P91 PWHT graf

Ocel P91 je atraktivním materiálem pro energetické kotle a další vysokoteplotní aplikace, protože nabízí vynikající kombinace mechanických vlastností při vyšších teplotách, jako je pevnost, odolnost proti tečení a rázová houževnatost podle Charpyho.

Nedávné studie prokázaly, že různé podmínky normalizace a popouštění (NT) svarů oceli P91 mohou vést k optimálním mechanickým vlastnostem v HAZ bez nutnosti tepelného zpracování po svařování.

Tvrdost

Třída SA 335 91 je modifikovaná vysoce chrom-molymerní martenzitická ocel určená pro zvýšené teploty v elektrárnách a pro další vysoce výkonné aplikace, jako je svařování. Vyznačuje se dobrou pevností v tečení a houževnatostí, jakož i odolností proti korozi a svařitelností; během svařování nebo tepelného zpracování po svařování (PWHT) však může dojít ke snížení její tvrdosti, což vede k praskání nebo předčasnému selhání.

Studie vlivu různých svařovacích procesů, typů přídavných drátů a teplot předehřevu/interpassu na P91 byly kdysi vzácné; v poslední době však stále častěji dochází k opravám potrubí P91 s nepodobnými svary za použití podobných svařovacích procesů a přídavného kovu jako u původních svarů; to vyžaduje, aby úroveň tvrdosti HAZ byla nižší než jejich základní kov; jak toho lze dosáhnout v rozumném čase při PWHT, je třeba dále zkoumat.

U některých projektů elektráren byly během provozu zaznamenány trhliny typu IV v HAZ svaru. Tyto trhliny byly pravděpodobně důsledkem nedostatečné PWHT. Naše šetření dospělo k závěru, že PWHT při teplotě 750 stupňů C po dobu dvou hodin je ideální pro snížení tvrdosti v HAZ svaru při zajištění dostatečné mikrostruktury a přijatelného rozdílu tvrdosti s výchozím kovem.

Pevnost v tahu

Pevnost proti tečení p91 udává, jak velkému namáhání materiál odolá, než se zdeformuje, přičemž odolnost proti tečení závisí na faktorech, jako je velikost zrn a provozní teplota, a také na chemickém složení, které ovlivňuje transformační teploty a další vlastnosti jeho složení.

Pro stanovení meze tečení kovu používají konstruktéři poměr mezi napětím při přetržení a jeho křivkou napětí-deformace, extrapolovanou až na 100 000 hodin, a vypočtené minimální rychlosti tečení v tomto časovém horizontu. Napětí při roztržení měří jak napětí v koncovém bodě roztržení, tak i napětí potřebné k dosažení tohoto bodu - uvádí se jako hodnoty napětí i času.

Martenzitická žáruvzdorná ocel p91 (9Cr-1Mo-V-Nb) se běžně používá v elektrárnách na fosilní paliva pro hlavice kotlů a další součásti díky své vynikající odolnosti proti korozi vodní parou, nízké tepelné roztažnosti, vysoké tepelné vodivosti a svařitelnosti; nicméně po relativně krátké době provozu byly zaznamenány poruchy součástí vyrobených z tohoto kovu.

K poruchám dochází v důsledku snížených pevnostních vlastností při tečení v důsledku jemnozrnných oblastí v tepelně ovlivněné zóně (HAZ).

Charpyho houževnatost

Ocel P91 je ideální pro dlouhodobé použití v součástech elektráren, které pracují při vysokých teplotách, včetně těch, které jsou vystaveny tečení a tepelnému zatížení, vysoké tažnosti a minimální tepelné roztažnosti. Vzhledem k tomu, že její oxidační odolnost klesá pod 610 stupňů C, její použití pro energetiku se stává omezeným. Kromě toho omezuje jeho použití při dynamickém zatížení nízká rázová houževnatost; pro další zvýšení této vlastnosti se doporučuje tepelné zpracování po svařování (PWHT). Norma DIN EN 288-3 uvádí mechanické zkoušky na skutečných vzorcích HAZ svarů, při nichž se šíření trhlin v každé dílčí zóně liší v závislosti na její mikrostruktuře a vede k rozdílům v rázové energii mezi jednotlivými zkouškami.

Víceprůchodové obloukové svary v ochranné atmosféře ocelí P91 a P22 vykazují v zónách tavení svarů (FGHAZ) nízkou rázovou houževnatost. To je způsobeno hromaděním nezpevněného martenzitu v této oblasti v důsledku nesprávné PWHT.

Studie prokázaly vliv hladiny difúzního vodíku a délky PWHT na mechanické vlastnosti svarových spojů a gradient tvrdosti. Pandey a kol. zkoumali vliv tohoto faktoru na mikrostrukturu a houževnatost u víceprůchodových svařenců desek P91 svařovaných metodou SMAW se čtyřmi různými hladinami vodíku a ukázali, že vyšší hladina difuzního vodíku a doba PWHT vedly ke zlepšení houževnatosti, ale ke snížení rázové houževnatosti.

Odolnost proti korozi

Ocel třídy 91 je známá svou vynikající odolností proti korozi, avšak v důsledku poškození martenzitem a tečením může dojít ke korozi. Tepelné zpracování po svařování (PWHT) může pomoci tyto účinky zmírnit; tato metoda však nemusí být vždy proveditelná nebo nákladově efektivní, zejména při opravách v provozu.

Výzkum prováděný v rámci tohoto projektu se zaměřil na zkoumání metalurgického chování materiálů během svařování a tepelného zpracování, a to vyhodnocením mikrostruktur vzorků svarů a HAZ vyrobených po svařování; na skutečných svarech byly poté provedeny mechanické zkoušky pro měření houževnatosti HAZ.

Srovnávány byly také různé svařovací techniky se zaměřením na vliv teplot předehřevu/interpassu a svařovacích proudů. Jako nejvhodnější pro vývoj postupů svařování bez PWHT se ukázaly elektrody s průměry odpovídajícími průměrům zjištěným u třídy 91; při použití kombinací SMAW elektrod o průměrech 3,2 mm (1/8 palce, první vrstva) a 4,0 mm (5/32 palce, druhá vrstva) došlo k výraznému zjemnění, zatímco popouštění bylo v HAZ omezeno.

Tepelné zpracování po svařování TIG svarových spojů mezi ocelí P22 a ocelí třídy 91 s použitím přídavného kovu Inconel 625 je nejvhodnější provádět při teplotě 750 °C po dobu 2 hodin, aby se dosáhlo optimálního kompromisu mezi tvrdostí rozhraní a vlastnostmi svarového kovu při zachování vysokých mechanických vlastností v širokém teplotním spektru.