P91-Stahl ist ein attraktiver Werkstoff f\u00fcr Kraftwerkskessel und andere Hochtemperaturanwendungen, da er bei h\u00f6heren Temperaturen eine hervorragende Kombination mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit, Kriechfestigkeit und Charpy-Schlagz\u00e4higkeit aufweist.<\/p>\n
J\u00fcngste Studien haben gezeigt, dass unterschiedliche Bedingungen f\u00fcr die Normalisierung und Temperung (NT) von P91-Stahlschwei\u00dfn\u00e4hten optimale mechanische Eigenschaften in der W\u00e4rmeeinflusszone (HAZ) erzielen k\u00f6nnen, ohne dass eine W\u00e4rmebehandlung nach dem Schwei\u00dfen erforderlich ist.<\/p>\n
SA 335 Grade 91 ist ein modifizierter martensitischer Hochchrom-Molybd\u00e4n-Stahl, der f\u00fcr den Einsatz bei erh\u00f6hten Temperaturen in Kraftwerken und anderen Hochleistungsanwendungen, wie beispielsweise beim Schwei\u00dfen, entwickelt wurde. Er zeichnet sich durch gute Kriechfestigkeit und Z\u00e4higkeit sowie Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und Schwei\u00dfbarkeit aus; allerdings kann seine H\u00e4rte w\u00e4hrend des Schwei\u00dfens oder der W\u00e4rmebehandlung nach dem Schwei\u00dfen (PWHT) abnehmen, was zu Rissbildung oder vorzeitigem Versagen f\u00fchren kann.<\/p>\n
Studien zu den Auswirkungen verschiedener Schwei\u00dfverfahren, Schwei\u00dfdrahtsorten sowie Vorw\u00e4rm- und Zwischenlagentemperaturen auf P91 waren fr\u00fcher selten; in j\u00fcngster Zeit ist es jedoch \u00fcblicher geworden, P91-Rohrleitungen mit ungleichartigen Schwei\u00dfn\u00e4hten unter Verwendung \u00e4hnlicher Schwei\u00dfverfahren und Schwei\u00dfzus\u00e4tze wie bei den urspr\u00fcnglichen Schwei\u00dfn\u00e4hten zu reparieren; Dies erfordert, dass die H\u00e4rtewerte in der W\u00e4rmeeinflusszone niedriger sind als die des Grundmetalls; wie dies innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens bei der Nachschwei\u00dfw\u00e4rmebehandlung erreicht werden kann, muss noch weiter untersucht werden.<\/p>\n
Bei einigen Kraftwerksprojekten wurden w\u00e4hrend des Betriebs Risse vom Typ IV in der W\u00e4rmeeinflusszone der Schwei\u00dfn\u00e4hte festgestellt. Diese Risse waren wahrscheinlich auf eine unzureichende Nachw\u00e4rmebehandlung zur\u00fcckzuf\u00fchren. Unsere Untersuchung ergab, dass eine Nachw\u00e4rmebehandlung bei 750 \u00b0C \u00fcber zwei Stunden ideal ist, um die H\u00e4rte in der W\u00e4rmeeinflusszone der Schwei\u00dfn\u00e4hte zu verringern und gleichzeitig eine ausreichende Mikrostruktur sowie einen akzeptablen H\u00e4rteunterschied zum Grundwerkstoff zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n
Die Kriechfestigkeit von p91 gibt an, wie viel Spannung ein Werkstoff aushalten kann, bevor er sich verformt. Die Kriechfestigkeit h\u00e4ngt von Faktoren wie der Korngr\u00f6\u00dfe und der Betriebstemperatur sowie von der chemischen Zusammensetzung ab, die sich auf die Umwandlungstemperaturen und andere Eigenschaften des Werkstoffs auswirkt.<\/p>\n
Um die Kriechgrenze eines Metalls zu ermitteln, verwenden Konstrukteure ein Verh\u00e4ltnis zwischen der Bruchspannung und der auf 100.000 Stunden extrapolierten Spannungs-Dehnungs-Kurve sowie die f\u00fcr diesen Zeitraum berechneten minimalen Kriechraten. Die Bruchspannung erfasst sowohl die Endpunkt-Bruchspannung als auch die zum Erreichen dieses Punktes erforderliche Spannung \u2013 sie wird sowohl als Spannungs- als auch als Zeitwert angegeben.<\/p>\n
Martensitischer, hitzebest\u00e4ndiger P91-Stahl (9Cr-1Mo-V-Nb) wird aufgrund seiner hervorragenden Dampfkorrosionsbest\u00e4ndigkeit, seiner geringen W\u00e4rmeausdehnung, seiner hohen W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und seiner Schwei\u00dfbarkeit h\u00e4ufig in Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, f\u00fcr Kesselverteiler und andere Bauteile verwendet; allerdings wurden Ausf\u00e4lle von Bauteilen aus diesem Werkstoff bereits nach relativ kurzer Betriebsdauer gemeldet.<\/p>\n
Versagen tritt aufgrund verminderter Kriechfestigkeitseigenschaften auf, die auf feink\u00f6rnige Bereiche in der W\u00e4rmeeinflusszone (HAZ) zur\u00fcckzuf\u00fchren sind.<\/p>\n
P91-Stahl eignet sich ideal f\u00fcr den Einsatz in langlebigen Kraftwerkskomponenten, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, darunter solche, die Kriech- und thermischen Belastungen ausgesetzt sind und bei denen hohe Duktilit\u00e4t sowie minimale W\u00e4rmeausdehnung gefragt sind. Da seine Oxidationsbest\u00e4ndigkeit bei Temperaturen unter 610 \u00b0C nachl\u00e4sst, sind seine Anwendungsm\u00f6glichkeiten in der Stromerzeugung eingeschr\u00e4nkt. Zudem schr\u00e4nkt die geringe Schlagz\u00e4higkeit den Einsatz unter dynamischen Belastungen ein; um diese Eigenschaft weiter zu verbessern, wird eine W\u00e4rmebehandlung nach dem Schwei\u00dfen (PWHT) empfohlen. DIN EN 288-3 sieht mechanische Pr\u00fcfungen an realen Proben aus der Schwei\u00dfw\u00e4rmebeeinflusszone vor, bei denen die Rissausbreitung durch die einzelnen Unterzonen je nach deren Mikrostruktur unterschiedlich verl\u00e4uft und zu Schwankungen der Schlagenergie zwischen den einzelnen Pr\u00fcfungen f\u00fchrt.<\/p>\n
Bei mehrlagigen, abgeschirmten Metall-Lichtbogenschwei\u00dfn\u00e4hten aus den Stahlsorten P91 und P22 weist die Schwei\u00dfschmelzzone (FGHAZ) eine schlechte Schlagz\u00e4higkeit auf. Dies ist auf eine Ansammlung von ungetempertem Martensit in diesem Bereich zur\u00fcckzuf\u00fchren, die durch eine unsachgem\u00e4\u00dfe Nachw\u00e4rmbehandlung (PWHT) verursacht wird.<\/p>\n
Studien haben die Auswirkungen des Gehalts an diffusiblem Wasserstoff und der Dauer der Nachw\u00e4rmbehandlung (PWHT) auf die mechanischen Eigenschaften und den H\u00e4rtegradienten von Schwei\u00dfkonstruktionen aufgezeigt. Pandey et al. untersuchten den Einfluss dieser Faktoren auf die Mikrostruktur und die Zugfestigkeitseigenschaften von mehrlagig geschwei\u00dften P91-Plattenverbindungen, die im SMAW-Verfahren mit vier verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen hergestellt wurden, und zeigten, dass ein h\u00f6herer Gehalt an diffusiblem Wasserstoff und eine l\u00e4ngere Dauer der Nachw\u00e4rmbehandlung zu verbesserten Zugfestigkeitseigenschaften f\u00fchrten, jedoch die Schlagz\u00e4higkeit verringerten.<\/p>\n
Stahl der G\u00fcteklasse 91 ist f\u00fcr seine hervorragende Korrosionsbest\u00e4ndigkeit bekannt; jedoch k\u00f6nnen spannungsinduzierter Martensit und Kriechsch\u00e4den zum Auftreten von Korrosion f\u00fchren. Eine W\u00e4rmebehandlung nach dem Schwei\u00dfen (PWHT) kann dazu beitragen, diese Auswirkungen zu mindern; allerdings ist diese Methode m\u00f6glicherweise nicht immer durchf\u00fchrbar oder wirtschaftlich, insbesondere bei Reparaturen im laufenden Betrieb.<\/p>\n
Im Rahmen des Ziels, Schwei\u00dfreparaturverfahren f\u00fcr die G\u00fcteklasse 91 ohne Nachw\u00e4rmebehandlung (PWHT) zu entwickeln, konzentrierte sich die im Rahmen dieses Projekts durchgef\u00fchrte Forschung auf die Untersuchung des metallurgischen Verhaltens der Werkstoffe w\u00e4hrend des Schwei\u00df- und W\u00e4rmebehandlungsprozesses durch die Auswertung der Mikrostrukturen von Schwei\u00dfnaht- und W\u00e4rmeeinflusszonenproben, die nach dem Schwei\u00dfen hergestellt wurden; anschlie\u00dfend wurden mechanische Pr\u00fcfungen an realen Schwei\u00dfn\u00e4hten durchgef\u00fchrt, um die Z\u00e4higkeit der W\u00e4rmeeinflusszone zu messen.<\/p>\n
Es wurden au\u00dferdem Vergleiche verschiedener Schwei\u00dftechniken durchgef\u00fchrt, wobei der Schwerpunkt auf deren Auswirkungen auf die Vorw\u00e4rm- und Zwischenlagentemperaturen sowie die Schwei\u00dfstr\u00f6me lag. Elektroden mit Durchmessern, die denen der G\u00fcteklasse 91 entsprachen, erwiesen sich als am besten geeignet f\u00fcr die Entwicklung von Schwei\u00dfverfahren ohne Nachw\u00e4rmbehandlung; die Verwendung von Kombinationen aus SMAW-Elektroden mit Durchmessern von 3,2 mm (1\/8 Zoll, erste Schicht) und 4,0 mm (5\/32 Zoll, zweite Schicht) f\u00fchrte zu einer deutlichen Verfeinerung der Kristallstruktur, w\u00e4hrend die Anlaufformung innerhalb der W\u00e4rmeeinflusszonen begrenzt blieb.<\/p>\n
Die W\u00e4rmebehandlung nach dem Schwei\u00dfen von WIG-Schwei\u00dfverbindungen zwischen P22- und Grade-91-St\u00e4hlen unter Verwendung von Inconel 625 als Schwei\u00dfzusatzwerkstoff sollte vorzugsweise bei 750 \u00b0C f\u00fcr 2 Stunden durchgef\u00fchrt werden, um einen optimalen Kompromiss zwischen der H\u00e4rte der Grenzfl\u00e4che und den Eigenschaften des Schwei\u00dfguts zu erzielen und gleichzeitig hohe mechanische Eigenschaften \u00fcber einen breiten Temperaturbereich hinweg zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
P91-Stahl ist ein attraktiver Werkstoff f\u00fcr Kraftwerkskessel und andere Hochtemperaturanwendungen, da er bei h\u00f6heren Temperaturen eine hervorragende Kombination mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit, Kriechfestigkeit und Charpy-Kerbschlagz\u00e4higkeit bietet. J\u00fcngste Studien haben gezeigt, dass verschiedene Bedingungen f\u00fcr das Normalisieren und Anlassen (NT) von Schwei\u00dfn\u00e4hten aus P91-Stahl optimale mechanische Eigenschaften in der WEZ erzeugen k\u00f6nnen... <\/p>\n