P91 PWHT diagramm

Pärast elektrijaamas toimunud tulekahju paluti SI-l hinnata, kas kuumus oli avaldanud P91-le kahjulikku mõju, ning võtta analüüsimiseks metallurgilisi koopiaid, et hinnata võimalikku pehmenemist kuumtöötlemispiirkondades.

Gressler rõhutas, et materjali seisundit ei määra ainult kõvadus. Tõhusaks kontrollimeetmeks oleks hoopis deformeerumise kogunemise jälgimine kõrgtemperatuursete deformeerumisandurite abil ning tehniline analüüs, et ennustada materjali kasutusiga.

Kõvadus

P91 teraseperekond on 9-12% Cr ferriitne/martensiitne roostevaba teras, mida kasutatakse tuuma- ja elektrijaamade keskkondades, et saavutada kõrgetel temperatuuridel suurepäraseid mehaanilisi omadusi. Tänu madalale süsiniku-, nioobiumi- ja lämmastikusisaldusele vähendab see keevitamisest tingitud pragunemist; kuid suurema karastuvuse tõttu võib tekkida liiga kõva kuumuse mõjutatud tsoon (HAZ), mis põhjustab vesinikust tingitud pragunemist – viies nii keevisõmbluste kui ka komponentide rikkumiseni.

Siemensi tehas pöördus hiljuti SI poole palvega hinnata survemahuti ventiili ulatuslikku keevitusremonti pärast tulekahjuõnnetust, et teha kindlaks, kas selle tagajärjel võis tekkida spetsifikatsioonidele mittevastav materjal, ja kui see tõepoolest nii oli, siis kas seda oleks võimalik parandada enne garantii kehtivusaja lõppu.

SI viis läbi materjali analüüsi ja tuvastas, et selle pehmus ei tulenenud tulekahjust, vaid oli tõenäoliselt tingitud ebatõhusast PWHT-st.

PWHT temperatuur ja kestus on äärmiselt olulised optimaalse mikrostruktuuri ja kõvadusega erinevatest materjalidest koosnevate keevisõmbluste loomisel, nagu näitab käesolev uuring, mis viidi läbi Inconel 625 täitemetalliga mitmekihiliste gaasikaitse all tehtud kaarkeevisõmblustega. Tulemused näitasid, et PWHT kasutamine temperatuuril 750 °C 2, 4 või 6 tundi – mis olid eelistatud PWHT kestus ja temperatuur – saavutas mõlemad eesmärgid: vähendas tõhusalt kõvadust kuummõjupiirkondades (HAZ) ning säilitas samal ajal sobiva mikrostruktuuri, mis tagab kõrged mehaanilised omadused kõrgendatud temperatuuridel.

Vastupidavus

P91-teras on välja töötatud spetsiaalselt IV põlvkonna tuumareaktorites kasutamiseks. Tänu kõrgele kroomisisaldusele ning legeerelementidena lisatud vanaadiumile ja niobiumile pakub P91 märkimisväärselt suuremat deformeerumiskindlust võrreldes vähem legeeritud terasetüüpidega.

Materjali omadused: see sulam on väga hästi keevitatav ning omab suurepärast vastupidavust termilisele väsimusele ja korrosioonile, kuid on siiski vastuvõtlik vesiniku poolt põhjustatud pragunemisele (HAC). Kasutada võib nii gaas- kui ka kaarkeevitusmeetodeid; optimaalse roomamisvastupidavuse saavutamiseks tuleb siiski läbi viia keevitusjärgne kuumtöötlus.

P91-tüüpi keevisõmblustes esinev HAC võib olla tingitud ebaõigetest keevitustingimustest ja vale täitematerjali valikust ning seda võib veelgi süvendada ebaühtlane keevisõmbluse geomeetria ja räbu kasutamine. Lisaks võib see avalduda erinevate keevisõmblustena 91. klassi keevisdetailide ja muude keevitatavate materjalide, näiteks P22 või Inconel 625, vahel.

Tuleb märkida, et praegu on võimatu parandada 91. klassi komponente ilma järgneva PWHT-töötluseta, kuna kehtivad keevitusparandusmeetodid tekitavad keevisõmblusi, mille kuumtöötlemispiirkonnas (HAZ) on mikrostruktuur rafineerimata ja toimub vaid piiratud karastamine. Seetõttu tuleb läbi viia täiendavad ulatuslikud keevitusparanduskatsed ja -testid, mis käsitlevad HAZ-tsooni sitkust ja keevisõmbluse ristisuunalist kruvipinge tugevust, koos rikke põhjuste, nagu terade jämedaks muutumise ja mikrostruktuuriprobleemide, analüüsiga.

Elastsusmoodul

Elastsusmoodul näitab, kui kergesti materjale saab venitada või painutada, ning see leitakse, jagades materjali pinget selle venimusega. Pinge-venimuskõvera katse on selle parameetri kindlaksmääramiseks hindamatu meetod; materjalile rakendatakse väikeseid järkjärgulisi venimusi, mis kantakse seejärel graafikule, millelt selguvad elastsusmooduli väärtused – see on materjalide mehaaniliste omaduste arvutamisel hädavajalik!

Pinge-deformatsiooni kõverad näitavad tavaliselt lineaarset käitumist, mis tähendab, et materjalid on elastsed. Seda käitumist selgitab Hooke’i seadus, mille kohaselt materjalile rakendatav pinge peab olema proportsionaalne selle deformatsiooniga; Youngi moodul väljendab seda seost ning näitab pinge ja deformatsiooni suhet.

Pinge-deformatsiooni kõverad on tavaliselt mittelineaarsed teatud punktis, kus materjal on jõudnud plastilise deformatsiooni piirkonda, mis viitab plastilisele deformatsioonile. Selles etapis ei muutu pinged ja deformatsioon enam vastupidiselt, vaid reageerivad pingetele ettearvatavalt. Materjali elastsust määrab kõvera mittelineaarse osa kalle; selle väärtused annab järgmine võrrand: EDL L0 L L 0/D L 0/D

Korrosioonikindlus

91-klassi teras (EN-tähis X10CrMoVNb9-1) on legeeritud 9Cr-1Mo teras, milles on kõrge kroomi-, vanaadiumi- ja nioobiumisisaldus ning mis paistab silma parema deformeerumisvastusega. Seda 9Cr-1Mo teraseliiki kasutatakse sageli tuumaelektrijaamade kollektorite valmistamiseks ning muudes tuumaelektrijaamade mantel- ja torustikurakendustes; sellel on suurepärane vastupidavus kiirguskahjustustele ning oksüdeerumisele ja korrosioonile kõrgetel temperatuuridel.

Erinevatest terasliikidest valmistatud varjestatud metallkaarkeevitusega (SMAW) liited, mis on moodustatud P91- ja P22-terastest, võivad põhjustada nõrka löögikindlust, kuna keevisõmbluse sulamisvööndis tekib karastamata martensiit, mistõttu on edukate keevisõmbluste saavutamiseks vaja valida optimaalne eelsoojenduse ja keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT) temperatuurivahemik.

PWHT temperatuurid sõltuvad terase koostisest ning mangaani ja nikli sisaldusest protsentides, eriti kui arvestada Mn + Ni sisaldust; suurem protsentuaalne sisaldus alandab kriitilist faasimuutuse temperatuuri.

Uuringute eesmärk oli uurida difundeeruva vesiniku taseme ja kuumtöötlemistingimuste mõju mitmekordse kaitsgaasiga kaetud metallkaarkeevitusega (SMAW) valmistatud 91. klassi põikõmblusliitmike mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele, kasutades selleks väljalaske-skaneerivat elektronmikroskoopi, elavhõbedapõhist difundeeruva vesiniku mõõtmist, toatemperatuuril läbiviidud tõmbekatseid, Charpy katseid ja energiadispersiivset röntgenspektroskoopiat. Tulemused näitasid, et subkriitilise PWHT kasutamine koos normaliseerimis- ja karastamisprotsessidega andis optimaalse mikrostruktuuri, millel olid head tõmbeomadused ning hea Charpy löögikindlus.