Assurance qualité des tuyaux en acier haute pression T91
L'acier T91 est un nouveau type d'acier martensitique résistant à la chaleur développé par le American National Elephant Ridge Laboratory et le Metallurgical Materials Laboratory de la société américaine d'ingénierie de la combustion. A base d'acier 9Cr1MoV, il réduit la teneur en carbone, limite strictement la teneur en soufre et en phosphore, et ajoute une petite quantité de vanadium et de niobium pour l'alliage.
La nuance d'acier du tube en acier sans soudure T91 correspondant à l'acier T91 est x10crmovnnb91 en Allemagne, hcm95 au Japon et tuz10cdvnb0901 en France.
Contenu de l'élément
S 0,01
Si 0,20-0,50
8,00-9,50 Cr
Lu 0.85-1.05
V 0,18-0,25
Nb 0.06-0.10
0,03-0,07
Ni 0.40
Chaque élément d'alliage de l'acier T91 joue le rôle de renforcement de la solution solide, de renforcement de la dispersion et d'amélioration de la résistance à l'oxydation et à la corrosion de l'acier. L'analyse spécifique est la suivante.
①Le carbone est l'élément le plus évident du renforcement des solutions solides dans l'acier. Avec l'augmentation de la teneur en carbone, la résistance à court terme de l'acier augmente et la plasticité et la ténacité diminuent. Pour l'acier martensitique tel que le T91, l'augmentation de la teneur en carbone accélérera la sphéroïdisation et l'agrégation du carbure, accélérera la redistribution des éléments d'alliage et réduira la soudabilité, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation de l'acier. Par conséquent, l'acier résistant à la chaleur veut généralement réduire la teneur en carbone. Cependant, si la teneur en carbone est trop faible, la résistance de l'acier sera réduite. Par rapport à l'acier 12Cr1MoV, la teneur en carbone de l'acier T91 est réduite de 20 %, ce qui est déterminé en tenant compte de manière globale de l'influence des facteurs ci-dessus.
②L'acier T91 contient des traces d'azote, et le rôle de l'azote se reflète sous deux aspects. D'une part, il joue le rôle de renforcement de la solution solide. La solubilité de l'azote dans l'acier à température ambiante est très faible. Dans le processus de chauffage de soudage et de traitement thermique post-soudage, la solution solide VN et le processus de précipitation se produiront successivement dans la zone affectée thermiquement après soudage de l'acier T91 : la structure austénitique formée dans la zone affectée thermiquement pendant le chauffage de soudage augmente la teneur en azote en raison de la dissolution de VN, puis le degré de sursaturation dans la structure à température normale augmente. Dans le traitement thermique post-soudage ultérieur, il y a une fine précipitation de VN, qui augmente la stabilité de la microstructure et améliore la résistance durable de la zone affectée thermiquement. D'autre part, l'acier T91 contient également une petite quantité d'A1. L'azote peut former A1N avec lui. A1N n'est dissous dans la matrice que lorsqu'il est supérieur à 1100 ℃ et précipite à nouveau à une température plus basse, ce qui peut jouer un bon effet de renforcement de la dispersion.
③L'ajout de chrome vise principalement à améliorer la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion de l'acier résistant à la chaleur. Lorsque la teneur en chrome est inférieure à 5 %, il commence à s'oxyder violemment à 600 ℃, tandis que lorsque la teneur en chrome atteint 5 %, il présente une bonne résistance à l'oxydation. L'acier 12Cr1MoV a une bonne résistance à l'oxydation en dessous de 580 , et la profondeur de corrosion est de 0,05 mm / A. à 600 ℃, les performances commencent à se détériorer et la profondeur de corrosion est de 0,13 mm / A. La teneur en chrome du T91 peut être augmentée jusqu'à environ 9% et la température de service peut atteindre 650 ℃. La mesure principale est de dissoudre plus de chrome dans la matrice.
④Le vanadium et le niobium sont de puissants éléments formant des carbures. Après addition, ils peuvent former des carbures d'alliage fins et stables avec du carbone, ce qui a un fort effet de renforcement de la dispersion.
⑤ Le molybdène est principalement ajouté pour améliorer la résistance thermique de l'acier et jouer le rôle de renforcement de la solution solide.
Le traitement thermique final du T91 est normalisant + revenu à haute température. La température de normalisation est de 1040 , le temps de maintien n'est pas inférieur à 10 min, la température de revenu est de 730 ~ 780 ℃ et le temps de maintien n'est pas inférieur à 1 h. La microstructure après le traitement thermique final est de la martensite trempée.
Résistance à la traction de l'acier T91 à température ambiante ≥ 585 MPa, limite d'élasticité à température ambiante ≥ 415 MPa, dureté ≤ 250 Hb, allongement (échantillon circulaire standard avec une distance de jauge de 50 mm) ≥ 20%, valeur de contrainte admissible [ σ] 650℃= 30 MPa.
Selon la formule d'équivalent carbone recommandée par la société internationale de soudage, l'équivalent carbone du T91 est
On peut voir que le T91 a une mauvaise soudabilité.
L'acier T91 a une grande tendance à la fissuration à froid et est sujet à une fissuration retardée dans certaines conditions. Par conséquent, le joint soudé doit être trempé dans les 24 heures suivant le soudage. La microstructure du T91 après soudage est une martensite en plaque et en bande, qui peut être transformée en martensite trempée après trempe, et ses propriétés sont supérieures à la martensite en plaque et en bande. Lorsque la température de trempe est basse, l'effet de trempe n'est pas évident et le métal fondu est facile à vieillir et à se fragiliser; Si la température de revenu est trop élevée (dépassant la ligne AC1), le joint peut être à nouveau austénitisé et durci à nouveau lors du processus de refroidissement ultérieur. Dans le même temps, comme mentionné précédemment dans cet article, l'influence de la couche de ramollissement du joint doit être prise en compte dans la détermination de la température de revenu. De manière générale, la température de revenu de T91 est de 730 ~ 780 ℃.
Le temps de trempe à température constante de T91 après soudage ne doit pas être inférieur à 1 h, afin d'assurer la transformation complète de sa structure en martensite trempée.
Afin de réduire la contrainte résiduelle du joint soudé en acier T91, la vitesse de refroidissement doit être contrôlée à moins de 5 ℃/min. Le processus de soudage de l'acier T91 peut être illustré à la figure 3.
Préchauffer 200 ~ 250 ℃; ② Soudage, température intercalaire 200 ~ 300 ; ③ Refroidissement après soudage, avec une vitesse de 80 ~ 100 / h; 100 ~ 150 pendant 1 h; Trempe à 730 ~ 780 ℃ pendant 1 h; Refroidir à une vitesse ne dépassant pas 5 ℃/min.
L'acier T91 repose sur le principe de l'alliage, en ajoutant notamment une petite quantité d'oligo-éléments tels que le niobium et le vanadium. Sa résistance à haute température et sa résistance à l'oxydation sont grandement améliorées par rapport à l'acier 12 cr1mov, mais ses performances de soudage sont médiocres.
Le test à la goupille montre que l'acier T91 a une forte tendance à la fissuration à froid. La sélection du préchauffage 200 ~ 250 et de la température intercalaire 200 ~ 300 ℃ peut prévenir efficacement les fissures à froid.
T91 doit être refroidi à 100 ~ 150 pendant 1 h avant le traitement thermique post-soudage ; Température de revenu 730 ~ 780 ℃, temps de maintien d'au moins 1 h.
Le procédé de soudage ci-dessus a été appliqué à la pratique de fabrication et de production de chaudières de 200 MW et 300 MW, avec des résultats satisfaisants et de grands avantages économiques.
