Garantia de qualidade do tubo de aço de alta pressão T91
O aço T91 é um novo tipo de aço martensítico resistente ao calor desenvolvido pelo American National elephant ridge Laboratory e o Laboratório de Materiais Metalúrgicos da empresa americana de engenharia de combustão. Com base no aço 9Cr1MoV, ele reduz o teor de carbono, limita estritamente o teor de enxofre e fósforo e adiciona uma pequena quantidade de vanádio e nióbio para a formação de liga.
O grau de aço do tubo de aço sem costura T91 correspondente ao aço T91 é x10crmovnnb91 na Alemanha, hcm95 no Japão e tuz10cdvnb0901 na França.
Conteúdo do elemento
S ≤0,01
Si 0,20-0,50
Cr 8,00-9,50
Mo 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0.06-0.10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Cada elemento de liga no aço T91 desempenha o papel de fortalecimento da solução sólida, fortalecimento da dispersão e melhoria da resistência à oxidação e resistência à corrosão do aço. A análise específica é a seguinte.
①O carbono é o elemento mais óbvio de reforço de solução sólida em aço. Com o aumento do teor de carbono, a resistência a curto prazo do aço aumenta e a plasticidade e a tenacidade diminuem. Para aço martensítico como o T91, o aumento do teor de carbono irá acelerar a esferoidização e agregação do carboneto, acelerar a redistribuição dos elementos de liga e reduzir a soldabilidade, resistência à corrosão e resistência à oxidação do aço. Portanto, o aço resistente ao calor geralmente deseja reduzir o teor de carbono. No entanto, se o teor de carbono for muito baixo, a resistência do aço será reduzida. Comparado com o aço 12Cr1MoV, o teor de carbono do aço T91 é reduzido em 20%, o que é determinado considerando de forma abrangente a influência dos fatores acima.
②O aço T91 contém traços de nitrogênio e o papel do nitrogênio se reflete em dois aspectos. Por outro lado, desempenha o papel de fortalecimento da solução sólida. A solubilidade do nitrogênio no aço à temperatura ambiente é muito pequena. No processo de aquecimento de soldagem e tratamento térmico pós-soldagem, a solução sólida VN e o processo de precipitação ocorrerão sucessivamente na zona afetada pelo calor pós-soldagem do Aço T91: a estrutura austenítica formada na zona afetada pelo calor durante o aquecimento da soldagem aumenta o teor de nitrogênio devido a a dissolução de VN e, em seguida, o grau de supersaturação na estrutura de temperatura normal aumenta. No tratamento térmico pós-soldagem subsequente, há precipitação fina de VN, que aumenta a estabilidade da microestrutura e melhora a resistência duradoura da zona afetada pelo calor. Por outro lado, o aço T91 também contém uma pequena quantidade de A1. O nitrogênio pode formar A1N com ele. A1N é dissolvido na matriz apenas quando está acima de 1100 ℃ e precipita novamente a uma temperatura mais baixa, o que pode ter um bom efeito de fortalecimento da dispersão.
③Adicionar cromo serve principalmente para melhorar a resistência à oxidação e a resistência à corrosão do aço resistente ao calor. Quando o teor de cromo é inferior a 5%, ele começa a oxidar violentamente a 600 ℃, enquanto quando o teor de cromo é de até 5%, ele tem boa resistência à oxidação. O aço 12Cr1MoV tem boa resistência à oxidação abaixo de 580 ℃ e a profundidade de corrosão é de 0,05 mm / A. a 600 ℃, o desempenho começa a se deteriorar e a profundidade de corrosão é de 0,13 mm / A. O teor de cromo de T91 pode ser aumentado para cerca de 9% e a temperatura de serviço pode chegar a 650 ℃. A principal medida é dissolver mais cromo na matriz.
④Vanádio e nióbio são fortes elementos formadores de carboneto. Após a adição, eles podem formar carbonetos de liga finos e estáveis com carbono, que tem um forte efeito de fortalecimento da dispersão.
⑤ O molibdênio é adicionado principalmente para melhorar a resistência térmica do aço e desempenhar o papel de fortalecimento da solução sólida.
O tratamento térmico final do T91 é normalização + têmpera de alta temperatura. A temperatura de normalização é 1040 ℃, o tempo de espera não é inferior a 10 min, a temperatura de revenimento é 730 ~ 780 ℃ e o tempo de espera não é inferior a 1 h. A microestrutura após o tratamento térmico final é martensita revenida.
Resistência à tração do aço T91 à temperatura ambiente ≥ 585 MPa, resistência ao escoamento à temperatura ambiente ≥ 415 MPa, dureza ≤ 250 Hb, alongamento (amostra circular padrão com distância de medição de 50 mm) ≥ 20%, valor de tensão permitido [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
De acordo com a fórmula de carbono equivalente recomendada pela sociedade internacional de soldagem, o carbono equivalente de T91 é
Pode ser visto que o T91 tem soldabilidade ruim.
O aço T91 tem uma grande tendência para trincas a frio e está sujeito a trincas retardadas sob certas condições. Portanto, a junta soldada deve ser revenida dentro de 24 horas após a soldagem. A microestrutura do T91 após a soldagem é a martensita de placa e tira, que pode ser transformada em martensita revenida após o revenimento, e suas propriedades são superiores às da martensita de placa e tira. Quando a temperatura de revenimento é baixa, o efeito de revenimento não é óbvio, e o metal de solda é fácil de envelhecer e fragilizar; Se a temperatura de revenimento for muito alta (ultrapassando a linha AC1), a junta pode ser austenitizada novamente e endurecida novamente no processo de resfriamento subsequente. Ao mesmo tempo, conforme mencionado anteriormente neste artigo, a influência da camada de amolecimento da junta deve ser considerada na determinação da temperatura de revenimento. De um modo geral, a temperatura de têmpera de T91 é 730 ~ 780 ℃.
O tempo de temperatura constante de revenimento do T91 após a soldagem não deve ser inferior a 1 h, de forma a garantir a transformação completa de sua estrutura em martensita revenida.
A fim de reduzir a tensão residual da junta soldada de aço T91, a taxa de resfriamento deve ser controlada a menos de 5 ℃ / min. O processo de soldagem do aço T91 pode ser mostrado na Figura 3.
Pré-aqueça 200 ~ 250 ℃; ② Soldagem, temperatura entre camadas 200 ~ 300 ℃; ③ Resfriamento após soldagem, com velocidade de 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ por 1 h; ⑤ Revenido em 730 ~ 780 ℃ por 1 h; ⑥ Resfrie a uma taxa não superior a 5 ℃ / min.
O aço T91 baseia-se no princípio da liga, especialmente adicionando uma pequena quantidade de oligoelementos, como nióbio e vanádio. Sua resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação são muito melhoradas em comparação com o aço 12 cr1mov, mas seu desempenho de soldagem é fraco.
O teste de pino mostra que o aço T91 tem uma grande tendência a trincas a frio. Selecionar o pré-aquecimento de 200 ~ 250 ℃ e a temperatura intercamada de 200 ~ 300 ℃ pode prevenir eficazmente a trinca por frio.
O T91 deve ser resfriado a 100 ~ 150 ℃ por 1 h antes do tratamento térmico pós-soldagem; Temperatura de têmpera 730 ~ 780 ℃, tempo de manutenção não inferior a 1 h.
O processo de soldagem acima foi aplicado na prática de fabricação e produção de caldeiras de 200 MW e 300 MW, com resultados satisfatórios e grandes benefícios econômicos.
