P91 PWHT Diagramm - pwht solutions

SI wurde gerufen, um zu beurteilen, ob die Hitze nach einem Brand in einem Kraftwerk schädliche Auswirkungen auf P91 hatte, und nahm metallurgische Replikate zur Analyse mit, um jegliche Erweichung in den HAZ-Regionen zu beurteilen.

Gressler betonte, dass die Härte allein nicht über den Zustand des Materials entscheidet. Eine wirksame Screening-Maßnahme wäre stattdessen die Überwachung der Kriechdehnungsakkumulation mit Hochtemperatur-Dehnungsmessstreifen zur Überwachung der Kriechdehnungsakkumulation sowie eine technische Analyse zur Vorhersage der Lebensdauer.

Härte

Bei der Stahlfamilie P91 handelt es sich um einen ferritischen/martensitischen Edelstahl 9-12% Cr, der in der Kerntechnik und in Kraftwerken eingesetzt wird, um hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen zu erzielen. Aufgrund seines niedrigen Kohlenstoff-, Niob- und Stickstoffgehalts verringert er die schweißbedingte Rissbildung; aufgrund seiner höheren Härtbarkeit kann er jedoch eine übermäßig harte Wärmeeinflusszone (WEZ) bilden, was zu wasserstoffinduzierter Rissbildung führt - und damit zum Versagen von Schweißnähten und Bauteilen.

Kürzlich wurde SI von einem Siemens-Werk gebeten, die Reparatur einer großen Schweißnaht an einem Druckbehälterventil nach einem Brandvorfall zu bewerten, um festzustellen, ob dabei möglicherweise nicht spezifikationsgerechtes Material verwendet wurde und, falls dies tatsächlich der Fall war, ob dies vor Ablauf der Garantie korrigiert werden konnte.

SI führte eine Analyse des Materials durch und stellte fest, dass die Weichheit des Materials nicht auf Feuer zurückzuführen war, sondern wahrscheinlich durch eine unwirksame PWHT verursacht wurde.

Temperatur und Dauer der Druckwasserhärtung sind von entscheidender Bedeutung für die Herstellung von Mischschweißnähten mit optimalem Gefüge und optimaler Härte, wie in dieser Studie, die mit mehrlagigen Schutzgasschweißungen von Inconel 625 als Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die bevorzugte PWHT-Temperatur und -Zeit von 2, 4 oder 6 Stunden bei 750 Grad Celsius die Härte in der WEZ effektiv senkt und gleichzeitig ein geeignetes Gefüge aufrechterhält, um eine hohe Leistungsfähigkeit der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen zu ermöglichen.

Zähigkeit

P91-Stahl wurde speziell für den Einsatz in Gen-IV-Kernreaktoren entwickelt. Aufgrund seines hohen Chromgehalts und des Zusatzes von Vanadium und Niob als Legierungselemente bietet P91 im Vergleich zu seinen weniger legierten Gegenstücken eine deutlich höhere Kriechfestigkeit.

Materialeigenschaften: Diese Legierung ist gut schweißbar und weist eine ausgezeichnete thermische Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit auf, ist jedoch anfällig für wasserstoffunterstützte Rissbildung (HAC). Es können sowohl Gas- als auch Festkörperschweißverfahren verwendet werden; für optimale Kriecheigenschaften muss jedoch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erfolgen.

HAC in P91-Schweißnähten kann durch falsche Schweißbedingungen und die falsche Wahl des Schweißzusatzwerkstoffs verursacht werden und durch eine ungleichmäßige Schweißnahtgeometrie und die Verwendung von Schlacke noch verstärkt werden. Außerdem kann sie sich in Form von ungleichen Schweißnähten zwischen Schweißnähten der Güteklasse 91 und anderen schweißbaren Werkstoffen wie P22 oder Inconel 625 zeigen.

Beachten Sie, dass es derzeit nicht möglich ist, Bauteile der Güteklasse 91 ohne anschließende Warmhärtung zu reparieren, da bei den derzeitigen Reparaturmethoden Schweißnähte mit ungeschliffenem Gefüge in der WEZ entstehen und nur eine begrenzte Temperung stattfindet. Daher müssen zusätzliche umfangreiche Schweißnahtreparaturversuche und -tests im Hinblick auf die Zähigkeit der WEZ und die Kriechfestigkeit bei Querschweißungen durchgeführt werden, zusammen mit einer Analyse aller Ursachen für das Versagen, wie z. B. Kornvergröberung und Mikrostrukturprobleme.

Elastischer Modul

Der Elastizitätsmodul ist ein Maß dafür, wie leicht sich Materialien dehnen oder biegen lassen, und wird bestimmt, indem man ihre Spannung durch ihre Dehnung dividiert. Ein Spannungs-Dehnungs-Kurven-Test ist ein unschätzbares Mittel, um diesen Parameter zu ermitteln; kleine, schrittweise Dehnungen werden angewandt und dann in ein Diagramm eingezeichnet, das die Werte des Elastizitätsmoduls zeigt - wichtig für die Berechnung der mechanischen Eigenschaften von Materialien!

Spannungs-/Dehnungskurven zeigen in der Regel ein lineares Verhalten, was bedeutet, dass Materialien elastisch sind. Dieses Verhalten wird durch das Hooke'sche Gesetz erklärt, das besagt, dass die auf Materialien ausgeübte Spannung proportional zu ihrer Dehnung sein sollte; der Elastizitätsmodul misst diese Korrelation und misst die Spannung geteilt durch die Dehnung.

Spannungs-Dehnungs-Kurven weisen typischerweise eine Nichtlinearität an einem bestimmten Punkt auf, wenn das Material in den Bereich der plastischen Verformung eingetreten ist, was eine plastische Verformung signalisiert. In diesem Stadium variieren Spannung und Dehnung nicht mehr invers, sondern reagieren vorhersehbar auf Spannungen. Die Elastizität des Materials wird durch die Steigung des nichtlinearen Teils der Kurve bestimmt; diese Gleichung gibt ihre Werte an: EDL L0 L L 0/D L 0/D

Korrosionsbeständigkeit

Die Stahlsorte 91 (EN-Bezeichnung X10CrMoVNb9-1) ist ein legierter 9Cr-1Mo-Stahl mit einem hohen Gehalt an Chrom, Vanadium und Niob, der sich durch eine verbesserte Kriechfestigkeit auszeichnet. Diese 9Cr-1Mo-Stahlsorte wird häufig für Kopfstücke von Kernkraftwerken sowie für andere Verkleidungs- und Rohrleitungsanwendungen in Kernkraftwerken verwendet und zeichnet sich durch eine hervorragende Beständigkeit gegen Strahlenschäden sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen aus.

Unterschiedliche Schutzgasschweißverbindungen aus P91- und P22-Stählen können aufgrund der Bildung von ungehärtetem Martensit in der Schweißnahtzone eine schwache Kerbschlagzähigkeit aufweisen, was die Auswahl eines optimalen Temperaturbereichs für das Vorwärmen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) für erfolgreiche Schweißungen erforderlich macht.

Die PWHT-Temperaturen hängen von der Zusammensetzung und dem prozentualen Anteil von Mangan und Nickel im Stahl ab, insbesondere wenn man den Mn- und Ni-Gehalt berücksichtigt; höhere Anteile senken die kritische Umwandlungstemperatur.

Es wurden Studien durchgeführt, um die Auswirkungen des Gehalts an diffusionsfähigem Wasserstoff und der Wärmebehandlungsbedingungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von mehrlagig geschweißten Stumpfschweißnähten der Güteklasse 91 unter Verwendung von Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie, Messung des diffusionsfähigen Wasserstoffs mit Quecksilber, Zugprüfung bei Raumtemperatur, Charpy-Prüfung und energiedispersiver Röntgenspektroskopie zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verwendung von unterkritischer PWHT mit Normalisierungs-/Vergütungsbehandlungen ein optimales Mikrogefüge mit guten Zugeigenschaften und Charpy-Zähigkeit ergab.