אבטחת איכות צינור פלדה בלחץ גבוה T91
פלדת T91 היא סוג חדש של פלדה עמידה בחום מרטנסיטית שפותחה על ידי מעבדת רכס הפילים הלאומית האמריקאית ומעבדת החומרים המטלורגיים של חברת הנדסת בעירה אמריקאית. על בסיס פלדה 9Cr1MoV, היא מפחיתה את תכולת הפחמן, מגבילה בקפדנות את תכולת הגופרית והזרחן, ומוסיפה כמות קטנה של ונדיום וניוביום לסגסוגת.
דרגת הפלדה של צינור פלדה ללא תפרים T91 המקביל לפלדת T91 היא x10crmovnnb91 בגרמניה, hcm95 ביפן ו-tuz10cdvnb0901 בצרפת.
תוכן אלמנט
S ≤0.01
Si 0.20-0.50
Cr 8.00-9.50
מו 0.85-1.05
V 0.18-0.25
Nb 0.06-0.10
N 0.03-0.07
Ni ≤0.40
כל אלמנט סגסוגת ב-T91 Steel ממלא את התפקיד של חיזוק תמיסה מוצקה, חיזוק פיזור ושיפור עמידות החמצון ועמידות הקורוזיה של הפלדה. הניתוח הספציפי הוא כדלקמן.
①פחמן הוא המרכיב הברור ביותר של חיזוק פתרון מוצק בפלדה. עם העלייה בתכולת הפחמן, החוזק לטווח הקצר של הפלדה גדל והפלסטיות והקשיחות פוחתות. עבור פלדה מרטנסיטית כגון T91, העלייה בתכולת הפחמן תאיץ את הכדוריות והצבירה של קרביד, תאיץ את הפיזור מחדש של יסודות הסגסוגת ותפחית את יכולת הריתוך, העמידות בפני קורוזיה ועמידות החמצון של הפלדה. לכן, פלדה עמידה בחום רוצה בדרך כלל להפחית את תכולת הפחמן, אולם אם תכולת הפחמן נמוכה מדי, חוזק הפלדה יקטן. בהשוואה לפלדה 12Cr1MoV, תכולת הפחמן של פלדת T91 מופחתת ב-20%, אשר נקבעת על ידי התחשבות מקיפה בהשפעת הגורמים לעיל.
②פלדת T91 מכילה עקבות חנקן, ותפקיד החנקן בא לידי ביטוי בשני היבטים. מצד אחד, הוא ממלא את התפקיד של חיזוק פתרון מוצק. המסיסות של חנקן בפלדה בטמפרטורת החדר קטנה מאוד. בתהליך של חימום ריתוך וטיפול בחום לאחר ריתוך, פתרון מוצק VN ותהליך משקעים יתרחשו ברציפות באזור מושפע החום שלאחר הריתוך של T91 Steel: המבנה האוסטניטי שנוצר באזור מושפע החום במהלך חימום הריתוך מגדיל את תכולת החנקן עקב הפירוק של VN, ולאחר מכן מידת רווית העל במבנה הטמפרטורה הרגיל עולה. בטיפול החום שלאחר הריתוך שלאחר מכן, יש משקעים VN עדינים, מה שמגביר את יציבות המיקרו-מבנה ומשפר את החוזק המתמשך של האזור המושפע מהחום. מצד שני, פלדת T91 מכילה גם כמות קטנה של A1. חנקן יכול ליצור איתו A1N. A1N מומס לתוך המטריצה רק כאשר הוא מעל 1100 ℃ ומשקע שוב בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שיכול להשפיע טוב לחיזוק הפיזור.
③הוספת כרום נועדה בעיקר לשפר את עמידות החמצון ועמידות בפני קורוזיה של פלדה עמידה בחום. כאשר תכולת הכרום היא פחות מ-5%, היא מתחילה להתחמצן בעוצמה ב-600 ℃, בעוד שכאשר תכולת הכרום היא עד 5%, יש לה עמידות טובה לחמצון. לפלדה 12Cr1MoV יש עמידות טובה לחמצון מתחת ל-580 ℃, ועומק הקורוזיה הוא 0.05 מ"מ/א' ב-600 ℃, הביצועים מתחילים להידרדר, ועומק הקורוזיה הוא 0.13 מ"מ/א. ניתן להגדיל את תכולת הכרום של T91 לכ- 9% וטמפרטורת השירות יכולה להגיע ל-650 ℃. המדד העיקרי הוא להמיס יותר כרום במטריצה.
④ונדיום וניוב הם יסודות חזקים היוצרים קרביד. לאחר ההוספה, הם יכולים ליצור קרבידים מסגסוגת עדינים ויציבים עם פחמן, שיש לו אפקט חזק לחיזוק פיזור.
⑤ מוליבדן מתווסף בעיקר כדי לשפר את החוזק התרמי של הפלדה ולמלא את התפקיד של חיזוק תמיסה מוצקה.
טיפול החום הסופי של T91 הוא מנרמל + טמפרטורת טמפרטורה גבוהה. טמפרטורת הנרמול היא 1040 ℃, זמן ההחזקה הוא לא פחות מ-10 דקות, טמפרטורת החיסום היא 730 ~ 780 ℃, וזמן ההחזקה הוא לא פחות משעה. המיקרו-מבנה לאחר טיפול החום הסופי הוא מרטנזיט מחוסמ.
חוזק מתיחה של פלדת T91 בטמפרטורת חדר ≥ 585 MPa, חוזק תפוקה בטמפרטורת חדר ≥ 415 MPa, קשיות ≤ 250 Hb, התארכות (דגימה מעגלית סטנדרטית עם מרחק מד של 50 מ"מ) ≥ 20%, ערך מתח מותר [ σ] = 650 30 MPa.
על פי הנוסחה המקבילה לפחמן המומלצת על ידי אגודת הריתוך הבינלאומית, המקבילה לפחמן של T91 היא
ניתן לראות של-T91 יכולת ריתוך גרועה.
לפלדת T91 יש נטייה גדולה לסדק קר והיא נוטה לסדק מושהה בתנאים מסוימים. לכן, יש לחמם את המפרק המרותך תוך 24 שעות לאחר הריתוך. המיקרו-מבנה של T91 לאחר הריתוך הוא פלטה ורצועה מרטנזיט, אותו ניתן לשנות למרטנזיט מחוסמ לאחר חיתוך, ותכונותיו עדיפות על מרטנזיט פלטה ופס. כאשר טמפרטורת החיסום נמוכה, אפקט החיסום אינו ברור, ומתכת הריתוך קלה להזדקן ולהתפרקות; אם טמפרטורת הטמפרור גבוהה מדי (עולה על קו AC1), ייתכן שהמפרק יתחזק שוב ויתקשה שוב בתהליך הקירור שלאחר מכן. יחד עם זאת, כפי שהוזכר קודם לכן במאמר זה, יש לשקול את ההשפעה של שכבת ריכוך המפרק בקביעת טמפרטורת החיסום. באופן כללי, טמפרטורת החיסום של T91 היא 730 ~ 780 ℃.
זמן הטמפרטורה הקבועה של טמפרטורת T91 לאחר הריתוך לא יפחת משעה אחת, על מנת להבטיח את ההפיכה המלאה של המבנה שלו למרטנזיט מחוסמ.
על מנת להפחית את הלחץ השיורי של מפרק מרותך פלדה T91, יש לשלוט בקצב הקירור בפחות מ-5 ℃/דקה. ניתן להציג את תהליך הריתוך של פלדת T91 באיור 3.
לחמם מראש 200 ~ 250 ℃; ② ריתוך, טמפרטורת בין השכבות 200 ~ 300 ℃; ③ קירור לאחר ריתוך, במהירות של 80 ~ 100 ℃ / שעה; ④ 100 ~ 150 ℃ למשך שעה אחת; ⑤ מזג ב-730 ~ 780 ℃ למשך שעה אחת; ⑥ מצננים בקצב שאינו עולה על 5 ℃/דקה.
פלדה T91 מסתמכת על עקרון הסגסוג, במיוחד הוספת כמות קטנה של יסודות קורט כגון ניוביום ונדיום. חוזק הטמפרטורות הגבוהות ועמידות החמצון שלו השתפרו מאוד בהשוואה לפלדה 12 cr1mov, אך ביצועי הריתוך שלה גרועים.
בדיקת הפינים מראה שלפלדת T91 יש נטייה גדולה לסדק קר. בחירת חימום מוקדם של 200 ~ 250 ℃ וטמפרטורת בין השכבות 200 ~ 300 ℃ יכולה למנוע ביעילות סדק קר.
יש לקרר את T91 ל-100 ~ 150 ℃ למשך שעה אחת לפני טיפול בחום לאחר הריתוך; טמפרטורת מזג 730 ~ 780 ℃, זמן החזקה לא פחות משעה אחת.
תהליך הריתוך הנ"ל יושם על ייצור וייצור של דוודים 200 MW ו-300 MW, עם תוצאות משביעות רצון ויתרונות כלכליים גדולים.
