al |
| Innehåll | 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. Prestandaanalys
2.1 Legeringselementens roll för materialegenskaperna: T91 stållegeringselement spelar en solid lösningsförstärkande och diffusionsförstärkande roll och förbättrar stålets oxidations- och korrosionsbeständighet, analyserat uttryckligen enligt följande.
2.1.1 Kol är den mest uppenbara solida lösningsförstärkande effekten av stålelement; med ökningen av kolhalten, den kortsiktiga hållfastheten hos stål, plasticitet och seghet minskar, T91 sådant stål, kommer ökningen av kolhalten att accelerera hastigheten för karbidsfäroidisering och aggregationshastighet, påskynda omfördelningen av legeringselement, vilket minskar stålets svetsbarhet, korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet, så värmebeständigt stål vill generellt minska mängden kolinnehåll. Ändå kommer stålets hållfasthet att minska om kolhalten är för låg. T91-stål, jämfört med 12Cr1MoV-stål, har en reducerad kolhalt på 20%, vilket är ett noggrant övervägande av inverkan av ovanstående faktorer.
2.1.2 T91-stål innehåller spår av kväve; kvävets roll återspeglas i två aspekter. Å ena sidan, rollen av fast lösning förstärkning, kväve vid rumstemperatur i stålets löslighet är minimal, T91 stålsvetsad värmepåverkad zon i processen för svetsuppvärmning och eftersvetsvärmebehandling, kommer det att finnas en följd av fasta lösning och utfällningsprocess av VN: Svetsvärme-värmepåverkad zon har bildats inom den austenitiska organisationen på grund av lösligheten av VN, kvävehalten ökar, och efter det ökar graden av övermättnad i organisationen av rumstemperaturen i efterföljande värmebehandling av svetsen finns det lätt VN-utfällning, vilket ökar stabiliteten i organisationen och förbättrar värdet av den varaktiga styrkan i den värmepåverkade zonen. Å andra sidan innehåller T91-stål också en liten mängd A1; Kväve kan bildas med sin A1N, A1N i mer än 1 100 ℃ endast ett stort antal lösta i matrisen, och sedan återutfällas vid lägre temperaturer, vilket kan spela en bättre diffusionsförstärkande effekt.
2.1.3 tillsätt krom främst för att förbättra oxidationsbeständigheten hos värmebeständigt stål, korrosionsbeständighet, krominnehåll på mindre än 5%, 600 ℃ började oxidera våldsamt, medan mängden krominnehåll upp till 5% har en utmärkt oxidationsbeständighet. 12Cr1MoV stål i följande 580 ℃ har en god oxidationsbeständighet, korrosionsdjupet på 0,05 mm/a, 600 ℃ när prestandan började försämras, korrosionsdjupet på 0,13 mm/a. T91 innehållande krom innehåll av 1 100 ℃ innan ett stort antal upplöst i matrisen, och vid lägre temperaturer och återutfällning kan spela en ljuddiffusion stärkande effekt. /T91 kromhalten ökade till ca 9%, användningen av temperaturen kan nå 650 ℃, den primära åtgärden är att göra matrisen löst i mer krom.
2.1.4 vanadin och niob är viktiga karbidbildande grundämnen. När den tillsätts för att bilda en fin och stabil legeringskarbid med kol, finns en solid diffusionsförstärkande effekt.
2.1.5 Tillsats av molybden förbättrar främst stålets termiska hållfasthet och stärker fasta lösningar.
2.2 Mekaniska egenskaper
T91 ämne, efter den slutliga värmebehandlingen för normalisering + högtemperaturhärdning, har en draghållfasthet vid rumstemperatur ≥ 585 MPa, rumstemperatur sträckgräns ≥ 415 MPa, hårdhet ≤ 250 HB, förlängning (50 mm avstånd från det cirkulära standardprovet) ≥ 20%, det tillåtna spänningsvärdet [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
Värmebehandlingsprocess: normaliseringstemperatur på 1040 ℃, hålltid på inte mindre än 10 minuter, anlöpningstemperatur på 730 ~ 780 ℃, hålltid på minst en timme.
2.3 Svetsprestanda
I enlighet med International Welding Institutes rekommenderade kolekvivalentformel beräknas T91-stålkolekvivalenten till 2,43%, och den synliga T91-svetsbarheten är dålig.
Stålet tenderar inte att återupphettas Sprickbildning.
2.3.1 Problem med T91-svetsning
2.3.1.1 Sprickbildning av härdad organisation i den värmepåverkade zonen
T91 kylningskritiska hastighet är låg, austenit är mycket stabil och kylning sker inte snabbt under standard perlitomvandling. Den måste kylas till en lägre temperatur (ca 400 ℃) för att omvandlas till martensit och grov organisation.
Svetsning som produceras av den värmepåverkade zonen i de olika organisationerna har olika densiteter, expansionskoefficienter, och olika gitterformer i uppvärmnings- och kylprocessen kommer oundvikligen att åtföljas av olika volymexpansion och sammandragning; å andra sidan, på grund av svetsningen har uppvärmningen ojämna och höga temperaturegenskaper, så T91-svetsfogarna är enorma inre spänningar. Härdade grova martensitorganisationsfogar som är i ett komplext stresstillstånd, samtidigt svetskylningsprocessen vätediffusion från svetsen till området nära sömmen, närvaron av väte har bidragit till martensitförsprödningen, denna kombination av effekter, det är lätt att producera kalla sprickor i det släckta området.
2.3.1.2 Värmepåverkad zon korntillväxt
Svetstermisk cykling påverkar avsevärt korntillväxten i den värmepåverkade zonen av svetsfogar, särskilt i smältzonen omedelbart intill den maximala uppvärmningstemperaturen. När kylningshastigheten är liten, kommer den svetsade värmepåverkade zonen att uppträda som grov massiv ferrit- och karbidorganisation så att stålets plasticitet minskar avsevärt; kylningshastigheten är betydande på grund av produktionen av grov martensitorganisation, men även plasticiteten hos svetsfogar kommer att minska.
2.3.1.3 Generering av uppmjukat lager
T91-stål svetsat i härdat tillstånd, den värmepåverkade zonen producerar ett oundvikligt mjukgörande skikt, som är svårare än uppmjukningen av värmebeständigt perlitstål. Mjukning är mer anmärkningsvärt när man använder specifikationer med långsammare uppvärmnings- och nedkylningshastigheter. Dessutom är bredden på det uppmjukade skiktet och dess avstånd från smältlinjen relaterade till uppvärmningsförhållandena och egenskaperna för svetsning, förvärmning och värmebehandling efter svetsning.
2.3.1.4 Spänningskorrosionssprickor
T91 stål i eftersvets värmebehandling innan kylningstemperaturen är i allmänhet inte mindre än 100 ℃. Om kylningen är i rumstemperatur och omgivningen är relativt fuktig är det lätt att spricka vid spänningskorrosion. Tyska bestämmelser: Före eftersvetsvärmebehandlingen måste den kylas till under 150 ℃. Vid tjockare arbetsstycken, kälsvetsar och dålig geometri är kyltemperaturen inte mindre än 100 ℃. Om kylning vid rumstemperatur och luftfuktighet är strängt förbjuden, annars är det lätt att producera spänningskorrosionssprickor.
2.3.2 Svetsprocess
2.3.2.1 Svetsmetod: Manuell svetsning, volframpolgasskyddad eller smältpolsautomatisk svetsning kan användas.
2.3.2.2 Svetsmaterial: kan välja WE690 svetstråd eller svetsstav.
Val av svetsmaterial:
(1) Svetsning av samma typ av stål – om manuell svetsning kan användas för att göra CM-9Cb manuell svetsstav, kan volframgasskyddad svetsning användas för att göra TGS-9Cb, kan smältstångsautomatisk svetsning användas för att göra MGS- 9Cb tråd;
(2) olik stålsvetsning – såsom svetsning med austenitiskt rostfritt stål tillgängliga ERNiCr-3 svetstillsatsmaterial.
2.3.2.3 Svetsprocesspunkter:
(1) valet av förvärmningstemperatur före svetsning
T91 stål Ms punkt är cirka 400 ℃; förvärmningstemperaturen väljs vanligtvis till 200 ~ 250 ℃. Förvärmningstemperaturen får inte vara för hög. I annat fall reduceras fogkylningshastigheten, vilket kan orsakas i svetsfogarna vid korngränserna för karbidutfällning och bildandet av ferritorganisation, vilket avsevärt minskar slagsegheten hos de stålsvetsade fogarna vid rumstemperatur. Tyskland ger en förvärmningstemperatur på 180 ~ 250 ℃; USCE ger en förvärmningstemperatur på 120 ~ 205 ℃.
(2) valet av svetskanal / mellanskiktstemperatur
Mellanskiktstemperaturen får inte vara lägre än den nedre gränsen för förvärmningstemperaturen. Ändå, som med valet av förvärmningstemperatur, får mellanskiktstemperaturen inte vara för hög. T91-svetsmellanskiktstemperaturen styrs i allmänhet till 200 ~ 300 ℃. Franska bestämmelser: mellanskiktstemperaturen överstiger inte 300 ℃. USA:s regler: mellanskiktstemperaturen kan placeras mellan 170 ~ 230 ℃.
(3) valet av eftersvets värmebehandling starttemperatur
T91 kräver eftersvetskylning till under Ms-punkten och hålls under en viss period före anlöpningsbehandling, med en eftersvetskylningshastighet på 80 ~ 100 ℃/h. Om den inte är isolerad kan den gemensamma austenitiska organisationen inte omvandlas helt; anlöpande uppvärmning kommer att främja karbidutfällning längs de austenitiska korngränserna, vilket gör organisationen mycket spröd. T91 kan dock inte kylas till rumstemperatur före anlöpning efter svetsning eftersom kall sprickbildning är farlig när dess svetsfogar kyls till rumstemperatur. För T91 kan den bästa eftersvetsvärmebehandlingens starttemperatur på 100 ~ 150 ℃ och hålla i en timme säkerställa fullständig organisationsomvandling.
(4) värmebehandling efter svets anlöpningstemperatur, hålltid, val av anlöpning av kylhastighet
Härdningstemperatur: T91-stål kallsprickningstendens är mer signifikant, och under vissa förhållanden är den benägen att fördröja sprickbildning, så svetsfogarna måste härdas inom 24 timmar efter svetsning. T91 post-svets tillstånd för organisationen av ribban martensit, efter anlöpning, kan ändras till härdad martensit; dess prestanda är överlägsen ribban martensit. Tempereringstemperaturen är låg; tempereringseffekten är inte uppenbar; svetsmetallen är lätt att åldras och spröd; anlöpningstemperaturen är för hög (mer än AC1-linjen), kan fogen austenitiseras igen, och i den efterföljande kylprocessen för att återkyla. Samtidigt, som beskrivits tidigare i detta dokument, bör bestämning av anlöpningstemperaturen också beakta inverkan av det fogmjukande skiktet. I allmänhet T91 anlöpningstemperatur på 730 ~ 780 ℃.
Hålltid: T91 kräver en hålltid för anlöpning efter svets på minst en timme för att säkerställa att dess organisation helt omvandlas till härdad martensit.
Temperering kylhastighet: För att minska restspänningen av T91 stålsvetsade fogar måste kylhastigheten vara mindre än fem ℃ / min.
Sammantaget kan T91 stålsvetsprocessen i temperaturkontrollprocessen kort uttryckas i figuren nedan:
Temperaturkontrollprocess i svetsprocessen av T91 stålrör
III. Förståelse av ASME SA213 T91
3.1 T91-stål, genom legeringsprincipen, speciellt tillsats av en liten mängd niob, vanadin och andra spårämnen, förbättrar avsevärt högtemperaturhållfastheten och oxidationsbeständigheten jämfört med 12 Cr1MoV-stål, men dess svetsprestanda är dålig.
3.2 T91-stål har en större tendens att kallspricka under svetsning och måste försvetsas förvärmt till 200 ~ 250 ℃, vilket bibehåller mellanskiktstemperaturen vid 200 ~ 300 ℃, vilket effektivt kan förhindra kalla sprickor.
3.3 T91 stål eftersvetsningsvärmebehandling måste kylas till 100 ~ 150 ℃, isolering en timme, uppvärmnings- och anlöpningstemperatur till 730 ~ 780 ℃, isoleringstid på inte mindre än en timme och slutligen inte mer än 5 ℃ / min hastighet kylning till rumstemperatur.
IV. Tillverkningsprocess för ASME SA213 T91
Tillverkningsprocessen för SA213 T91 kräver flera metoder, inklusive smältning, håltagning och valsning. Smältprocessen måste kontrollera den kemiska sammansättningen för att säkerställa att stålröret har utmärkt korrosionsbeständighet. Genomborrnings- och valsningsprocesserna kräver exakt temperatur- och tryckkontroll för att erhålla de erforderliga mekaniska egenskaperna och dimensionsnoggrannheten. Dessutom behöver stålrör värmebehandlas för att avlägsna inre spänningar och förbättra korrosionsbeständigheten.
V. Tillämpningar av ASME SA213 T91
ASME SA213 T91 är ett värmebeständigt stål med högt krom, huvudsakligen använt vid tillverkning av högtemperaturöverhettare och -återvärmare och andra trycksatta delar av underkritiska och överkritiska kraftverkspannor med metallväggstemperaturer som inte överstiger 625°C, och kan även användas som höga -temperaturtrycksatta delar av tryckkärl och kärnkraft. SA213 T91 har utmärkt krypmotstånd och kan bibehålla stabil storlek och form vid höga temperaturer och under långvarig belastning. Dess huvudsakliga tillämpningar inkluderar pannor, överhettare, värmeväxlare och annan utrustning inom kraft-, kemi- och petroleumindustrin. Det används i stor utsträckning i den petrokemiska industrins vattenkylda väggar av högtryckspannor, economizerrör, överhettare, eftervärmare och rör.
