T91 Стальные трубы

Стальные трубы из сплава T91 представляют собой стальные трубы, а сталь T91 представляет собой новую мартенситную термостойкую сталь, разработанную в сотрудничестве с Национальной лабораторией по исследованию джулинга и Лабораторией металлургических материалов американской компании по производству сжигания. Это снижение содержания углерода на основе стали 121MoV, строгое ограничение содержания серы и фосфора, добавление небольшого количества элементов ванадия и ниобия для легирования. Согласно ASTM213 / A213M - 85C, химический состав стали T91 показан в таблице 1. Немецкая сталь, соответствующая T91, имеет номер X10CrMoVNb91, японская сталь - HCM95, а французская - TUZ10CDVNb0901. Таблица 1 T91 Химический состав стали в%

T91 Содержание элементов в стальных трубах

С 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

Мо 0,85 - 1,05

V 0,18 - 0,25

Нб 0,06 - 0,10

N 0,03 - 0,07

Ni 0,40

Элементы сплава в стали T91 усиливаются твердым раствором, усиливаются дисперсией и повышают антиоксидантные и коррозионные свойства стали, как показано ниже.

(1) Углерод является наиболее очевидным элементом упрочнения твердого раствора в стали, с увеличением содержания углерода, кратковременным повышением прочности стали, пластичностью, вязкостью, для такой мартенситной стали, как T91, увеличение содержания углерода ускорит карбидную глобализацию и скорость агрегации, ускорит перераспределение легированных элементов, уменьшит свариваемость, коррозионную стойкость и антиоксидантность стали, поэтому термостойкая сталь, как правило, хочет уменьшить содержание углерода, но содержание углерода слишком низкое, прочность стали будет уменьшена. Сталь T91 содержит на 20% меньше углерода по сравнению со сталью 12Cr1Mov, что определяется сочетанием этих факторов.

Сталь T91 содержит небольшое количество азота, и роль азота проявляется в двух аспектах. С одной стороны, усиление твердого раствора, растворимость азота в стали при комнатной температуре очень мала, зона теплового воздействия после сварки стали T91 в процессе сварного нагрева и термообработки после сварки, будет иметь процесс затвердевания и выделения VN: при сварном нагревании теплота влияет на формирование аустенитной ткани в зоне из - за растворения VN, содержание азота увеличивается, с тех пор степень перенасыщения в тканях при комнатной температуре увеличивается, в последующей термообработке после сварки происходит небольшое выделение VN, что повышает стабильность тканей и повышает прочность зоны теплового воздействия. С другой стороны, сталь T91 также содержит небольшое количество A1, с которой азот может образовывать A1N, A1N при более чем 1100°C, прежде чем он растворяется в большом количестве в матрице, при более низких температурах и повторном выделении, может играть лучшую роль в усилении дисперсии.

Добавление хрома в основном улучшает устойчивость к окислению и коррозии термостойкой стали, содержание хрома менее 5%, 600 °C начинает интенсивное окисление, а содержание хрома до 5% имеет хорошую устойчивость к окислению. Сталь 12Cr1MoV обладает хорошей антиоксидантной стойкостью при температуре ниже 580°C, глубина коррозии 0,05 мм / а, при температуре 600°C производительность начинает ухудшаться, глубина коррозии составляет 0,13 мм / а. T91 Содержание хрома увеличивается примерно до 9% при температуре 650°C, и основной мерой является увеличение растворимости хрома в матрице.

Ванадий и ниобий являются мощными карбидными элементами, которые могут образовывать небольшие и стабильные легированные карбиды с углеродом после добавления и имеют сильный эффект усиления дисперсии.

(5) Добавление молибдена в основном для повышения тепловой прочности стали, играет роль твердорастворимого упрочнения.

2.2 Теплообработка

Окончательная термическая обработка T91 - это положительный огонь + высокотемпературный отпуск, положительная температура огня - 1040°C, время изоляции - не менее 10 минут, температура отпуска - 730 - 780°C, время изоляции - не менее 1 часа, ткань после окончательной термообработки - отпускной мартенсит.

2.3 Механические свойства

прочность на растяжение при комнатной температуре стали T91 ≥ 585 МПа, текучесть при комнатной температуре ≥ 415 МПа, твердость 250 HB, удлинение (стандартный круглый образец с интервалом 50 мм) ≥ 20%, допустимое значение напряжения [сигма] 650°С = 30 МПа.

2.4 Свойства сварки

В соответствии с формулой углеродного эквивалента, рекомендованной Международным институтом сварки, углеродный эквивалент T91 составляет

Т91 плохо сваривается.

T91 Проблемы при сварке

3.1 Образование закаленных тканей в зоне теплового воздействия

Как видно из рисунка 1, T91 имеет низкую критическую скорость охлаждения, высокую устойчивость аустенита и не подвержен нормальному перлитному переходу при охлаждении, что приводит к мартенситному переходу при охлаждении до более низких температур. Из - за этого T91 имеет тенденцию к закалке и холодному разрыву.

Поскольку различные ткани в зоне теплового воздействия имеют различную плотность, коэффициент расширения и различные формы решетки, они неизбежно сопровождаются различными объемными расширениями и усадками в процессе нагрева и охлаждения; С другой стороны, поскольку сварочный нагрев имеет характеристики неравномерности и высокой температуры, внутреннее напряжение сварного соединения T91 велико.

Для T91 аустенит очень стабилен и охлаждается до более низких температур (около 400°C), чтобы стать мартенситом. Толстая мартенситная ткань хрупкая и жесткая, а соединение находится в сложном стрессовом состоянии. В то же время, во время охлаждения шва водород распространяется от шва в ближнюю зону шва, наличие водорода способствует хрупкости мартенсита, и в результате его синтеза легко возникает холодная трещина в закалочной зоне.

3.2 Рост зерна в зоне теплового воздействия

Тепловой цикл сварки оказывает значительное влияние на рост зерна в зоне теплового воздействия сварной головки, особенно в непосредственной близости от зоны плавления, где температура нагрева достигает максимальной. При более высокой скорости охлаждения в зоне теплового воздействия сварки появляются толстые массивные железистые и карбидные ткани, так что пластичность стали значительно снижается; Когда скорость охлаждения велика, из - за создания толстой мартенситной ткани, также может привести к снижению пластичности сварных соединений.

3.3 Создание смягчающего слоя

Сталь T91 сваривается в регулируемом состоянии, и зона теплового воздействия неизбежно создает смягчающий слой, который более серьезен, чем размягчение перлитной термостойкой стали. Степень размягчения выше, когда используются нормы медленного нагрева и охлаждения. Кроме того, ширина размягчающего слоя и его расстояние от линии плавления связаны не только с условиями нагрева и характеристиками сварки, но и с подогревом, термообработкой после сварки и так далее. Харбинская котельная установка провела испытания, чтобы получить кривую твердости зоны теплового воздействия сварки T91, как показано на рисунке 2.

3.4 Коррозионные трещины под напряжением

Сталь T91 до термообработки после сварки, температура охлаждения, как правило, не ниже 100°C, если охлаждение при комнатной температуре, а окружающая среда более влажная, подвержена коррозионным трещинам под напряжением. Германия требует охлаждения до температуры ниже 150°C до термической обработки после сварки. При более толстых деталях, наличии угловых швов и плохих геометрических размерах температура охлаждения не менее 100°C. Если охлаждается при комнатной температуре, строго запрещается влажность, иначе может возникнуть коррозионная трещина под напряжением.

4 T91 Процесс сварки стали

4.1 Выбор температуры подогрева

Точка Ms для стали T91 составляет около 400 °C, а температура подогрева обычно выбирается от 200 до 250 °C. Температура подогрева не может быть слишком высокой, иначе скорость охлаждения соединения уменьшается, что может вызвать выделение карбида на границе кристалла и образование ферритной ткани в сварном соединении, что значительно снижает ударную вязкость сварного соединения стали при комнатной температуре. Нижний предел температуры подогрева хорошо проиллюстрирован испытаниями штепселя, проведенными Харбинской котельной установкой.

Пилотный испытательный стержень изготовлен из стали T91, диаметр 8 мм, глубина 0,5 мм, нижняя пластина изготовлена из стали 13CrMo, толщина 20 мм, испытание проводится в условиях без подогрева, подогрева 150°C, подогрева 200°C и подогрева 250°C. Сварочный электрод J707. Электрический ток сварки 165 - 170 А, напряжение дуги 21 - 267 В, результаты испытаний показаны в таблице 2.

Таблица 2 Результаты испытаний T91

Испытания

условный образец

Уровень напряжения

Время разрыва / MPA

/ мин.

Без подогрева 1 303,8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8,3 1440 Не сломано

Предварительное нагревание 150°C 4 421,4 8,1 1260

5 354,8 120 Не сломано

Предварительное нагревание 200 °C 6 465,2 8,6 1440

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Предварительное нагревание 250°C 9 539 8,2 1440

10 600 8,0 1440 Нерешенные

Как явствует из вышеуказанных результатов испытаний, критическое напряжение сварных соединений из стали T91 без предварительного нагрева составляет 176,4 МПа; При подогреве 150°С критическое напряжение составляет 354,8 МПа, что составляет 85,4% от предела текучести при комнатной температуре 415 МПа для стали T91; При подогреве выше 200°C критическое напряжение превышает 460 МПа, что превышает предел текучести при комнатной температуре стали T91. Таким образом, чтобы избежать холодных трещин при сварке стали T91, температура подогрева должна быть не ниже 200 °C, Германия устанавливает температуру подогрева от 180 до 250 °C, американская компания CE устанавливает температуру подогрева от 120 до 205 °C.

4.2 Выбор температуры между слоями

Межслойная температура не должна быть ниже нижнего предела температуры подогрева, но, как и при выборе температуры подогрева, межслойная температура не может быть слишком высокой. Температура между слоями при сварке T91 обычно контролируется на уровне 200 - 300°C. Французские правила: межслойная температура не превышает 300°C. Американские правила: межслойные температуры могут находиться в диапазоне от 170 до 230 °C.

4.3 Выбор начальной температуры термообработки после сварки

T91 требует охлаждения после сварки ниже точки мс и выдерживания в течение определенного периода времени для повторной обработки отжига, скорость охлаждения после сварки составляет от 80 до 100°С / ч. Если нет теплоизоляции, аустенитная ткань соединения может не полностью измениться, отжиг может привести к осаждению карбида вдоль границы аустенитных кристаллов, такая ткань очень хрупкая. Однако T91 также не допускает охлаждения до комнатной температуры после сварки, поскольку при охлаждении сварных соединений до комнатной температуры возникает риск образования холодных трещин. Для T91 оптимальная начальная температура составляет от 100 до 150 °C, а изоляция 1h в основном гарантирует завершение преобразования ткани.

4.4 Выбор температуры отпуска, времени постоянной температуры, скорости охлаждения отпуска

Сталь T91 имеет тенденцию к холодным трещинам и при определенных условиях подвержена задержке трещин, поэтому сварное соединение должно быть отжигающим в течение 24 часов после сварки. Т91 Структура после сварки представляет собой пластинчатый полосатый мартенсит, который после отпуска может быть преобразован в отжигающий мартенсит, обладающий превосходными свойствами по сравнению с пластинчатым мартенситом. При низкой температуре отжига эффект отжига не очевиден, металл сварного шва легко стареет и хрустит; Температура отжига слишком высока (выше линии AC1), и соединение может снова аустенизироваться и закаляться во время последующего охлаждения. В то же время, как описано выше в этой статье, определение температуры отпуска также учитывает влияние смягчающего слоя соединения. В целом, температура отжига T91 составляет от 730 до 780°C.

T91 При постоянной температуре отжига после сварки требуется не менее 1 ч, чтобы обеспечить полное преобразование ткани в отпускной мартенсит.

Для снижения остаточного напряжения сварных соединений T91 необходимо контролировать скорость охлаждения менее 5°C / мин. Технология сварки стали T91 может быть показана на рисунке 3.

Предварительное нагревание от 200 до 250°C; 2) сварка, межслойная температура 200 - 300°С; (3) Охлаждение после сварки со скоростью 80 - 100°С / ч; (4) теплоизоляция от 100 до 150°С 1h; (5) отжиг от 730 до 780°С 1h; (17) охлаждение со скоростью не более 5°С / мин

Примеры применения стали T91 на внутренней пожарной электростанции в провинции Гуандун

Первый сварочный учебный центр Гуандунского управления электроснабжения провел оценку процесса сварки для стыковки труб T91 с малой апертурой 42 × 5 мм. Принимаемая температура подогрева составляет 200°C, охлаждение после сварки до 150°C, отжиг после изоляции 1h, температура отжига 750 - 780°C, изоляция 1h, скорость подъема и падения температуры менее 5°C / мин. После сварки образец подвергается внешнему осмотру, проверке на излом, неразрушающему обнаружению, испытанию на растяжение и изгиб, результаты являются удовлетворительными, что также показывает, что вышеупомянутый процесс сварки эффективен.

Вышеупомянутая технология сварки была успешно применена на заводе « Шакок - А», внешнем кольце высокотемпературного рекуператора электростанции « Мэйсян». После применения стали T91 на этих электростанциях частота аварий, вызванных, например, перегревом, значительно снижается.

6 Заключение

(1) Сталь T91 опирается на принцип легирования, особенно с добавлением небольшого количества ниобия, ванадия и других микроэлементов, высокотемпературная прочность, антиоксидантность по сравнению со сталью 12 Cr1Mov имеет большее улучшение, но ее сварочные свойства хуже.

2) Испытание на штепсель показывает, что сталь T91 имеет большую тенденцию к холодному трещинообразованию, выбирая подогрев от 200 до 250°C, межслойную температуру от 200 до 300°C, может эффективно предотвратить образование холодной трещины.

(3) T91 Перед термообработкой после сварки необходимо охладить до 100 - 150°C, утеплить 1h; температура отжига 730 - 780°C, время изоляции не менее 1 ч.

(4) Вышеуказанная технология сварки была применена в практике производства котлов мощностью 200 МВт и 300 МВт для достижения удовлетворительных результатов и получения больших экономических выгод. Стальная труба - это длинная сталь с полым сечением и без швов вокруг нее. Стальные трубы имеют полые сечения и широко используются в качестве трубопроводов для транспортировки жидкостей, таких как трубопроводы для транспортировки нефти, газа, воды и некоторых твердых материалов. Стальная труба по сравнению с круглой сталью и другой твердой сталью, при одинаковой прочности на изгиб и скручивание, имеет более легкий вес, является экономичным сечением стали, широко используется для изготовления конструкций и механических деталей, таких как нефтяные буровые трубы, автомобильные приводные валы, велосипедные рамы и стальные леса, используемые в строительстве. Изготовление кольцевых деталей из стальных труб может улучшить коэффициент использования материалов, упростить производственный процесс, сэкономить материалы и время обработки, такие как кольцо подшипника качения, втулка домкрата и т. Д. В настоящее время широко используется стальная труба для изготовления. Стальные трубы также являются незаменимым материалом для всех видов обычных вооружений, стволы, стволы и т. Д., Чтобы сделать стальные трубы. Стальные трубы могут быть разделены на круглые и фасонные трубы в зависимости от формы поперечного сечения. Поскольку при равном периметре круг имеет наибольшую площадь, с помощью круглых труб можно транспортировать больше жидкости. Кроме того, сечение кольца имеет более равномерное напряжение, когда оно подвергается внутреннему или внешнему радиальному давлению, поэтому подавляющее большинство стальных труб являются круглыми трубами. формула расчета веса сплавной трубы: [(наружный диаметр - толщина стенки) * толщина стенки] * 0.02466 = кг / м (вес на метр)