T91 legeerde stalen buis

T91 legering stalen buis is een soort stalen buis, T91 staal is een nieuw type martensitisch warmtebestendig staal ontwikkeld door de Amerikaanse nationale laboratoria zoals Tree Ridge Laboratory en het Amerikaanse verbrandingsengineering bedrijf Metallurgical Materials Laboratory in samenwerking. Het is op basis van 121MoV staal om het koolstofgehalte te verminderen, het gehalte aan zwavel en fosfor strikt te beperken en kleine hoeveelheden vanadium en niobium toe te voegen voor legering. De chemische samenstelling van T91 staal volgens ASTM 213/A213M-85C is te zien in tabel 1. Het Duitse staalnummer is X10CrMoVNNb91, het Japanse HCM95 en het Franse TUZ10CDVNb0901. Tabel 1 % chemische samenstelling van staal T91

T91 legeringsstalen buizelementen Inhoud

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

van Ni ≤0,40

Elk legeringselement in T91 staal speelt respectievelijk vaste oplosbare versterking, diffusie versterking en het verbeteren van de antioxidatieve en corrosieve eigenschappen van staal, de specifieke analyse is als volgt.

1 Koolstof is het meest duidelijke element in staal, met de toename van het koolstofgehalte, de sterkte van het staal op korte termijn stijgt, plasticiteit, taaiheid daalt, voor het soort martensitisch staal T91, zal de stijging van het koolstofgehalte de sferificatie van carbide en de samenvoegingssnelheid versnellen, de herverdeling van legeringselementen versnellen, de lasbaarheid, corrosiebestendigheid en antioxidatievermogen van staal verminderen, dus warmtebestendig staal wil over het algemeen het koolstofgehalte verminderen, maar het koolstofgehalte is te laag, de sterkte van staal zal verminderen. T91 staal heeft een 20% lager koolstofgehalte in vergelijking met 12Cr1MoV staal, wat is bepaald door de effecten van de bovengenoemde factoren te overwegen.

② T91 staal bevat sporen stikstof, de rol van stikstof wordt weerspiegeld in twee aspecten. Aan de ene kant speelt de versterking van de vaste oplossing, de oplosbaarheid van stikstof in staal bij normale temperatuur is klein, T91 staal na het lassen van het thermische effect gebied in het proces van lasverwarming en warmtebehandeling na het lassen, zal het vaste oplosbare en afvallende proces van VN verschijnen: het gevormde austenitische weefsel in het thermische effect gebied bij het lassen van de verwarming als gevolg van het oplossen van VN, het stikstofgehalte toeneemt, sindsdien de mate van oververzadiging in het normale temperatuurweefsel toeneemt, in de daaropvolgende warmtebehandeling na het lassen van kleine VN afvallen, wat de stabiliteit van het weefsel verhoogt en de duurzame sterktewaarde van het thermische effect Aan de andere kant, T91 staal bevat ook een kleine hoeveelheid A1, stikstof kan A1N vormen, A1N in hogere hoeveelheden dan 1100 ℃ alleen opgelost in het substrat, bij lagere temperaturen opnieuw afvallen, kan een beter diffusie versterkingseffect spelen.

Het toevoegen van chroom is voornamelijk het verbeteren van de anti-oxidatie en corrosiebestendigheid van het warmtebestendig staal, het chroomgehalte is minder dan 5%, 600 ° C begint sterke oxidatie, en het chroomgehalte is 5% en het heeft een goede anti-oxidatie. 12Cr1MoV staal heeft een goede antioxidatieweerstand onder 580 ℃, de corrosiediepte is 0,05 mm / a, de prestaties beginnen te verslechteren bij 600 ℃, de corrosiediepte is 0,13 mm / a. Het chroomgehalte van T91 is verhoogd tot ongeveer 9%, de gebruikstemperatuur kan 650 ° C bereiken, de belangrijkste maatregel is om meer chroom op te lossen in het substrat.

Vanadium en niobium zijn sterke carbide vormende elementen, na toevoeging kan met koolstof kleine en stabiele legering carbide vormen, met een sterk diffusie versterking effect.

② Toevoeging van molybdeen is voornamelijk om de thermische sterkte van staal te verbeteren en de rol van vaste oplossingsversterking te spelen.

2.2 Warmtebehandelingsproces

De uiteindelijke warmtebehandeling van T91 is positief vuur + hoge temperatuur, de temperatuur van het positief vuur is 1040 ° C, de isolatietijd is niet minder dan 10 min, de temperatuur van het terugbranden is 730 ~ 780 ° C, de isolatietijd is niet minder dan 1 uur, het weefsel na de uiteindelijke warmtebehandeling is het terugbranden van marteniet.

2.3 Mechanische eigenschappen

T91 staal bij normale temperatuur treksterkte ≥ 585 MPa, bij normale temperatuur afleveringssterkte ≥ 415 MPa, hardheid ≤ 250 HB, verlengingsvermogen (standaard ronde proef met een 50 mm schaalvlak) ≥ 20%, toegestane spanningswaarde [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

2.4 Lasprestaties

Volgens de formule van het International Welding Institute wordt T91 berekend als

De T91 is slecht gelast.

Problemen bij het lassen van T91

3.1 Productie van geharde weefsels in thermische invloedsonen

Uit figuur 1 kan worden gezien dat de kritieke koelsnelheid van T91 laag is, de austenitische stabiliteit is groot, en het is niet gemakkelijk om een ​​normale transformatie van het parellichaam te vinden bij het koelen, waardoor er een martenitische transformatie plaatsvindt bij het koelen tot een lagere temperatuur. Daarom is de neiging van de T91 tot hardening en koud breken groot.

Omdat verschillende weefsels in de thermische invloedgebieden verschillende dichtheid, uitbreidingscoëfficiënten en verschillende kristalline rastervormen hebben, zal het proces van verwarming en koeling onvermijdelijk vergezeld worden van verschillende volumeuitbreiding en samentrekking; Aan de andere kant is de T91-lasverbinding sterk gespannen vanwege de ongelijke en hoge temperatuur van de lasverwarming.

Voor T91 is austeniet zo stabiel dat het tot een lagere temperatuur (ongeveer 400 °C) moet worden gekoeld om marteniet te worden. Groot martenitisch weefsel is broos en hard en de koppelingen staan ​​in een complexe spanningstoestand. Tegelijkertijd wordt waterstof verspreid door de laasnaad naar het nabije naadgebied tijdens het koelproces, en de aanwezigheid van waterstof leidt tot martensitische broosheid, en het resultaat van de synthese is gemakkelijk om koude scheuren in het geharde gebied te produceren.

3.2 Groei van korrels in de thermische zone

De laswarmtecyclus heeft een belangrijke invloed op de groei van korrels in het warmte-effectgebied van de laskop, met name in de buurt van het smeltgebied waar de verwarmingstemperatuur het hoogste bereikt. Wanneer de koelsnelheid lager is, verschijnen grote blokvormige ferrite- en carbideweefsels in de thermische effectzone van het lassen, waardoor de plasticiteit van het staal aanzienlijk afneemt; Wanneer de koelsnelheid groot is, zal de plasticiteit van de lasverbinding ook afnemen als gevolg van het grote martensitische weefsel.

3.3 Verzachting van de laag

T91 staal wordt gelast in een geconfigureerde toestand, het warmte-effectgebied produceert een verzachtingslaag die onvermijdelijk is, en de verzachting is ernstiger dan de verzachting van het warmte staal dat tegen het parellichaam bestand is. Bij langzamere verwarmings- en koelsnelheden is de mate van verzachting groter. Bovendien is de breedte van de verzachte laag en de afstand van de smeltlijn niet alleen gerelateerd aan de verwarmingsomstandigheden en kenmerken van het lassen, maar ook aan voorverwarming en warmtebehandeling na het lassen. De ketelfabriek in Harbin heeft experimenten uitgevoerd om de hardheidscurve van de thermische zone van het lassen van T91 te ontdekken, zie figuur 2.

3.4 Spanning corrosie scheuren

T91 staal voor de warmtebehandeling na het lassen, de koeltemperatuur is over het algemeen niet lager dan 100 ° C, als het wordt gekoeld bij kamertemperatuur, en de omgeving is relatief vochtig, is het gemakkelijk om spanningscorrosiescheuren te voorkomen. Duitse regels: moet worden gekoeld tot onder 150 ° C voordat de warmtebehandeling na het lassen. In het geval van dikke, hoekige lasnaden en slechte geometrie van het werkstuk, is de koeltemperatuur niet lager dan 100 ° C. Als het wordt gekoeld bij kamertemperatuur, is het streng verboden om vochtig te zijn, anders is het gemakkelijk om stress-corrosiescheuren te veroorzaken.

4 Lasproces voor T91 staal

4.1 Keuze van de voorverwarmingstemperatuur

Het Ms-punt van T91-staal is ongeveer 400 ° C, de voorverwarmingstemperatuur wordt over het algemeen gekozen voor 200-250 ° C. De voorverwarmingstemperatuur kan niet te hoog zijn, anders kan de koelsnelheid van de verbinding verminderen, waardoor het kristalline carbide afvalt en het ferrite weefsel vormt in de lasverbinding, waardoor de stootbestendigheid van de stalen lasverbinding bij kamertemperatuur drastisch wordt verminderd. De ondergrens van de voorverwarmingstemperatuur kan goed worden beschreven door de stekproeven van de Harbin-ketelfabriek.

De stekstaaf is gemaakt van T91 staal, diameter 8 mm, diepte 0,5 mm, de bodemplaat is gemaakt van 13CrMo staal, dikte 20 mm, de test wordt uitgevoerd onder geen voorverwarming, voorverwarming 150 ℃, voorverwarming 200 ℃, voorverwarming 250 ℃. De lasstangen zijn gemaakt van J707. De lasstroom is 165-170 A, de boogspanning is 21-267 V, de testresultaten zijn weergegeven in tabel 2.

Tabel 2 Resultaten van de T91-inslagproef

Experimenteren

Voorwaarden monster

Stressniveau

Broektijd / MPa

/ min

Niet voorverwarmd 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440 Ongebroken

Voorverwarming 150 ℃ 4 421,4 8,1 1260

5 354.8 120 Ongebroken

Voorverwarming 200 ℃ 6 465.2 8.6 1440 Ongebroken

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Voorverwarming 250 ℃ 9 539 8.2 1440 Ongebroken

10 600 8.0 1440 Ongebroken

Uit de bovenstaande testresultaten is bekend dat de kritische spanning van de T91-stalen lasverbinding 176,4 MPa is zonder voorverwarming; Bij voorverwarming van 150 ° C is de kritieke spanning 354,8 MPa, 85,4% van de normale temperatuurgrens van T91-staal van 415 MPa; Bij voorverwarming boven 200 ° C is de kritieke spanning groter dan 460 MPa, wat de grens van T91 staal bij normale temperatuur overschrijdt. Daarom moet de voorverwarmingstemperatuur niet lager zijn dan 200 ° C, om te voorkomen dat T91-staal koude scheuren genereert bij het lassen, Duitsland bepaalt de voorverwarmingstemperatuur van 180 tot 250 ° C en het Amerikaanse CE-bedrijf bepaalt de voorverwarmingstemperatuur van 120 tot 205 ° C.

4.2 Keuze van temperatuur tussen lagen

De temperatuur tussen de lagen mag niet lager zijn dan de ondergrens van de voorverwarmingstemperatuur, maar net als de keuze van de voorverwarmingstemperatuur, mag de temperatuur tussen de lagen niet te hoog zijn. T91 lastijd temperatuur tussen lagen in het algemeen gecontroleerd 200 ~ 300 ℃. Frankrijk stelt dat de temperatuur tussen de lagen niet hoger is dan 300 graden Celsius. De Amerikaanse regels: de temperatuur tussen de lagen kan tussen 170 en 230 ° C liggen.

4.3 Keuze van de aanvangstemperatuur van de warmtebehandeling na het lassen

T91 vereist het koelen na het lassen tot beneden het Ms-punt en het behouden van een bepaalde tijd voordat het wordt ontbrandt. De koelsnelheid na het lassen is 80 ~ 100 ° C / h. Als het niet wordt geïsoleerd, kan het austenitische weefsel van de verbinding niet volledig worden veranderd, en het ontbranden van de verbinding zal het carbide langs de austenitische kristallijnen veroorzaken, waardoor dit weefsel breekbaar is. Na het lassen van de T91 is het echter ook niet toegestaan om te koelen tot kamertemperatuur en vervolgens te herbranden, omdat de lasverbinding het gevaar heeft om koude scheuren te veroorzaken wanneer ze tot kamertemperatuur wordt gekoeld. Voor de T91 is de optimale starttemperatuur van 100 tot 150 ° C en de isolatie van 1 uur kan in principe ervoor zorgen dat het weefsel is afgerond.

4.4 Keuze van de kooltemperatuur, temperatuurtijd en koolsnelheid

T91 staal koel breken neiging is groter, onder bepaalde omstandigheden, gemakkelijk te veroorzaken vertraging scheuren, dus de lasverbinding moet binnen 24 uur na het laten worden afgebrand. T91 na het lassen staat van de organisatie is plaatvormige marteniet, na het herbranden kan worden veranderd in herbrandte marteniet, zijn prestaties zijn beter dan plaatvormige marteniet. Wanneer de temperatuur van het herbranden laag is, is het effect van het herbranden niet duidelijk, en het lasnaadmetaal is gemakkelijk verouderd en broos; Bij een te hoge onthardingstemperatuur (boven de AC1-draad) kan de verbinding opnieuw austenitiseren en opnieuw verharden tijdens het daaropvolgende koelproces. Tegelijkertijd, zoals eerder beschreven in dit artikel, moet de bepaling van de temperatuur van de ontbranding ook rekening houden met het effect van de verzachtingslaag van de verbinding. Over het algemeen is de temperatuur van de T91 730-780 ° C.

Na het lassen van de T91 is de temperatuur niet minder dan 1 uur om ervoor te zorgen dat het weefsel volledig wordt omgezet in een marteniet.

Om de restspanning van de T91-stalen lasverbinding te verminderen, moet de koelsnelheid minder dan 5 ℃ / min worden gecontroleerd. Het lasproces van T91 staal kan worden weergegeven in figuur 3.

Voorverwarming van 200 tot 250 °C; ② lassen, temperatuur tussen lagen 200 ~ 300 ℃; ② Na het lassen koelen, de snelheid is 80 ~ 100 ℃ / h;

5 Voorbeelden van toepassing van T91 staal in thermische centrales in de provincie Guangdong

Het eerste lasopleidingscentrum van het kantoor van elektriciteit van de provincie Guangdong heeft het lasproces van Φ42 mm × 5mm T91-doorgangsbuiskoppeling beoordeeld. De voorverwarmingstemperatuur is 200 ° C, na het lassen wordt afgekoeld tot 150 ° C, na de isolatie van 1 uur wordt teruggekeurd, de teruggekeurde temperatuur is 750 ~ 780 ° C, de isolatie van 1 uur, de koelsnelheid van de stijging is kleiner dan 5 ° C / min. Na het lassen van het uiterlijk van het monster, de inspectie van de breuk, de schadeloze inspectie, de trek- en buigtestresultaten zijn gekwalificeerd, wat ook aangeeft dat het bovengenoemde lasproces effectief is.

Het bovengenoemde lasproces is met succes toegepast in de buitenringen van de hoge temperatuur herwarmer van de zandkant-A-fabriek en de elektriciteitscentrale van Mei County. Na de toepassing van T91 staal in deze centrale is de frequentie van ongelukken als gevolg van overtemperatuur etc. sterk verminderd.

6 Conclusies

①T91 staal is gebaseerd op het legeringsprincipe, met name een kleine hoeveelheid niobium, vanadium en andere sporenelementen toegevoegd, hoge temperatuursterkte, antioxidatieweerstand ten opzichte van 12 Cr1MoV staal is een grote verbetering, maar zijn lasprestaties zijn slechter.

② Plug-in test toont aan dat T91 staal heeft een grotere neiging tot koude scheuren, kies voorverwarming 200 ~ 250 ℃, temperatuur tussen lagen 200 ~ 300 ℃, kan effectief voorkomen dat koude scheuren worden geproduceerd.

Voor de warmtebehandeling na het lassen van T91 moet het worden afgekoeld tot 100 ~ 150 ° C en 1 uur worden geïsoleerd; de temperatuur van 730 ~ 780 ° C, de isolatietijd is niet minder dan 1 uur.

Het bovenstaande lasproces is toegepast in de productiepraktijk van 200 MW en 300 MW-ketels, om bevredigende resultaten te bereiken en grotere economische voordelen te verkrijgen. Een stalen buis is een lange staalstraaf met een holte doorsnede, zonder naden rondom. De stalen buizen hebben een holte doorsnede en worden in grote hoeveelheden gebruikt als pijpleidingen voor het transport van vloeistoffen, zoals pijpleidingen voor het transport van olie, gas, gas, water en bepaalde vaste materialen. In vergelijking met rond staal en massief staal, met dezelfde buigweerstand, lichter gewicht, is het een economisch doorsnede staal dat veel wordt gebruikt voor de productie van structurele onderdelen en mechanische onderdelen, zoals olieboorstangen, auto-aandrijvingsassen, fietsframes en stalen chassis die worden gebruikt in de bouw. De productie van ronde onderdelen met stalen buizen kan het materiaalgebruik verbeteren, het productieproces vereenvoudigen, materiaal en bewerkingstijd besparen, zoals rollende lagers, jacks, enz. De stalen buis is een onontbeerlijk materiaal voor alle soorten conventionele wapens, pistolen, kanonnen, enz. moeten stalen buizen worden gemaakt. De stalen buizen kunnen worden verdeeld in ronde buizen en vormige buizen, afhankelijk van de vorm van de dwarsdoorsnede. Omdat de ronde oppervlakte onder gelijke omstandigheden het grootste is, kan meer vloeistof worden vervoerd met een ronde buis. Bovendien worden de ronde doorsneden gelijkmatig aangetrokken wanneer ze worden onderworpen aan interne of externe radiale druk, waardoor de overgrote meerderheid van de stalen buizen ronde buizen zijn. Legering buis gewicht berekening formule: [(buitendiameter - wanddikte) * wanddikte] * 0,02466 = kg / m (gewicht per meter)