P91 PWHT graf

Společnost SI byla vyzvána, aby posoudila, zda mělo teplo škodlivý vliv na P91 po požáru v elektrárně, a odebrala metalurgické repliky k analýze, aby posoudila případné změkčení v oblastech HAZ.

Gressler zdůraznil, že samotná tvrdost neurčuje zdravotní stav materiálu. Místo toho by účinným screeningovým opatřením bylo sledování akumulace deformace při tečení pomocí vysokoteplotních tenzometrů pro sledování akumulace deformace při tečení a také inženýrská analýza pro předpověď jeho životnosti.

Tvrdost

Řada ocelí P91 je feritická/martenzitická nerezová ocel 9-12% Cr, která se používá v jaderném prostředí a elektrárnách k dosažení vynikajících mechanických vlastností při zvýšených teplotách. Díky nízkému obsahu uhlíku, niobu a dusíku snižuje praskání vyvolané svařováním, avšak vzhledem k vyšší tvrdosti může vytvářet příliš tvrdou tepelně ovlivněnou zónu (HAZ), což vede k praskání vyvolanému vodíkem - což vede k selhání svarů i součástí.

Společnost SI byla nedávno vyzvána závodem Siemens, aby posoudila rozsáhlou opravu svaru ventilu tlakové nádoby po nehodě, při níž došlo k požáru, s cílem posoudit, zda při ní nemohlo dojít k poškození materiálu, který neodpovídá specifikaci, a pokud tomu tak skutečně bylo, zda by bylo možné provést opravu před uplynutím záruky.

Společnost SI provedla analýzu materiálu a zjistila, že jeho měkkost nebyla způsobena požárem, ale pravděpodobně neúčinnou PWHT.

Teplota a doba trvání PWHT mají zásadní význam při vytváření různorodých svarů s optimální mikrostrukturou a tvrdostí, jako je tomu v této studii provedené u víceprůchodových obloukových svarů Inconelu 625 jako přídavného kovu. Výsledky ukázaly, že při použití PWHT při 750 stupňů C po dobu 2, 4 nebo 6 hodin jako preferované doby a teploty PWHT se dosáhlo obojího, účinně se snížila tvrdost v oblastech HAZ a současně se zachovala vhodná mikrostruktura, která umožnila dosáhnout vysokých mechanických vlastností při zvýšených teplotách.

Houževnatost

Ocel P91 byla vyvinuta speciálně pro použití v jaderných reaktorech IV. generace. Díky vysokému obsahu chromu a přídavku vanadu a niobu jako legujících prvků nabízí ocel P91 výrazně zvýšenou odolnost proti tečení ve srovnání s méně legovanými protějšky.

Vlastnosti materiálu: Tato slitina je vysoce svařitelná a má vynikající tepelnou únavu a odolnost proti korozi, je však náchylná k vodíkovému praskání (HAC). Lze použít metody svařování v plynném i pevném oblouku; pro dosažení optimálních vlastností při tečení je však nutné provést tepelné zpracování po svařování.

HAC ve svarech P91 může být způsobena nesprávnými podmínkami svařování a nesprávnou volbou přídavného materiálu a může být také zhoršena nerovnoměrnou geometrií svaru a použitím strusky. Kromě toho se může projevit jako nepodobné svary mezi svařenci třídy 91 a jinými svařitelnými materiály, jako je P22 nebo Inconel 625.

Všimněte si, že v současné době není možné opravovat součásti třídy 91 bez následné PWHT kvůli současným metodám oprav svarů, které vytvářejí svary s nezušlechtěnou mikrostrukturou v HAZ a probíhá pouze omezené popouštění. Proto je třeba provést další rozsáhlé zkoušky a testování oprav svarů s ohledem na houževnatost HAZ a pevnost v tečení příčného svaru spolu s analýzou všech příčin selhání, jako je hrubnutí zrn a problémy s mikrostrukturou.

Modul pružnosti

Modul pružnosti je měřítkem toho, jak snadno lze materiály natáhnout nebo ohnout, a určuje se vydělením napětí a deformace. Neocenitelným způsobem, jak tento parametr zjistit, je test křivky napětí a deformace; na materiál se aplikují malé přírůstkové deformace a poté se vykreslí do grafu, který odhalí hodnoty modulu pružnosti - to je nezbytné při výpočtu mechanických vlastností materiálů!

Křivky napětí a deformace obvykle vykazují lineární chování, což znamená, že materiály jsou pružné. Toto chování se vysvětluje Hookovým zákonem, který říká, že napětí působící na materiál by mělo být úměrné jeho deformaci; Youngův modul měří tuto závislost a měří napětí dělené deformaci.

Křivky napětí a deformace se obvykle vyznačují nelinearitou v určitém bodě, kdy materiál vstoupil do oblasti plastické deformace, což signalizuje plastickou deformaci. V této fázi se již napětí a deformace nemění nepřímo úměrně, ale reagují na napětí předvídatelně. Pružnost materiálu je určena sklonem nelineární části křivky; její hodnoty udává tato rovnice: EDL L0 L L 0/D L 0/D

Odolnost proti korozi

Ocel třídy 91 (označení podle EN X10CrMoVNb9-1) je legovaná ocel 9Cr-1Mo s vysokým obsahem chromu, vanadu a niobu, která se vyznačuje zvýšenou odolností proti tečení. Tato jakost 9Cr-1Mo se často používá pro hlavice jaderných elektráren i pro další obložení a potrubí v jaderných elektrárnách a má vynikající odolnost proti poškození radiací i odolnost proti oxidaci a korozi při zvýšených teplotách.

Rázová houževnatost nepodobných spojů svařovaných obloukem v ochranné atmosféře (SMAW) z ocelí P91 a P22 může být nízká v důsledku tvorby nepokaleného martenzitu v zóně tavení svaru, což vyžaduje volbu optimálního rozsahu teplot předehřevu a tepelného zpracování po svařování (PWHT) pro úspěšné svary.

Teploty PWHT se liší v závislosti na složení a procentuálním podílu manganu a niklu v oceli, konkrétně při zohlednění obsahu Mn + Ni; vyšší procentní podíly snižují kritickou teplotu přeměny.

Studie byly provedeny za účelem zkoumání vlivu množství difúzního vodíku a podmínek tepelného zpracování na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti víceprůchodových tupých svarových spojů svařovaných stíněným kovovým obloukem (SMAW) třídy 91 pomocí rastrovací elektronové mikroskopie s polní emisí, měření difúzního vodíku ve rtuti, tahových zkoušek při pokojové teplotě, Charpyho zkoušek a energiově disperzní rentgenové spektroskopie. Výsledky ukázaly, že použití podkritické PWHT s normalizačními/temperačními úpravami vedlo k vytvoření optimální mikrostruktury s dobrými tahovými vlastnostmi i Charpyho houževnatostí.