ASME SA213 T91: Ne Kadar Biliyorsunuz?
Arka Plan ve Giriş
ASME SA213 T91, çelik numarası ASME SA213/SA213M standart, 1970'lerden 1980'lere kadar ABD Rubber Ridge Ulusal Laboratuvarı ve ABD Yanma Mühendisliği Şirketi'nin Metalurji Malzemeleri Laboratuvarı tarafından işbirliği içinde geliştirilen geliştirilmiş 9Cr-1Mo çeliğine aittir. Nükleer güçte kullanılan (diğer alanlarda da kullanılabilir) yüksek sıcaklıklı basınçlı parça malzemelerinde kullanılan daha önceki 9Cr-1Mo çeliğine dayanarak geliştirilen, üçüncü nesil sıcak mukavemetli çelik ürünleridir; Ana özelliği karbon içeriğini azaltmak, karbon içeriğinin üst ve alt sınırlarını sınırlamak ve P ve S gibi artık elementlerin içeriğinin daha sıkı bir şekilde kontrol edilmesi, aynı zamanda 0.030-0.070% eser miktarda N ve 0.18-0.25% eser miktarda katı karbür oluşturan elementler V ve 0.06-0.10% eser miktarda Nb eklemek, tane gereksinimlerini iyileştirmek, böylece çeliğin plastik tokluğunu ve kaynaklanabilirliğini iyileştirmek, çeliğin yüksek sıcaklıklarda stabilitesini artırmak, bundan sonra çok kompozit takviye, yeni bir tür martensitik yüksek kromlu ısıya dayanıklı alaşımlı çeliğin oluşumu.
Genellikle küçük çaplı borulara yönelik ürünler üreten ASME SA213 T91, ağırlıklı olarak kazanlarda, kızdırıcılarda ve ısı değiştiricilerde kullanılmaktadır.
T91 Çeliklerinin Uluslararası Karşılık Gelen Sınıfları
|
Ülke |
Amerika | Almanya | Japonya | Fransa | Çin |
| Eşdeğer Çelik Sınıfı | SA-213 T91 | X10CrMoVNNb91 | HCM95 | TUZ10CDVNb0901 | 10Cr9Mo1VNbN |
Bu çeliği burada birkaç açıdan tanıyacağız.
I. Kimyasal Bileşim ASME SA213 T91'in
| Öğe | C | Mn | P | S | Si | CR | Ay | Ni | V | Not | N | Al |
| İçerik | 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. Performans Analizi
2.1 Alaşım elementlerinin malzeme özellikleri üzerindeki rolü: T91 çelik alaşım elementleri katı çözelti güçlendirme ve difüzyon güçlendirme rolü oynar ve çeliğin oksidasyon ve korozyon direncini artırır, bunu aşağıdaki gibi açık bir şekilde analiz edebiliriz.
2.1.1 Karbon, çelik elemanlarının en belirgin katı çözelti güçlendirme etkisidir; karbon içeriğindeki artışla çeliğin kısa vadeli mukavemeti, plastisitesi ve tokluğu azalır, T91 gibi çeliklerde karbon içeriğindeki artış karbür küreselleşme ve agregasyon hızını hızlandıracak, alaşım elementlerinin yeniden dağılımını hızlandıracak, çeliğin kaynaklanabilirliğini, korozyon direncini ve oksidasyon direncini azaltacaktır, bu nedenle ısıya dayanıklı çelikler genellikle karbon içeriğinin miktarını azaltmak ister. Yine de karbon içeriği çok düşükse çeliğin mukavemeti azalacaktır. T91 çeliği, 12Cr1MoV çeliğine kıyasla, yukarıdaki faktörlerin etkisinin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi olan 20%'lik azaltılmış bir karbon içeriğine sahiptir.
2.1.2 T91 çeliği azot izleri içerir; azotun rolü iki açıdan yansıtılır. Bir yandan, katı çözelti güçlendirmesinin rolü, çelik içindeki oda sıcaklığında azot çözünürlüğü minimumdur, T91 çeliği kaynaklı ısıdan etkilenen bölge kaynak ısıtma ve kaynak sonrası ısıl işlem sürecinde, VN'nin katı çözelti ve çökelme sürecinin ardışıklığı olacaktır: Kaynak ısıtma ısıdan etkilenen bölge, VN'nin çözünürlüğü nedeniyle ostenitik organizasyon içinde oluşmuştur, azot içeriği artar ve bundan sonra, oda sıcaklığının organizasyonundaki aşırı doygunluk derecesi artar, kaynağın sonraki ısıl işleminde hafif bir VN çökelmesi olur, bu da organizasyonun kararlılığını artırır ve ısıdan etkilenen bölgenin kalıcı mukavemet değerini iyileştirir. Öte yandan, T91 çeliği ayrıca az miktarda A1 içerir; Azot, A1N ile oluşabilir, A1N 1100 ℃'den daha yüksek sıcaklıkta sadece çok sayıda matris içinde çözülür ve daha sonra daha düşük sıcaklıklarda tekrar çökeltilir, bu da daha iyi bir difüzyon güçlendirme etkisi oynayabilir.
2.1.3 esas olarak ısıya dayanıklı çeliğin oksidasyon direncini, korozyon direncini artırmak için krom ekleyin, 5%'den az krom içeriği, 600 ℃ şiddetli bir şekilde oksitlenmeye başlarken, 5%'ye kadar krom içeriği miktarı mükemmel bir oksidasyon direncine sahiptir. Aşağıdaki 580 ℃'deki 12Cr1MoV çeliği iyi bir oksidasyon direncine, 0,05 mm / a korozyon derinliğine, 600 ℃'de performans bozulmaya başladığında, 0,13 mm / a korozyon derinliğine sahiptir. 1.100 ℃ krom içeriği içeren T91, matrise çok sayıda çözünmeden önce ve daha düşük sıcaklıklarda ve yeniden çökelmede sağlam bir difüzyon güçlendirme etkisi oynayabilir. /T91 krom içeriği yaklaşık 9%'ye çıkarıldı, sıcaklık kullanımı 650 ℃'ye ulaşabilir, birincil önlem matrisin daha fazla krom içinde çözülmesini sağlamaktır.
2.1.4 vanadyum ve niyobyum hayati karbür oluşturan elementlerdir. Karbon ile ince ve kararlı bir alaşım karbür oluşturmak için eklendiğinde, katı bir difüzyon güçlendirme etkisi vardır.
2.1.5 Molibden ilavesi esas olarak çeliğin termal dayanımını artırır ve katı çözeltileri güçlendirir.
2.2 Mekanik Özellikler
T91 kütüğü, normalizasyon + yüksek sıcaklıkta temperleme için son ısıl işlemden sonra, oda sıcaklığında çekme dayanımı ≥ 585 MPa, oda sıcaklığında akma dayanımı ≥ 415 MPa, sertlik ≤ 250 HB, uzama (standart dairesel numunenin 50 mm aralığı) ≥ 20%, izin verilen gerilim değeri [σ] 650 ℃ = 30 MPa'dır.
Isıl işlem süreci: 1040 ℃ normalleştirme sıcaklığı, en az 10 dakika tutma süresi, 730 ~ 780 ℃ temperleme sıcaklığı, en az bir saat tutma süresi.
2.3 Kaynak performansı
Uluslararası Kaynak Enstitüsü'nün önerdiği Karbon eşdeğeri formülüne göre T91 çeliğinin karbon eşdeğeri 2.43% olarak hesaplanmakta olup, gözle görülür T91 kaynak kabiliyeti zayıftır.
Çelik tekrar ısınmaya ve çatlamaya meyilli değildir.
2.3.1 T91 kaynaklamada sorunlar
2.3.1.1 Isıdan etkilenen bölgedeki sertleşmiş yapının çatlaması
T91 soğutma kritik hızı düşüktür, ostenit çok kararlıdır ve standart perlit dönüşümü sırasında soğuma hızlı gerçekleşmez. Martenzite ve kaba organizasyona dönüşmesi için daha düşük bir sıcaklığa (yaklaşık 400 ℃) soğutulması gerekir.
Çeşitli organizasyonların ısıdan etkilenen bölgesi tarafından üretilen kaynak, farklı yoğunluklara, genleşme katsayılarına ve ısıtma ve soğutma sürecinde farklı kafes biçimlerine sahiptir, kaçınılmaz olarak farklı hacim genleşmesi ve büzülmesi eşlik edecektir; diğer yandan, kaynak ısıtması nedeniyle düzensiz ve yüksek sıcaklık özelliklerine sahip olduğundan, T91 kaynaklı bağlantılar muazzam iç gerilmelerdir. Karmaşık bir gerilme durumunda olan sertleştirilmiş kaba martensit organizasyon bağlantıları, aynı zamanda, kaynak soğutma işlemi hidrojen difüzyonu kaynaktan dikişe yakın alana, hidrojenin varlığı martensit gevrekleşmesine katkıda bulunmuştur, bu etkilerin birleşimi, söndürülmüş alanda soğuk çatlaklar üretmek kolaydır.
2.3.1.2 Isıdan etkilenen bölge tane büyümesi
Kaynak termal çevrimi, özellikle maksimum ısıtma sıcaklığına hemen bitişik füzyon bölgesinde, kaynaklı eklemlerin ısıdan etkilenen bölgesindeki tane büyümesini önemli ölçüde etkiler. Soğuma hızı küçük olduğunda, kaynaklı ısıdan etkilenen bölge kaba masif ferrit ve karbür organizasyonuna sahip olacak ve böylece çeliğin plastisitesi önemli ölçüde azalacaktır; soğutma hızı kaba martensit organizasyonunun üretimi nedeniyle önemlidir, ancak ayrıca kaynaklı eklemlerin plastisitesi azalacaktır.
2.3.1.3 Yumuşatılmış tabakanın oluşturulması
T91 çeliği temperlenmiş halde kaynaklandığında, ısıdan etkilenen bölge kaçınılmaz bir yumuşama tabakası üretir, bu da perlit ısıya dayanıklı çeliğin yumuşamasından daha şiddetlidir. Yumuşama, daha yavaş ısıtma ve soğutma oranlarına sahip özellikler kullanıldığında daha belirgindir. Ayrıca, yumuşatılmış tabakanın genişliği ve füzyon hattından uzaklığı, kaynak, ön ısıtma ve kaynak sonrası ısıl işlemin ısıtma koşulları ve özellikleriyle ilgilidir.
2.3.1.4 Gerilim korozyon çatlaması
T91 çeliği kaynak sonrası ısıl işlemden önce soğutma sıcaklığı genellikle 100 ℃'den az değildir. Soğutma oda sıcaklığındaysa ve ortam nispeten nemliyse, stres korozyon çatlaması kolaydır. Alman yönetmelikleri: Kaynak sonrası ısıl işlemden önce, 150 ℃'nin altına soğutulmalıdır. Daha kalın iş parçaları, köşe kaynakları ve zayıf geometri durumunda, soğutma sıcaklığı 100 ℃'den az değildir. Oda sıcaklığında ve nemde soğutma kesinlikle yasaktır, aksi takdirde stres korozyon çatlakları üretmek kolaydır.
2.3.2 Kaynak işlemi
2.3.2.1 Kaynak yöntemi: Manuel kaynak, tungsten kutuplu gaz korumalı veya eritme kutuplu otomatik kaynak kullanılabilir.
2.3.2.2 Kaynak malzemesi: WE690 kaynak teli veya kaynak çubuğu seçilebilir.
Kaynak malzemesi seçimi:
(1) Aynı tür çeliğin kaynaklanması – CM-9Cb manuel kaynak çubuğu yapmak için manuel kaynak kullanılabiliyorsa, TGS-9Cb yapmak için tungsten gaz korumalı kaynak kullanılabilir, MGS-9Cb teli yapmak için eritme direği otomatik kaynak kullanılabilir;
(2) farklı çelik kaynaklama – örneğin, mevcut ERNiCr-3 kaynak sarf malzemeleri ile ostenitik paslanmaz çelik kaynaklama.
2.3.2.3 Kaynak işlemi noktaları:
(1) kaynak öncesi ön ısıtma sıcaklığının seçimi
T91 çeliğinin Ms noktası yaklaşık 400 ℃'dir; ön ısıtma sıcaklığı genellikle 200 ~ 250 ℃'de seçilir. Ön ısıtma sıcaklığı çok yüksek olamaz. Aksi takdirde, eklem soğuma hızı azalır, bu da tane sınırlarındaki kaynaklı eklemlerde karbür çökelmesi ve ferrit organizasyonunun oluşmasına neden olabilir, böylece oda sıcaklığında çelik kaynaklı eklemlerin darbe tokluğu önemli ölçüde azalır. Almanya 180 ~ 250 ℃'lik bir ön ısıtma sıcaklığı sağlar; USCE 120 ~ 205 ℃'lik bir ön ısıtma sıcaklığı sağlar.
(2) kaynak kanalı / ara katman sıcaklığının seçimi
Ara katman sıcaklığı ön ısıtma sıcaklığının alt sınırından düşük olmamalıdır. Yine de, ön ısıtma sıcaklığının seçimiyle olduğu gibi, ara katman sıcaklığı çok yüksek olamaz. T91 kaynak ara katman sıcaklığı genellikle 200 ~ 300 ℃'de kontrol edilir. Fransız yönetmelikleri: ara katman sıcaklığı 300 ℃'yi geçmez. ABD yönetmelikleri: ara katman sıcaklığı 170 ~ 230 ℃ arasında bulunabilir.
(3) kaynak sonrası ısıl işlem başlangıç sıcaklığının seçimi
T91, 80 ~ 100 ℃ / saat kaynak sonrası soğutma hızıyla, tavlama işleminden önce Ms noktasının altına kadar kaynak sonrası soğutma ve belirli bir süre tutma gerektirir. Yalıtılmazsa, eklem ostenitik organizasyonu tam olarak dönüşmeyebilir; tavlama ısıtması, ostenitik tane sınırları boyunca karbür çökelmesini teşvik ederek organizasyonu çok kırılgan hale getirir. Ancak, T91, kaynak sonrası tavlamadan önce oda sıcaklığına soğutulamaz çünkü kaynaklı bağlantıları oda sıcaklığına soğutulduğunda soğuk çatlama tehlikelidir. T91 için, 100 ~ 150 ℃'lik en iyi kaynak sonrası ısıl işlem başlangıç sıcaklığı ve bir saat tutma, tam organizasyon dönüşümünü sağlayabilir.
(4) kaynak sonrası ısıl işlem tavlama sıcaklığı, tutma süresi, tavlama soğutma oranı seçimi
Tavlama sıcaklığı: T91 çeliğinin soğuk çatlama eğilimi daha önemlidir ve belirli koşullar altında gecikmiş çatlamaya eğilimlidir, bu nedenle kaynaklı bağlantılar kaynaktan sonraki 24 saat içinde temperlenmelidir. T91 kaynak sonrası çıta martenzitinin organizasyonu, temperlemeden sonra temperlenmiş martenzite değiştirilebilir; performansı çıta martenzitinden üstündür. Tavlama sıcaklığı düşüktür; temperleme etkisi belirgin değildir; kaynak metali yaşlanmaya ve gevrekleşmeye kolaydır; temperleme sıcaklığı çok yüksektir (AC1 çizgisinden daha fazla), bağlantı tekrar östenitlenebilir ve sonraki soğutma işleminde yeniden söndürülebilir. Aynı zamanda, bu makalede daha önce açıklandığı gibi, temperleme sıcaklığını belirlerken bağlantı yumuşatma tabakasının etkisi de dikkate alınmalıdır. Genel olarak, T91 temperleme sıcaklığı 730 ~ 780 ℃'dir.
Tutma süresi: T91'in organizasyonunun tamamen temperlenmiş martenzite dönüşmesini sağlamak için en az bir saatlik kaynak sonrası temperleme tutma süresine ihtiyacı vardır.
Tavlama soğutma hızı: T91 çelik kaynaklı birleştirmelerde kalıntı gerilimi azaltmak için soğutma hızı 5℃/dak'dan az olmalıdır.
Genel olarak T91 çelik kaynak prosesinin sıcaklık kontrol prosesi içerisindeki durumu aşağıdaki şekilde kısaca ifade edilebilir:
T91 çelik borunun kaynak işleminde sıcaklık kontrol süreci
III. ASME SA213 T91'in anlaşılması
3.1 T91 çeliği, alaşımlama ilkesine göre, özellikle az miktarda niyobyum, vanadyum ve diğer eser elementlerin eklenmesiyle, 12 Cr1MoV çeliğine kıyasla yüksek sıcaklık mukavemetini ve oksidasyon direncini önemli ölçüde artırır, ancak kaynak performansı zayıftır.
3.2 T91 çeliği kaynak sırasında soğuk çatlamaya daha fazla eğilimlidir ve 200 ~ 250 ℃'ye kadar ön kaynak ısıtması yapılması gerekir, ara katman sıcaklığı 200 ~ 300 ℃'de tutulur, bu da soğuk çatlakları etkili bir şekilde önleyebilir.
3.3 T91 çelik kaynak sonrası ısıl işlem 100 ~ 150 ℃'ye soğutulmalı, yalıtım bir saat, ısıtma ve temperleme sıcaklığı 730 ~ 780 ℃'ye kadar, yalıtım süresi en az bir saat olmalı ve son olarak, oda sıcaklığına 5 ℃ / dakikadan fazla olmayan hızda soğutulmalıdır.
IV. ASME SA213 T91 Üretim Süreci
SA213 T91'in üretim süreci eritme, delme ve haddeleme gibi çeşitli yöntemler gerektirir. Eritme süreci, çelik borunun mükemmel korozyon direncine sahip olmasını sağlamak için kimyasal bileşimi kontrol etmelidir. Delme ve haddeleme süreçleri, gerekli mekanik özellikleri ve boyut doğruluğunu elde etmek için hassas sıcaklık ve basınç kontrolü gerektirir. Ayrıca, çelik boruların iç gerilimleri gidermek ve korozyon direncini artırmak için ısıl işleme tabi tutulması gerekir.
V. ASME SA213 T91 Uygulamaları
ASME SA213 T91 yüksek kromlu ısıya dayanıklı bir çeliktir, esas olarak yüksek sıcaklıklı süper ısıtıcılar ve tekrar ısıtıcılar ile metal duvar sıcaklıkları 625°C'yi aşmayan alt kritik ve süper kritik güç istasyonu kazanlarının diğer basınçlı parçalarının üretiminde kullanılır ve ayrıca basınçlı kapların ve nükleer enerjinin yüksek sıcaklıklı basınçlı parçaları olarak da kullanılabilir. SA213 T91 mükemmel sürünme direncine sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda ve uzun süreli yükler altında sabit boyut ve şekli koruyabilir. Başlıca uygulamaları arasında kazanlar, süper ısıtıcılar, ısı eşanjörleri ve güç, kimya ve petrol endüstrilerindeki diğer ekipmanlar bulunur. Petrokimya endüstrisinin yüksek basınçlı kazanlarının, ekonomizer tüplerinin, süper ısıtıcılarının, tekrar ısıtıcılarının ve tüplerinin su soğutmalı duvarlarında yaygın olarak kullanılır.
