T91 țeavă din oțel aliat

T91 din oțel aliat este un tip de țeavă din oțel, oțelul T91 este un nou tip de oțel martenitic rezistent la căldură dezvoltat în colaborare cu National Tree Ridge Laboratory și Metallurgical Materials Laboratory, o companie americană de inginerie de ardere. Se reduce conținutul de carbon pe baza oțelului 121MoV, limitează strict conținutul de sulf și fosfor și adaugă cantități mici de vanadiu și niobium pentru aliare. Conform ASTM 213/A213M-85C, compoziția chimică a oțelului T91 este prezentată în tabelul 1. Oțelul T91 corespunde numărului german X10CrMoVNNb91, numărului japonez HCM95 și numărului francez TUZ10CDVNb0901. Tabelul 1 % din compoziția chimică a oțelului T91

T91 element de țeavă din oțel aliat Conținut

C 0,08-0,12

MN 0,30-0,60

P ≤0,02

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

Fiecare element din aliaj din oțel T91 joacă, respectiv, întărirea solubilă, întărirea difuzată și îmbunătățirea rezistenței la oxidare și la coroziune a oțelului, analiza specifică este următoarea.

Carbonul este cel mai evident element de întărire solubilă în oțel, cu creșterea conținutului de carbon, creșterea rezistenței pe termen scurt a oțelului, plasticitatea, scăderea rezistenței, pentru oțelul martenitic T91, creșterea conținutului de carbon va accelera sferizarea carbonului și viteza de agregare, va accelera redistribuirea elementelor de aliaje, va reduce sudura, rezistența la coroziune și antioxidanța oțelului, astfel încât oțelul rezistent la căldură dorește în general să reducă conținutul de carbon, dar conținutul de carbon este prea scăzut, rezistența oțelului va scădea Oțelul T91 a redus conținutul de carbon cu 20% în comparație cu oțelul 12Cr1MoV, care a fost determinat luând în considerare efectele factorilor de mai sus.

② Oțelul T91 conține azot, rolul azotului se manifestă în două aspecte. Pe de o parte, solubilitatea azotului în oțel la temperatură normală este mică, zona de efect termic după sudură T91 din oțel în timpul încălzirii sudurii și tratamentului termic după sudură, va apărea solubilitatea solidă și procesul de depozitare a VN: țesutul austenitic format în zona de efect termic la încălzirea sudurii datorită dizolvării VN, conținutul de azot a crescut, de atunci nivelul de suprasaturare în țesutul la temperatură normală a crescut, în tratamentul termic ulterior după sudură există depozitare VN mică, ceea ce crește stabilitatea țesutului și îmbunătățește valoarea rezistenței durabile a zonei de efect termic. Pe de altă parte, oțelul T91 conține, de asemenea, o cantitate mică de A1, azotul poate forma A1N, A1N se dizolvă în cantități mari în substrat la o temperatură mai scăzută și poate juca un efect mai bun de întărire a difuziei.

Adăugarea cromului este în principal îmbunătățirea antioxidanței oțelului rezistent la căldură și a rezistenței la coroziune, atunci când conținutul de crom este mai mic de 5%, 600 ° C începe oxidarea intensă, în timp ce conținutul de crom ajunge la 5% are o bună rezistență la oxidare. Oțelul 12Cr1MoV are o bună rezistență la oxidare sub 580 ℃, adâncimea coroziunii este de 0,05 mm / a, performanța începe să se deterioreze la 600 ℃, adâncimea coroziunii este de 0,13 mm / a. T91 conținutul de crom a crescut la aproximativ 9%, temperatura de utilizare poate ajunge la 650 ° C, măsura principală este să se dizolve mai mult crom în substrat.

Vanadiu și niobium sunt elemente puternice de formare a carburilor, care pot fi adăugate cu carbon pentru a forma carburi de aliaje mici și stabile, cu un efect puternic de întărire a difuziei.

5 Adăugarea de molibden este în principal pentru a îmbunătăți rezistența termică a oțelului și a juca un rol de întărire a soluției solide.

2.2 Procesul de prelucrare termică

Tratarea termică finală a T91 este foc pozitiv + ardere la temperatură ridicată, temperatura focului pozitiv este de 1040 ° C, timpul de izolare nu este mai puțin de 10 minute, temperatura de ardere este de 730 ~ 780 ° C, timpul de izolare nu este mai puțin de 1 oră, țesutul final după tratamentul termic este martenitul de ardere.

2.3 Proprietăți mecanice

Rezistența de tracțiune la temperatură normală a oțelului T91 ≥ 585 MPa, rezistența de cedare la temperatură normală ≥ 415 MPa, duritatea ≤ 250 HB, întinderea (eșantionul standard circular cu distanță de 50 mm) ≥ 20%, valoarea de tensiune permisă [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

2.4 Performanțe de sudură

Echivalentul de carbon al T91 este calculat în conformitate cu formula recomandată de Institutul Internațional de Sudură.

Se vede că sudura T91 este mai slabă.

3 Probleme cu sudura T91

3.1 Generarea țesuturilor întărite din zona de impact termic

Din Figura 1 se poate vedea că viteza critică de răcire a T91 este scăzută, stabilitatea austenitică este mare, schimbarea normală a corpului perlat nu este ușoară la răcire, astfel încât schimbarea martenitică a avut loc atunci când se răcește la temperaturi mai mici. Din acest motiv, T91 are tendințe mari de întărire și rupere la rece.

Deoarece diferitele țesuturi din zona de impact termic au densități diferite, coeficienți de expansiune și forme diferite de rețea cristalină, în timpul procesului de încălzire și răcire vor fi însoțite în mod inevitabil de expansiune și contractare a volumului diferit; Pe de altă parte, deoarece încălzirea de sudură are caracteristici inegale și de temperatură ridicată, tensiunea internă a conexiunilor de sudură T91 este mare.

Pentru T91, austenitul este foarte stabil și trebuie răcit la temperaturi mai mici (aproximativ 400 °C) pentru a deveni martenit. Tesuturile martenitice mari sunt fragile și dure, iar conexiunile se află într-o stare de stres complicată. În același timp, în procesul de răcire a custurilor de sudură, hidrogenul se răspândește de la custurile de sudură la zona de custură aproape, prezența hidrogenului provoacă fragilitatea martenitului, iar rezultatul sintezei sale este ușor de generat fisuri rece în zona de întărire.

3.2 Creșterea cerealelor din zona de impact termic

Ciclul de căldură de sudură are un impact semnificativ asupra creșterii cerealelor din zona de impact termic a capului de sudură, în special în zona de topire cu cea mai mare temperatură de încălzire. Când viteza de răcire este mai mică, în zona de influență termică a sudurii vor apărea blocuri mari de ferrit și țesut de carbură, astfel încât plasticitatea oțelului să scadă semnificativ; Când viteza de răcire este mare, din cauza creșterii țesutului martenitic, plasticitatea conexiunilor de sudură scade.

3.3 Formarea straturilor de înmuiere

Oțelul T91 este sudat în starea de reglare, zona de impact termic produce un strat de înmuiere inevitabil și este mai grav decât înmuierea oțelului rezistent la căldură. Când se utilizează viteza de încălzire și răcire mai lentă, gradul de înmuiere este mai mare. În plus, lățimea stratului de înmuiere și distanța de linia de topire nu sunt legate doar de condițiile și caracteristicile încălzirii sudurii, ci și de preîncălzirea, tratamentul termic post-sudură și altele. Fabrica de cazane din Harbin a efectuat experimente pentru a obține curba durității zonei de impact termic a sudurii T91, a se vedea figura 2.

3.4 Crapturi de coroziune la stres

Oțelul T91 înainte de tratamentul termic după sudură, temperatura de răcire, în general, nu este mai mică de 100 ° C, dacă se răcește la temperatura camerei, iar mediul este relativ umed, atunci când apare o fisură de coroziune de stres. Germania prevede că trebuie răcit la sub 150 ° C înainte de tratamentul termic post-sudură. În cazul în care piesa de lucru este mai groasă, sudură unghiulară și dimensiuni geometrice proaste, temperatura de răcire nu este mai mică de 100 ° C. Dacă se răcește la temperatura camerei, umiditatea este strict interzisă, altfel este ușor de produs fisuri de coroziune la stres.

4 Procesul de sudare a oțelului T91

4.1 Alegerea temperaturii de preîncălzire

Punctul Ms al oțelului T91 este de aproximativ 400 ° C, iar temperatura de preîncălzire este în general aleasă de la 200 la 250 ° C. Temperatura de preîncălzire nu poate fi prea ridicată, în caz contrar, viteza de răcire a conexiunilor este redusă, ceea ce poate provoca depozitarea de carburi în conexiunile de sudură și formarea de țesuturi de ferrit, ceea ce reduce considerabil rezistența la șoc a conexiunilor de sudură din oțel la temperatura camerei. Limita inferioară a temperaturii de preîncălzire poate fi bine explicată de testele de plug-in efectuate la fabrica de cazane din Harbin.

Barul de testare de plug-in este folosit din oțel T91, diametru de 8 mm, adâncime de 0,5 mm, placa de bază este folosită din oțel 13CrMo, grosime de 20 mm, testul este efectuat fără preîncălzire, preîncălzire de 150 ° C, preîncălzire de 200 ° C, preîncălzire de 250 ° C. Bară de sudură J707. Curentul de sudură este de 165-170 A, tensiunea de arc este de 21-267 V, rezultatele testului sunt prezentate în tabelul 2.

Tabelul 2 Rezultatele încercării T91

Experiment

eșantioane condiționale

Nivelul de stres

/ MPa timp de rupere

pe min

Fără încălzire 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440 Neîntrerupt

Preîncălzire 150 ℃ 4 421.4 8.1 1260

5 354.8 120 fără întrerupere

Preîncălzire 200 ℃ 6 465.2 8.6 1440 Neîntrerupt

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Preîncălzire 250 ℃ 9 539 8.2 1440 fără întrerupere

10 600 8.0 1440 fără întrerupere

Datorită rezultatelor testului menționat mai sus, în condiții fără preîncălzire, tensiunea critică a conexiunilor de sudură din oțel T91 este de 176,4 MPa; Când se preîncălzește la 150 ° C, tensiunea critică este de 354,8 MPa, 85,4% din limita de cedare la temperatură normală a oțelului T91 de 415 MPa; Când se preîncălzește peste 200 ° C, tensiunea critică este mai mare de 460 MPa, depășind limita de cedare la temperatură normală a oțelului T91. Prin urmare, pentru a evita sudura de oțel T91 pentru a genera fisuri rece, temperatura de preîncălzire nu trebuie să fie mai mică de 200 ° C, Germania stabilește temperatura de preîncălzire de 180 ~ 250 ° C, compania CE din SUA stabilește temperatura de preîncălzire de 120 ~ 205 ° C.

4.2 Alegerea temperaturii între straturi

Temperatura între straturi nu trebuie să fie mai mică decât limita inferioară a temperaturii de preîncălzire, dar la fel ca și alegerea temperaturii de preîncălzire, temperatura între straturi nu poate fi prea mare. Temperatura dintre straturile de sudură T91 este în general controlată între 200 și 300 ° C. Franţa prevede ca temperatura între straturi să nu depăşească 300°C. Regulile SUA: temperatura între straturi poate fi situată între 170 și 230 ° C.

4.3 Alegerea temperaturii de începere a tratamentului termic după sudare

T91 necesită răcirea după sudură până sub punctul Ms și menținerea unui anumit timp înainte de a fi refocat. Viteza de răcire după sudură este de 80 ~ 100 ° C / h. Dacă nu este izolat, țesutul austenitic al conexiunii poate să nu se transforme complet, iar încălzirea prin refocare poate provoca precipitarea carbonurilor de-a lungul graniței cristaline austenitice, astfel de țesuturi sunt fragile. Cu toate acestea, după sudare T91 nu este permis să se răcească la temperatura camerei pentru a fi refăcută, deoarece conexiunile de sudare sunt în pericol de a crea fisuri rece atunci când se răcească la temperatura camerei. Pentru T91, temperatura de pornire optimă este de 100-150 ° C și izolarea de 1 oră poate asigura, în esență, transformarea țesutului.

4.4 Alegerea temperaturii de aprindere, a timpului de termostat și a vitezei de răcire a aprinderii

Oțelul T91 are tendința de a se rupe la rece și, în anumite condiții, este ușor de produs o fisură întârziată, prin urmare, conexiunea de sudură trebuie să fie tratată cu ardere în termen de 24 de ore după sudură. T91 după sudare starea de țesut este martenit în formă de plăci, după ardere poate fi transformat în martenit în formă de ardere, performanțele sale sunt superioare față de martenitul în formă de plăci. Când temperatura scăzută de ardere, efectul de ardere nu este evident, metalele de sudură sunt ușor de învechit și fragile; La o temperatură prea ridicată (peste cablul AC1), conexiunea poate fi din nou austenizată și întărită în timpul răcirii ulterioare. În același timp, așa cum a fost menționat mai sus în acest articol, determinarea temperaturii de aprindere trebuie să ia în considerare, de asemenea, efectul stratului de înmuiere a conexiunilor. În general, temperatura de ardere T91 este de 730-780 ° C.

T91 după sudură timp de temperatură de ardere nu este mai puțin de 1 oră pentru a asigura transformarea completă a țesutului în martenit de ardere.

Pentru a reduce tensiunea reziduală a conexiunilor de sudură din oțel T91, viteza de răcire trebuie să fie controlată sub 5 ℃ / min. Procesul de sudare al oțelului T91 poate fi reprezentat în figura 3.

Încălzire la 200-250 °C; ② sudură, temperatura între straturi 200 ~ 300 ℃; ② răcire după sudură, viteza de 80 ~ 100 ℃ / h;

5 T91 oțel aplicații în centrala termică din provincia Guangdong

Primul centru de formare de sudură al Biroului Provincial al Energiei din Guangdong a evaluat procesul de sudură pentru acoperirea tuburilor T91 cu diametru Φ42 mm × 5mm. Temperatura de preîncălzire luată este de 200 ° C, după sudură răcire la 150 ° C, izolare după 1 oră pentru refocare, temperatura de refocare este de 750 ~ 780 ° C, izolare 1 oră, viteza de răcire este mai mică de 5 ° C / min. După sudare, eșantionul a fost inspectat, inspectat, testat fără deteriorare, testat de întindere și îndoiere, iar rezultatele au fost calificate, ceea ce indică, de asemenea, că procesul de sudare de mai sus a fost eficient.

Procesul de sudură menționat mai sus a fost aplicat cu succes în cercul extern al reîncălzitorului de înaltă temperatură al centralei electrice din Canton A și Canton May. După ce oțelul T91 a fost aplicat în aceste centrale electrice, frecvența accidentelor cauzate de supratemperatură a fost redusă considerabil.

6 Concluzii

① Oțelul T91 se bazează pe principiul de aliare, în special pe adăugarea unei cantități mici de niobiu, vanadiu și alte elemente în microscopie, rezistența la temperaturi ridicate, antioxidanța față de oțelul 12 Cr1MoV s-a îmbunătățit mult, dar performanțele sale de sudură sunt mai slabe.

Testul de plug-in arată că oțelul T91 are o tendință mai mare de fisurare rece, alegerea preîncălzirii la 200 ~ 250 ° C, temperatura între straturi la 200 ~ 300 ° C, poate împiedica eficient crearea de fisuri rece.

Înainte de tratamentul termic post-sudare T91, trebuie să se răcească la 100 ~ 150 ℃, izolare 1 h; temperatura de ardere 730 ~ 780 ℃, timp de izolare nu mai puțin de 1 h.

4 Procesul de sudură de mai sus a fost aplicat în practica de producție a cazanelor de 200 MW și 300 MW, pentru a obține rezultate satisfăcătoare și pentru a obține beneficii economice mari. Teva de oțel este o bară lungă de oțel cu o secțiune goală și fără suduri în jurul acesteia. Tevele din oțel au o secțiune goală și sunt folosite în mare măsură ca conducte pentru transportul de lichide, cum ar fi conducte pentru transportul de petrol, gaze naturale, gaze, apă și anumite materiale solide. În comparație cu oțelul solid și oțelul rotund, în același timp cu rezistența la torsiune și torsiune, greutatea este mai ușoară, este un oțel de secțiune economică, utilizat pe scară largă pentru fabricarea de componente structurale și piese mecanice, cum ar fi forajele de petrol, arborele de transmisie auto, ramele de biciclete și ramele de oțel utilizate în construcții. Fabricarea pieselor circulare din țeavă de oțel poate îmbunătăți utilizarea materialelor, simplifica procesul de fabricație, economisește materialele și timpul de prelucrare, cum ar fi rulmentul rulant, jack jack, etc., în prezent, se utilizează pe scară largă țeavă de oțel pentru a fabrica. Tubul de oțel este un material indispensabil pentru toate tipurile de arme convenționale, tuburile de pistol, tunurile etc. trebuie să fie fabricate cu tuburi de oțel. Tuburile din oțel pot fi împărțite în tuburi rotunde și tuburi de tip deformat în funcție de forma suprafeței de secțiune transversală. Deoarece suprafața circulară este cea mai mare în condiții de periferie egală, mai multe lichide pot fi transportate cu tuburi circulare. În plus, secțiunea circulară este mai uniformă atunci când este supusă presiunii radiale interne sau externe, astfel încât marea majoritate a țevilor din oțel sunt țevi circulare. Formula de calcul al greutății tubului din aliaj: [(diametrul exterior - grosimea peretelui) * grosimea peretelui] * 0,02466 = kg / m (greutatea pe metru)