Garantía de calidad de la tubería de acero de alta presión T91
El acero T91 es un nuevo tipo de acero martensítico resistente al calor desarrollado por el laboratorio nacional estadounidense de crestas de elefante y el laboratorio de materiales metalúrgicos de la empresa estadounidense de ingeniería de combustión. Sobre la base del acero 9Cr1MoV, reduce el contenido de carbono, limita estrictamente el contenido de azufre y fósforo y agrega una pequeña cantidad de vanadio y niobio para la aleación.
El grado de acero de la tubería de acero sin costura T91 correspondiente al acero T91 es x10crmovnnb91 en Alemania, hcm95 en Japón y tuz10cdvnb0901 en Francia.
Contenido del 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 aleación en el acero T91 desempeña el papel de fortalecer la solución sólida, fortalecer la dispersión y mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión del acero. El análisis específico es el siguiente.
①El carbono es el elemento más obvio del fortalecimiento de la solución sólida en el acero. Con el aumento del contenido de carbono, la resistencia a corto plazo del acero aumenta y la plasticidad y tenacidad disminuyen. Para el acero martensítico como el T91, el aumento del contenido de carbono acelerará la esferoidización y la agregación del carburo, acelerará la redistribución de los elementos de aleación y reducirá la soldabilidad, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación del acero. Por lo tanto, el acero resistente al calor generalmente quiere reducir el contenido de carbono. Sin embargo, si el contenido de carbono es demasiado bajo, la resistencia del acero se reducirá. En comparación con el acero 12Cr1MoV, el contenido de carbono del acero T91 se reduce en un 20%, lo que se determina considerando de manera integral la influencia de los factores anteriores.
②El acero T91 contiene trazas de nitrógeno y el papel del nitrógeno se refleja en dos aspectos. Por un lado, desempeña el papel de fortalecimiento de soluciones sólidas. La solubilidad del nitrógeno en el acero a temperatura ambiente es muy pequeña. En el proceso de calentamiento de soldadura y tratamiento térmico posterior a la soldadura, la solución sólida de VN y el proceso de precipitación se producirán sucesivamente en la zona afectada por el calor posterior a la soldadura del acero T91: la estructura austenítica formada en la zona afectada por el calor durante el calentamiento por soldadura aumenta el contenido de nitrógeno debido a la disolución de VN, y luego aumenta el grado de sobresaturación en la estructura de temperatura normal. En el tratamiento térmico posterior a la soldadura, hay una fina precipitación de VN, que aumenta la estabilidad de la microestructura y mejora la resistencia duradera de la zona afectada por el calor. Por otro lado, el acero T91 también contiene una pequeña cantidad de A1. El nitrógeno puede formar A1N con él. El A1N se disuelve en la matriz solo cuando está por encima de 1100 ℃ y vuelve a precipitar a una temperatura más baja, lo que puede tener un buen efecto de fortalecimiento de la dispersión.
③La adición de cromo es principalmente para mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión del acero resistente al calor. Cuando el contenido de cromo es inferior al 5%, comienza a oxidarse violentamente a 600 ℃, mientras que cuando el contenido de cromo es de hasta el 5%, tiene una buena resistencia a la oxidación. El acero 12Cr1MoV tiene una buena resistencia a la oxidación por debajo de 580 ℃, y la profundidad de corrosión es de 0.05 mm / A. a 600 ℃, el rendimiento comienza a deteriorarse y la profundidad de corrosión es de 0.13 mm / A. El contenido de cromo de T91 se puede aumentar a aproximadamente 9% y la temperatura de servicio puede alcanzar los 650 ℃. La principal medida es disolver más cromo en la matriz.
④El vanadio y el niobio son fuertes elementos formadores de carburo. Después de la adición, pueden formar carburos de aleación finos y estables con carbono, lo que tiene un fuerte efecto de fortalecimiento de la dispersión.
⑤ El molibdeno se agrega principalmente para mejorar la resistencia térmica del acero y desempeñar el papel de fortalecimiento de la solución sólida.
El tratamiento térmico final de T91 es normalización + templado a alta temperatura. La temperatura de normalización es de 1040 ℃, el tiempo de mantenimiento no es inferior a 10 min, la temperatura de revenido es de 730 ~ 780 ℃ y el tiempo de mantenimiento no es inferior a 1 h. La microestructura después del tratamiento térmico final es martensita templada.
Resistencia a la tracción del acero T91 a temperatura ambiente ≥ 585 MPa, límite elástico a temperatura ambiente ≥ 415 MPa, dureza ≤ 250 Hb, alargamiento (muestra circular estándar con una distancia de medición de 50 mm) ≥ 20%, valor de tensión admisible [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
De acuerdo con la fórmula de carbono equivalente recomendada por la sociedad internacional de soldadura, el carbono equivalente de T91 es
Puede verse que T91 tiene poca soldabilidad.
El acero T91 tiene una gran tendencia al agrietamiento en frío y es propenso al agrietamiento retardado en determinadas condiciones. Por lo tanto, la junta soldada debe templarse dentro de las 24 horas posteriores a la soldadura. La microestructura de T91 después de la soldadura es martensita de placa y tira, que puede cambiarse a martensita templada después del templado, y sus propiedades son superiores a la martensita de placa y tira. Cuando la temperatura de templado es baja, el efecto de templado no es obvio y el metal de soldadura es fácil de envejecer y fragilizarse; Si la temperatura de revenido es demasiado alta (excediendo la línea AC1), la junta puede ser austenitizada nuevamente y endurecida nuevamente en el proceso de enfriamiento posterior. Al mismo tiempo, como se mencionó anteriormente en este documento, la influencia de la capa de ablandamiento de la junta debe considerarse en la determinación de la temperatura de revenido. En términos generales, la temperatura de revenido de T91 es de 730 ~ 780 ℃.
El tiempo de templado a temperatura constante de T91 después de la soldadura no debe ser inferior a 1 h, de modo que se asegure la transformación completa de su estructura en martensita templada.
Para reducir la tensión residual de la junta soldada de acero T91, la velocidad de enfriamiento debe controlarse a menos de 5 ℃ / min. El proceso de soldadura del acero T91 se puede mostrar en la Figura 3.
Precaliente 200 ~ 250 ℃; ② Soldadura, temperatura entre capas 200 ~ 300 ℃; ③ Enfriamiento después de soldar, con una velocidad de 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ durante 1 h; ⑤ Templado a 730 ~ 780 ℃ durante 1 h; ⑥ Enfríe a una velocidad no superior a 5 ℃ / min.
El acero T91 se basa en el principio de aleación, especialmente añadiendo una pequeña cantidad de oligoelementos como niobio y vanadio. Su resistencia a altas temperaturas y su resistencia a la oxidación mejoran mucho en comparación con el acero de 12 cr1mov, pero su rendimiento de soldadura es deficiente.
La prueba del pasador muestra que el acero T91 tiene una gran tendencia al agrietamiento en frío. Seleccionar el precalentamiento a 200 ~ 250 ℃ y la temperatura entre capas 200 ~ 300 ℃ puede prevenir eficazmente el agrietamiento en frío.
El T91 debe enfriarse a 100 ~ 150 ℃ durante 1 h antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura; Temperatura de revenido 730 ~ 780 ℃, tiempo de mantenimiento no inferior a 1 h.
El proceso de soldadura anterior se ha aplicado a la práctica de fabricación y producción de calderas de 200 MW y 300 MW, con resultados satisfactorios y grandes beneficios económicos.
