مخطط P91 PWHT

استُدعيت SI لتقييم ما إذا كان للحرارة أي تأثير ضار على P91 بعد نشوب حريق في محطة توليد الطاقة، وأخذت نسخًا معدنية متماثلة للتحليل لتقييم أي تليين في مناطق HAZ.

وشدد جريسلر على حقيقة أن الصلابة وحدها لا تحدد سلامة المادة. وبدلاً من ذلك، فإن إجراء الفحص الفعال هو رصد تراكم الإجهاد الزاحف باستخدام مقاييس الإجهاد في درجات الحرارة العالية لرصد تراكم الإجهاد الزاحف بالإضافة إلى التحليل الهندسي للتنبؤ بعمرها الافتراضي.

الصلابة

عائلة الفولاذ P91 عبارة عن فولاذ 9-12% Cr من الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي/المارتنسيتي المستخدم في البيئات النووية وبيئات محطات الطاقة لتحقيق خواص ميكانيكية فائقة في درجات الحرارة المرتفعة. ونظرًا لانخفاض محتواه من الكربون والنيوبيوم والنيتروجين فإنه يقلل من التشقق الناتج عن اللحام؛ ولكن نظرًا لقابليته العالية للصلابة فقد يشكل منطقة متأثرة بالحرارة شديدة الصلابة (HAZ)، مما يؤدي إلى التشقق الناتج عن الهيدروجين - مما يؤدي إلى فشل اللحامات والمكونات على حد سواء.

تم استدعاء شركة SI مؤخرًا من قبل مصنع Siemens لتقييم إصلاح لحام كبير لصمام وعاء ضغط بعد حادث حريق، وذلك لتقييم ما إذا كان قد نتج عنه أي مواد غير مطابقة للمواصفات، وإذا كان الأمر كذلك بالفعل، ما إذا كان يمكن تصحيح ذلك قبل انتهاء الضمان.

أجرت شركة SI تحليلاً على المادة وقررت أن ليونة المادة لم تكن بسبب الحريق ولكن من المحتمل أن يكون سببها عدم فعالية المعالجة الحرارية الفائقة.

تُعد درجة حرارة ومدة المعالجة الحرارية PWHT ذات أهمية حيوية في إنشاء لحامات غير متماثلة ذات بنية مجهرية وصلابة مثالية، مثل هذه الدراسة التي أجريت مع لحامات القوس المعدني المحمي متعدد الممرات من Inconel 625 كمعدن حشو. أظهرت النتائج أن استخدام PWHT عند درجة حرارة 750 درجة مئوية لمدة ساعتين أو 4 أو 6 ساعات كوقت ودرجة حرارة مفضلين لـ PWHT يحقق كلا الأمرين، مما يقلل بشكل فعال من الصلابة في مناطق HAZ مع الحفاظ في الوقت نفسه على بنية مجهرية مناسبة لتمكين الأداء العالي في الخواص الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة.

الصلابة

تم تطوير فولاذ P91 خصيصًا للاستخدام في المفاعلات النووية من الجيل الرابع. ونظرًا لمحتواه العالي من الكروم وإضافة الفاناديوم والنيوبيوم كعناصر إشابة، يوفر فولاذ P91 مقاومة زحف أكبر بكثير مقارنة بنظرائه الأقل من السبائك.

خواص المادة: هذه السبيكة قابلة للحام بدرجة عالية وتتميز بمقاومة ممتازة للإجهاد الحراري والتآكل، ومع ذلك فهي عرضة للتشقق بمساعدة الهيدروجين (HAC). يمكن استخدام كل من طرق اللحام بالقوس الغازي والصلب؛ ومع ذلك، يجب إجراء المعالجة الحرارية بعد اللحام للحصول على خصائص زحف مثالية.

قد يكون سبب HAC في لحامات P91 هو ظروف اللحام غير الصحيحة واختيار مواد الحشو غير الصحيحة، وقد يتفاقم أيضًا بسبب هندسة اللحام غير المنتظمة واستخدام الخبث. بالإضافة إلى ذلك، قد يظهر على شكل لحامات غير متشابهة بين عمليات اللحام من الدرجة 91 والمواد الأخرى القابلة للحام مثل عمليات اللحام P22 أو Inconel 625.

لاحظ أنه من المستحيل حاليًا إصلاح مكونات الرتبة 91 دون إجراء إصلاح PWHT لاحقًا بسبب منهجيات إصلاح اللحام الحالية التي تنتج لحامات ذات بنية مجهرية غير مكررة في منطقة HAZ مع حدوث تقسية محدودة فقط. ولذلك، يجب إجراء تجارب واختبارات إضافية واسعة النطاق لإصلاح اللحام فيما يتعلق بصلابة منطقة التصلب الوعائي الحبيبي وقوة الزحف عبر اللحام المتقاطع، إلى جانب تحليل أي أسباب للفشل مثل مشاكل خشونة الحبيبات والبنية المجهرية.

معامل المرونة

معامل المرونة هو مقياس لمدى سهولة تمدد المواد أو ثنيها، ويتم تحديده بقسمة إجهادها على إجهادها. ويُعد اختبار منحنى الإجهاد والانفعال طريقة لا تقدر بثمن لتحديد هذا المعامل؛ حيث يتم تطبيق إجهادات تدريجية صغيرة، ثم رسمها على رسم بياني يكشف عن قيم معامل المرونة - وهو أمر ضروري عند حساب الخواص الميكانيكية للمواد!

تُظهر منحنيات الإجهاد-الإجهاد عادةً سلوكًا خطيًا، مما يدل على أن المواد مرنة. ويُفسر هذا السلوك بقانون هوك الذي ينص على أن الإجهاد المطبق على المواد يجب أن يتناسب مع إجهادها؛ ويقيس معامل يونج هذا الارتباط ويقيس الإجهاد مقسومًا على الإجهاد.

عادةً ما تتميز منحنيات الإجهاد-الإجهاد بعدم الخطية عند نقطة معينة عندما تدخل المادة منطقة التشوه اللدنية، مما يشير إلى تشوه اللدونة. في هذه المرحلة، لا يعود الإجهاد والإجهاد يختلفان عكسيًا؛ وبدلًا من ذلك يستجيبان للضغوط بشكل متوقع. تُحدَّد مرونة المادة من خلال ميل الجزء غير الخطي من المنحنى؛ وتعطي هذه المعادلة قيمها: edl l0 l 0 l 0/d l 0/d

مقاومة التآكل

الفولاذ من الدرجة 91 (التسمية EN X10CrMoVNb9-1) هو فولاذ من سبيكة 9Cr-1Mo مع مستويات عالية من الكروم والفاناديوم والنيوبيوم الذي يتميز بمقاومة زحف محسنة. غالبًا ما تُستخدم هذه الدرجة من الفولاذ 9Cr-1Mo في رؤوس محطات الطاقة النووية بالإضافة إلى تطبيقات الكسوة والأنابيب الأخرى في محطات الطاقة النووية وتتميز بمقاومة رائعة للتلف الإشعاعي بالإضافة إلى مقاومة الأكسدة والتآكل في درجات الحرارة المرتفعة.

يمكن أن ينتج عن الوصلات الملحومة بالقوس المعدني المحمي المتباين (SMAW) المكونة من الفولاذ P91 وP22 صلابة ضعيفة الصدمات بسبب تكوين المارتينسيت غير المقسى في منطقة اندماج اللحام، مما يستلزم اختيار نطاق درجة حرارة مثالي للتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) من أجل نجاح اللحامات.

تختلف درجات حرارة PWHT بناءً على تركيبة ونسبة المنجنيز والنيكل في الفولاذ، وتحديدًا عند النظر في محتوى المنجنيز + النيكل؛ حيث إن النسب الأعلى تخفض درجة حرارة التحول الحرجة.

أُجريت دراسات لبحث تأثير مستويات الهيدروجين القابل للانتشار وظروف المعالجة الحرارية على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للحام القوسي المعدني المحمي متعدد الممرات (SMAW) من الدرجة 91 باستخدام المجهر الإلكتروني بالمسح الضوئي للانبعاثات الميدانية وقياس الهيدروجين القابل للانتشار الزئبقي واختبار الشد في درجة حرارة الغرفة واختبار تشاربي والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة. أظهرت النتائج أن استخدام المعالجة بالحرارة الفائقة تحت الحرجة PWHT مع معالجات التطبيع/التعديل أنتج بنية مجهرية مثالية ذات خصائص شد جيدة بالإضافة إلى صلابة تشاربي.