Đảm bảo chất lượng ống thép cao áp T91
Thép T91 là một loại thép chịu nhiệt mactenxit mới được phát triển bởi phòng thí nghiệm sườn voi quốc gia Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm vật liệu luyện kim của công ty kỹ thuật đốt của Hoa Kỳ. Trên cơ sở thép 9Cr1MoV, nó làm giảm hàm lượng cacbon, giới hạn nghiêm ngặt hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho, và thêm một lượng nhỏ vanadi và niobi để tạo hợp kim.
Mác thép của ống thép liền T91 tương ứng với thép T91 là x10crmovnnb91 ở Đức, hcm95 ở Nhật và tuz10cdvnb0901 ở Pháp.
Nội dung yếu tố
S ≤0.01
Si 0,20-0,50
Có các TK 8,00-9,50
Tháng 0,85-1,05
V 0,18-0,25
Nb 0,06-0,10
N 0,03-0,07
Ni ≤0,40
Mỗi thành phần hợp kim trong Thép T91 đóng vai trò tăng cường dung dịch rắn, tăng cường phân tán và cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn của thép. Phân tích cụ thể như sau.
①Carbon là yếu tố rõ ràng nhất của việc tăng cường dung dịch rắn trong thép. Với sự gia tăng của hàm lượng cacbon, độ bền ngắn hạn của thép tăng lên và độ dẻo và độ dai giảm. Đối với thép mactenxit như T91, sự gia tăng hàm lượng cacbon sẽ đẩy nhanh quá trình hình cầu hóa và tập hợp cacbua, đẩy nhanh sự phân bố lại các nguyên tố hợp kim và làm giảm khả năng hàn, chống ăn mòn và chống oxi hóa của thép. Vì vậy, thép chịu nhiệt nói chung muốn giảm hàm lượng cacbon, Tuy nhiên, nếu hàm lượng cacbon quá thấp, độ bền của thép sẽ bị giảm. So với thép 12Cr1MoV, hàm lượng cacbon của thép T91 giảm 20%, điều này được xác định bằng cách xem xét toàn diện mức độ ảnh hưởng của các yếu tố trên.
②Thép T91 có chứa nitơ vi lượng, và vai trò của nitơ được phản ánh trên hai khía cạnh. Một mặt, nó đóng vai trò tăng cường dung dịch rắn. Độ hòa tan của nitơ trong thép ở nhiệt độ phòng là rất nhỏ. Trong quá trình gia nhiệt hàn và nhiệt luyện sau hàn, dung dịch rắn VN và quá trình kết tủa sẽ xảy ra liên tiếp trong vùng ảnh hưởng nhiệt sau mối hàn của Thép T91: cấu trúc Austenit được hình thành trong vùng ảnh hưởng nhiệt trong quá trình gia nhiệt hàn làm tăng hàm lượng nitơ do sự hòa tan của VN, và sau đó mức độ siêu bão hòa trong cấu trúc nhiệt độ bình thường tăng lên, Trong xử lý nhiệt sau mối hàn tiếp theo, có kết tủa VN mịn, làm tăng độ ổn định cấu trúc vi mô và cải thiện độ bền lâu dài của vùng ảnh hưởng nhiệt. Mặt khác, thép T91 cũng chứa một lượng nhỏ A1. Nitơ có thể tạo thành A1N với nó. A1N chỉ được hòa tan vào chất nền khi nó trên 1100 ℃ và lại kết tủa ở nhiệt độ thấp hơn, điều này có thể đóng vai trò tăng cường phân tán tốt.
③Việc bổ sung crom chủ yếu là để nâng cao khả năng chống oxi hóa và chống ăn mòn của thép chịu nhiệt. Khi hàm lượng crom nhỏ hơn 5%, nó bắt đầu bị oxy hóa mạnh ở 600 ℃, trong khi khi hàm lượng crom lên đến 5%, nó có khả năng chống oxi hóa tốt. Thép 12Cr1MoV có khả năng chống oxy hóa tốt dưới 580 ℃, và độ sâu ăn mòn là 0,05 mm / A. ở 600 ℃, hiệu suất bắt đầu kém đi và độ sâu ăn mòn là 0,13 mm / A. Hàm lượng crom của T91 có thể được tăng lên khoảng 9% và nhiệt độ phục vụ có thể đạt 650 ℃. Biện pháp chính là hòa tan nhiều crôm hơn trong chất nền.
④Vanadi và niobi là những nguyên tố tạo cacbit mạnh. Sau đó, chúng có thể tạo thành cacbua hợp kim mịn và ổn định với cacbon, có tác dụng tăng cường phân tán mạnh.
⑤ Molypden chủ yếu được thêm vào để cải thiện độ bền nhiệt của thép và đóng vai trò tăng cường dung dịch rắn.
Quá trình xử lý nhiệt cuối cùng của T91 là thường hóa + tôi nhiệt độ cao. Nhiệt độ thường hóa là 1040 ℃, thời gian giữ không dưới 10 phút, nhiệt độ ủ là 730 ~ 780 ℃ và thời gian giữ không dưới 1 giờ. Cấu trúc vi mô sau khi xử lý nhiệt cuối cùng là mactenxit tôi.
Độ bền kéo của thép T91 ở nhiệt độ phòng ≥ 585 MPa, độ bền chảy ở nhiệt độ phòng ≥ 415 MPa, độ cứng ≤ 250 Hb, độ giãn dài (mẫu tròn tiêu chuẩn với khoảng cách cữ 50 mm) ≥ 20%, giá trị ứng suất cho phép [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
Theo công thức tương đương cacbon được khuyến nghị bởi hiệp hội hàn quốc tế, đương lượng cacbon của T91 là
Có thể thấy T91 có khả năng hàn kém.
Thép T91 có xu hướng nứt lạnh lớn và dễ bị nứt trễ trong một số điều kiện nhất định. Do đó, mối hàn phải được tôi luyện trong vòng 24 giờ sau khi hàn. Cấu trúc vi mô của T91 sau khi hàn là Mactenxit dạng tấm và dải, có thể biến đổi thành Mactenxit sau khi tôi luyện và các đặc tính của nó vượt trội hơn Mactenxit dạng tấm và dạng dải. Khi nhiệt độ tôi luyện thấp, hiệu quả tôi luyện không rõ ràng và kim loại hàn dễ bị lão hóa và dễ uốn; Nếu nhiệt độ ủ quá cao (vượt quá dòng AC1), mối nối có thể được làm sạch lại và cứng trở lại trong quá trình làm mát tiếp theo. Đồng thời, như đã đề cập trước đó trong bài báo này, ảnh hưởng của lớp làm mềm mối nối cần được xem xét khi xác định nhiệt độ ủ. Nói chung, nhiệt độ ủ của T91 là 730 ~ 780 ℃.
Thời gian nhiệt độ ổn định ủ của T91 sau khi hàn không được ít hơn 1 h, để đảm bảo sự biến đổi hoàn toàn cấu trúc của nó thành mactenxit đã được tôi luyện.
Để giảm ứng suất dư của mối hàn bằng thép T91, tốc độ nguội phải được kiểm soát nhỏ hơn 5 ℃ / phút. Quá trình hàn của thép T91 có thể được trình bày trong Hình 3.
Làm nóng trước 200 ~ 250 ℃; ② Nhiệt độ hàn, lớp xen kẽ 200 ~ 300 ℃; ③ Làm mát sau khi hàn, với tốc độ 80 ~ 100 ℃ / h; ④ 100 ~ 150 ℃ trong 1 giờ; ⑤ Ủ ở nhiệt độ 730 ~ 780 ℃ trong 1 giờ; ⑥ Làm nguội với tốc độ không lớn hơn 5 ℃ / phút.
Thép T91 dựa trên nguyên tắc tạo hợp kim, đặc biệt bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố vi lượng như niobi và vanadi. Độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa của nó được cải thiện rất nhiều so với thép 12 cr1mov, nhưng hiệu suất hàn của nó kém.
Kiểm tra chốt cho thấy thép T91 có xu hướng nứt nguội lớn. Chọn gia nhiệt sơ bộ 200 ~ 250 ℃ và nhiệt độ lớp xen kẽ 200 ~ 300 ℃ có thể ngăn ngừa nứt lạnh hiệu quả.
T91 phải được làm nguội đến 100 ~ 150 ℃ trong 1 giờ trước khi xử lý nhiệt sau hàn; Nhiệt độ ủ 730 ~ 780 ℃, thời gian giữ không ít hơn 1 h.
Quy trình hàn trên đã được áp dụng vào thực tế chế tạo và sản xuất nồi hơi công suất 200 MW và 300 MW, cho kết quả khả quan và mang lại hiệu quả kinh tế lớn.
