T91 legiertes Stahlrohr

T91 Legierung Stahlrohr ist eine Art von Stahlrohr, T91 Stahl ist ein neuer Typ von martensitischer Hitzebeständigkeit Stahl entwickelt in Zusammenarbeit mit der US-amerikanischen National wie Tree Ridge Laboratory und der US-amerikanischen Verbrennungstechnik Corporation Metallurgical Materials Laboratory. Es reduziert den Kohlenstoffgehalt auf der Grundlage von 121MoV-Stahl, begrenzt den Schwefel- und Phosphorgehalt streng, fügt eine kleine Menge Vanadium und Niobium zur Legierung hinzu. Die chemische Zusammensetzung des Stahls T91 gemäß ASTM 213/A213M-85C ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die deutsche Stahlnummer ist X10CrMoVNNb91, die japanische HCM95 und die französische TUZ10CDVNb0901. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung des Stahls T91 in %

T91 Stahlrohrelemente Gehalt

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

Niß ≤0,40

Jedes Legierungselement in T91-Stahl spielt die Festlösungsverstärkung, die Diffusionsverstärkung und die Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls, die spezifische Analyse ist wie folgt.

1. Kohlenstoff ist das offensichtlichste Element der festen löslichen Stärkung des Stahls, mit der Erhöhung des Kohlenstoffgehalts, der kurzfristigen Stärke des Stahls steigt, Plastizität, Zähigkeit sinkt, für die Art von T91-martensitischem Stahl wird der Anstieg des Kohlenstoffgehalts die Carbid-Sphärisierung und die Aggregationsgeschwindigkeit beschleunigen, die Umverteilung von Legierungselementen beschleunigen, die Schweißbarkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit des Stahls verringern, also wollen heißbeständiger Stahl im Allgemeinen den Kohlenstoffgehalt reduzieren, aber der Kohlenstoffgehalt Der Kohlenstoffgehalt von T91-Stahl ist im Vergleich zu 12Cr1MoV-Stahl um 20% geringer, was unter Berücksichtigung der Auswirkungen der oben genannten Faktoren bestimmt wurde.

T91 Stahl enthält Spuren von Stickstoff, die Wirkung von Stickstoff spiegelt sich in zwei Aspekten wider. Einerseits wirkt die Festlösung verstärkt, die Löslichkeit von Stickstoff im Stahl bei normaler Temperatur ist sehr klein, die Wärmeeinwirkungszone nach dem Schweißen von T91-Stahl während der Schweißerwärmung und der Wärmebehandlung nach dem Schweißen wird die Festlösung von VN auftreten und der Abfallprozess auftreten: Austenitgewebe, das sich bei der Schweißerwärmung in der Wärmeeinwirkungszone gebildet hat, erhöht sich der Stickstoffgehalt aufgrund der Auflösung von VN, danach erhöht sich der Übersättigungsgrad im Gewebe bei normaler Temperatur, in der anschließenden Wärmebehandlung nach dem Schweißen wird ein kleines VN abgefallen, was die Gewebestabilität erhöht und den anhaltenden Festig Auf der anderen Seite enthält der T91-Stahl auch eine kleine Menge A1, Stickstoff kann A1N bilden, A1N ist bei mehr als 1 100 ° C in der Masse gelöst und wird bei niedrigeren Temperaturen wieder ausgefallen, um einen besseren Diffusionsverstärkungseffekt zu erzielen.

Hinzufügen von Chrom ist hauptsächlich zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des heißbeständigen Stahls, wenn der Chromgehalt weniger als 5% ist, beginnt 600 ° C starke Oxidation, und der Chromgehalt erreicht 5% hat eine gute Oxidationsbeständigkeit. 12Cr1MoV Stahl hat eine gute Oxidationsbeständigkeit unter 580 ℃, Korrosionstiefe von 0,05 mm / a, 600 ℃ beginnt die Leistung zu verschlechtern, Korrosionstiefe von 0,13 mm / a. Der Chromgehalt von T91 wird auf etwa 9% erhöht und die Temperatur kann bis zu 650 ° C erreicht werden, wobei die Hauptmaßnahme darin besteht, mehr Chrom in dem Substrat zu lösen.

Vanadium und Niobium sind starke Karbidbildungselemente, die mit Kohlenstoff kleine und stabile Legierungskarbide bilden können, die eine starke Diffusionsverstärkungswirkung haben.

Hinzufügen von Molybdenum dient hauptsächlich zur Verbesserung der Wärmefestigkeit des Stahls und spielt die Rolle der Festlösungsverstärkung.

2.2 Wärmebehandlungsprozess

Die endgültige Wärmebehandlung von T91 ist ein positives Feuer + Hochtemperatur-Rückzündung, eine positive Feuertemperatur von 1040 ° C, eine Isolationszeit von nicht weniger als 10 Minuten, eine Rückzündungstemperatur von 730 bis 780 ° C, eine Isolationszeit von nicht weniger als 1 h, das endgültige Gewebe nach der Wärmebehandlung ist ein Rückzündungs-Martenit.

2.3 Mechanische Eigenschaften

T91 Stahl Normaltemperatur Ziehfestigkeit ≥ 585 MPa, Normaltemperatur Nachlassfestigkeit ≥ 415 MPa, Härte ≤ 250 HB, Dehnbarkeit (Standard-runde Probe mit 50 mm Abstand) ≥ 20%, zulässige Spannungswert [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

2.4 Schweißleistung

Nach der von der Internationalen Schweißinstitut empfohlenen Kohlenstoff-Äquivalentformel wird das Kohlenstoff-Äquivalent von T91 berechnet.

Die Schweißfähigkeit des T91 ist schlecht.

3 Probleme beim Schweißen von T91

3.1 Erzeugung von ausgehärtetem Gewebe in thermischen Einflusszonen

Aus Abbildung 1 kann ersichtlich sein, dass die kritische Kühlgeschwindigkeit von T91 niedrig ist, die Austenitische Stabilität sehr hoch ist, und die normale Perlenumwandlung bei der Kühlung nicht leicht ist, wodurch eine Martenitische Transformation auftritt, wenn sie auf niedrigere Temperaturen gekühlt wird. Aus diesem Grund hat der T91 eine hohe Neigung zur Härtung und zum Kaltenbrechen.

Da die verschiedenen Gewebe der Wärmeeinwirkungszone unterschiedliche Dichte, Ausdehnungskoeffizienten und unterschiedliche Kristallgitterformen haben, wird es bei der Erwärmung und Kühlung zwangsläufig zu unterschiedlichen Volumenausdehnungen und -kontraktionen führen; Auf der anderen Seite ist die innere Spannung der T91-Schweißverbindung aufgrund der ungleichmäßigen Heizung und der hohen Temperatur stark.

Bei T91 ist Austenit sehr stabil und muss auf eine niedrigere Temperatur (etwa 400 °C) abgekühlt werden, bevor es zu Martenit wird. Großes martensitisches Gewebe ist zerbrechlich und hart, und die Verbindungen befinden sich in einem komplexen Spannungszustand. Gleichzeitig verbreitet sich Wasserstoff während der Schweißnahtkühlung von der Schweißnaht in die Nahtgebiete, die Anwesenheit von Wasserstoff fördert die Brüchlichkeit von Martensit, die Folge seiner Synthese ist es leicht, kalte Risse in der Härtungszone zu erzeugen.

3.2 Wärmewirkungszone Kornwachstum

Der Schweißwärmezyklus hat einen erheblichen Einfluss auf das Kornwachstum in der Wärmeeinwirkungszone des Schweißkopfes, insbesondere in unmittelbarer Nähe des Schmelzbereichs, in dem die Heiztemperatur die höchste erreicht. Wenn die Kühlgeschwindigkeit geringer ist, erscheinen große blockförmige Ferrite- und Carbidgewebe in der Schweißwärmeeinwirkungszone, wodurch die Plastizität des Stahls deutlich abnimmt; Wenn die Kühlgeschwindigkeit groß ist, wird die Plastizität der Schweißverbindung aufgrund des großen martensitischen Gewebes verringert.

3.3 Entstehung der Weichschicht

T91-Stahl wird in einem regulierten Zustand geschweißt, die Wärmeeinwirkungszone erzeugt eine Weichschicht, die unvermeidlich ist, und die Weichung ist schwerer als die Weichschicht des Perlenkörpers. Wenn sowohl die Heizung als auch die Kühlung langsamer sind, ist der Grad der Weichung größer. Darüber hinaus ist die Breite der Weichschicht und ihr Abstand von der Schmelzleitung nicht nur mit den Heizbedingungen und Eigenschaften des Schweißens verbunden, sondern auch mit der Vorheizung und der Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Die Kesselfabrik von Harbin hat bereits Tests durchgeführt, um die Härtekurve der Schweißzone T91 zu ermitteln, siehe Abbildung 2.

3.4 Spannungskorrosionsrisse

T91 Stahl vor der Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist die Kühltemperatur in der Regel nicht weniger als 100 ° C, wenn es bei Raumtemperatur gekühlt wird, und die Umgebung ist relativ feucht, kann es zu Spannungskorrosionsrissen kommen. In Deutschland ist vorgeschrieben, dass die Wärmebehandlung vor dem Schweißen auf unter 150 ° C abgekühlt werden muss. Bei dicken Werkstücken, Winkelschweißnahten und schlechten Geometrien ist die Kühltemperatur nicht weniger als 100 ° C. Wenn es bei Raumtemperatur gekühlt wird, ist Feuchtigkeit streng verboten, sonst können Spannungskorrosionsrisse entstehen.

Schweißverfahren für Stahl T91

4.1 Wahl der Vorwärmtemperatur

Der Ms-Punkt von T91-Stahl beträgt etwa 400 ° C, die Vorwärmtemperatur wird in der Regel von 200 bis 250 ° C gewählt. Die Vorwärmtemperatur darf nicht zu hoch sein, sonst kann die Kühlgeschwindigkeit der Verbindungen verringert werden, was zum Abscheiden von Carbiden und zur Bildung von Ferritgeweben in der Kristallgrenze der Schweißverbindung führen kann, was die Schlagzähigkeit der Schweißverbindung bei Raumtemperatur erheblich verringert. Die untere Grenze der Vorwärmtemperatur lässt sich in den Steckversuchen der Kesselfabrik in Harbin gut erläutern.

Steckbar aus Stahl T91, Durchmesser 8 mm, Tiefe 0,5 mm, Bodenplatte aus Stahl 13CrMo, Dicke 20 mm, Test ohne Vorwärme, Vorwärme 150 ℃, Vorwärme 200 ℃, Vorwärme 250 ℃ unter Bedingungen durchgeführt. Die Schweißleiste verwendet J707. Der Schweißstrom beträgt 165 bis 170 A, die Bogenspannung beträgt 21 bis 267 V, die Testergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2 Ergebnisse des T91-Plug-in-Tests

Experimentieren

Bedingungen Probe

Stressniveau

/ MPa Brechzeit

/ Minuten

Nicht vorwärmt 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440 Ununterbrochen

Vorwärmung 150 ℃ 4 421,4 8,1 1260

5 354.8 120 Ununterbrochen

Vorwärmung 200 ℃ 6 465,2 8,6 1440 nicht unterbrochen

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Vorwärmung 250 ℃ 9 539 8,2 1440 nicht unterbrochen

10 600 8.0 1440 Ununterbrochen

Aus den oben genannten Testergebnissen ist bekannt, dass die kritische Spannung der T91-Stahlschweißverbindung 176,4 MPa unter keinen Vorwärmbedingungen beträgt; Bei einer Vorwärmung von 150 ° C beträgt die kritische Spannung 354,8 MPa, was 85,4% der Normaltemperatur-Abweichungsgrenze von 415 MPa für T91-Stahl ist; Bei einer Vorwärmung über 200 ° C ist die kritische Spannung größer als 460 MPa und überschreitet die Grenze der normalen Temperaturabweichung von T91-Stahl. Daher muss die Vorheiztemperatur nicht unter 200 ° C sein, um kalte Risse beim Schweißen von T91-Stahl zu vermeiden, die Vorheiztemperatur in Deutschland beträgt 180 ~ 250 ° C, die Vorheiztemperatur in den USA beträgt 120 ~ 205 ° C.

4.2 Wahl der Temperatur zwischen den Schichten

Die Temperatur zwischen den Schichten darf nicht unter der Untergrenze der Vorwärmtemperatur liegen, aber wie bei der Wahl der Vorwärmtemperatur darf die Temperatur zwischen den Schichten nicht zu hoch sein. Die Temperatur zwischen den Schweißschichten von T91 wird in der Regel von 200 bis 300 ° C gesteuert. In Frankreich ist vorgeschrieben, dass die Temperatur zwischen den Schichten nicht über 300 ° C liegt. US-Vorschriften: Die Temperatur zwischen den Schichten kann zwischen 170 und 230 ° C liegen.

4.3 Wahl der Ausgangstemperatur der Wärmebehandlung nach dem Schweißen

T91 erfordert eine Abkühlung nach dem Schweißen unter dem Punkt Ms und eine gewisse Zeit vor der Zündbehandlung. Die Geschwindigkeit der Abkühlung nach dem Schweißen beträgt 80 bis 100 ° C / h. Wenn nicht isoliert, kann sich das Austenitgewebe der Verbindungen nicht vollständig verändern, und die Zündbehitzung kann dazu führen, dass Karbide entlang der Austenitgrenze absetzen, was ein solches Gewebe brüchig ist. Nach dem Schweißen des T91 ist es jedoch nicht erlaubt, auf Raumtemperatur abzukühlen, da die Gefahr eines kalten Risses besteht, wenn die Schweißverbindung auf Raumtemperatur gekühlt wird. Für den T91 beträgt die optimale Anfangstemperatur 100 bis 150 ° C und eine Stunde Isolierung, um im Grunde sicherzustellen, dass der Gewebewechsel abgeschlossen ist.

4.4 Wahl der Zündtemperatur, der Temperaturzeit und der Zündkühlgeschwindigkeit

T91-Stahl neigt zu kalten Rissen und kann unter bestimmten Bedingungen leicht Verzögerungsrisse erzeugen, daher muss die Schweißverbindung innerhalb von 24 Stunden nach dem Schweißen zum Feuern verarbeitet werden. T91 nach dem Schweißen Zustand ist eine Platte-Martensit-Organisation, die nach der Zündung in eine Zündung-Martensit verwandelt werden kann, deren Leistung im Vergleich zu einer Platte-Martensit überlegen ist. Bei niedriger Zündtemperatur ist die Zündeeffekt nicht offensichtlich, Schweißnahtmetall ist leicht veraltet und gebrochen; Bei einer zu hohen Hitztemperatur (über die AC1-Leitung) können die Verbindungen wieder austenitisiert und im anschließenden Kühlprozess erneut ausgehärtet werden. Gleichzeitig, wie oben in diesem Artikel beschrieben, muss die Bestimmung der Zündtemperatur auch den Einfluss der Verbindungsverweichungsschicht berücksichtigen. Im Allgemeinen liegt die Zündtemperatur von T91 zwischen 730 und 780 °C.

T91 nach dem Schweißen dauert nicht weniger als 1 h, um zu gewährleisten, dass sein Gewebe vollständig in ein brennendes Martensit umgewandelt wird.

Um die Restspannung der T91-Stahlschweißverbindung zu reduzieren, muss ihre Kühlgeschwindigkeit unter 5 °C/min gesteuert werden. Der Schweißprozess des Stahls T91 ist in Abbildung 3 dargestellt.

Vorwärmung von 200 bis 250 °C; ② Schweißen, Temperatur zwischen den Schichten 200 ~ 300 ℃; ② Kühlung nach dem Schweißen, Geschwindigkeit von 80 ~ 100 ℃ / h;

5 Anwendungsbeispiele von T91-Stahl in Wärmekraftwerken in der Provinz Guangdong

Das erste Schweißausbildungszentrum des Guangdong-Provinzbüros für Stromversorgung hat den Schweißprozess von Φ42 mm x 5mm für die T91-Schleifenleitung bewertet. Die vorwärmte Temperatur beträgt 200 ° C, nach dem Schweißen auf 150 ° C gekühlt, nach 1 Stunde nach der Isolierung zurückgezogen wird, die Rückzündungstemperatur beträgt 750 ~ 780 ° C, die Isolierung beträgt 1 Stunde, die Kühlgeschwindigkeit ist kleiner als 5 ° C / min. Nach dem Schweißen wurden die Proben durch die Erscheinungsprüfung, die Schnittprüfung, die schädigungsfreie Prüfung, die Dehnungs- und Biegeprüfung geprüft, die Ergebnisse waren qualifiziert, was auch darauf hindeutet, dass der oben genannte Schweißprozess effektiv ist.

Der oben genannte Schweißverfahren wurde erfolgreich in der Außenringe der Hochtemperatur-Nachwärmer in der Anlage A von Sand角 und dem Kraftwerk von Mei County angewendet. Nach der Anwendung des Stahls T91 in diesen Kraftwerken wird die Häufigkeit von Unfällen durch Überhitzung etc. erheblich reduziert.

6 Schlussfolgerungen

① T91 Stahl basiert auf dem Legierungsprinzip, vor allem eine kleine Menge Niob, Vanadium und andere Spurenelemente hinzugefügt, die hohe Temperaturfestigkeit und die Oxidationsbeständigkeit sind größer als 12 Cr1MoV Stahl verbessert, aber seine Schweißleistungen sind schlechter.

2. Der Einsetzungstest zeigt, dass T91-Stahl eine größere Tendenz zum kalten Riss hat, die Wahl einer Vorwärmung von 200 bis 250 °C und einer Temperatur zwischen den Schichten von 200 bis 300 °C verhindert, dass kalte Risse entstehen.

Vor der Wärmebehandlung nach dem Schweißen von T91 muss es auf 100 bis 150 °C abgekühlt werden und 1 Stunde isoliert werden; die Hitztemperatur ist 730 bis 780 °C, die Isolationszeit ist nicht weniger als 1 Stunde.

Der obige Schweißprozess wurde in der Produktionspraxis von 200 MW und 300 MW-Kesseln angewendet, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen und größere wirtschaftliche Vorteile zu erzielen. Ein Stahlrohr ist eine lange Stahlleiste mit hohlem Schnitt und nahtlosen Umgebungen. Stahlrohre haben einen hohlen Schnitt und werden in vielen Fällen als Rohrleitungen für den Transport von Flüssigkeiten verwendet, wie z. B. Rohrleitungen für den Transport von Öl, Gas, Gas, Wasser und bestimmten Feststoffen. Im Vergleich zu Solidstahl wie Rundstahl ist das Rohr mit der gleichen Biegefestigkeit und dem gleichen Gewicht leichter und ist ein wirtschaftlicher Querschnittsstahl, der weit verbreitet in der Herstellung von Konstruktionsteilen und mechanischen Teilen wie Ölbohrstangen, Autoantriebswellen, Fahrradrahmen und Stahlrahmen für den Baubau verwendet wird. Die Herstellung von Ringteilen mit Stahlrohren kann die Materialnutzung verbessern, den Herstellungsprozess vereinfachen und Material und Bearbeitungszeit sparen, wie z. B. Rollenlagerhüllen, Jackhüllen usw., die derzeit weit verbreitet mit Stahlrohren hergestellt werden. Stahlrohre sind ein unverzichtbares Material für alle Arten von konventionellen Waffen, Geschützrohre, Kanonen usw. müssen Stahlrohre hergestellt werden. Stahlrohre können je nach Form der Querschnittsfläche in Rund- und Formrohre unterteilt werden. Da die Kreisfläche unter gleichen Umfangsbedingungen am größten ist, kann mit einem Kreisrohr mehr Flüssigkeit transportiert werden. Darüber hinaus ist der Ringschnitt bei innerem oder äußerem Radialdruck gleichmäßiger beaufschlagt, so dass die überwiegende Mehrheit der Stahlrohre runde Rohre sind. Legierungsrohrgewichtsrechnungsformel: [(Außendurchmesser - Wanddicke) * Wanddicke] * 0,02466 = kg / m (Gewicht pro Meter)