Tubo de acero de aleación t91

El tubo de acero de aleación t91 es un tipo de tubo de acero. el acero t91 es un nuevo tipo de acero resistente al calor Martensita desarrollado en cooperación con el Laboratorio Nacional de xiangshuling y el laboratorio de materiales metalúrgicos de la compañía estadounidense de ingeniería de combustión. Se basa en el acero 121mov para reducir el contenido de carbono, limitar estrictamente el contenido de azufre y fósforo, y agregar una pequeña cantidad de elementos de vanadio y niobio para la aleación. Según astm213 / a213m - 85c, la composición química del acero t91 se muestra en la tabla 1. El acero alemán correspondiente al acero t91 es x10crmovnnb91, el acero japonés es hcm95 y el francés es tuz10cdvnb0901. Cuadro 1 Composición química del acero t91%

Contenido de elementos del tubo de acero de aleación t91

C 0,08 - 0,12

Mn0,30 - 0,60

P ≤ 0,02

S ≤ 0,01

Si 0,20 - 0,50

Cr8.00-9.50

Mo 0,85 - 1,05

V 0,18 - 0,25

NB 0,06 - 0,10

N 0,03 - 0,07

Ni ≤ 0,40

Cada elemento de aleación en el acero t91 desempeña un papel en el fortalecimiento de la solución sólida, el fortalecimiento de la dispersión y la mejora de la resistencia a la oxidación y la corrosión del acero, y el análisis específico es el siguiente.

① el carbono es el elemento con el efecto de fortalecimiento de la solución sólida más obvio en el acero. con el aumento del contenido de carbono, la resistencia a corto plazo del acero aumenta, la plasticidad y la tenacidad disminuyen. para el acero martensítico como t91, el aumento del contenido de carbono acelerará la esferoidización y aglomeración de carburo, acelerará la redistribución de Elementos de aleación y reducirá la soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación del acero. por lo tanto, el acero resistente al calor generalmente quiere reducir el contenido de carbono, pero el contenido de carbono es demasiado bajo y la resistencia del acero se reducirá. El acero t91 reduce su contenido de carbono en un 20% en comparación con el acero 12cr1mov, determinado teniendo en cuenta la influencia de los factores anteriores.

② el acero t91 contiene trazas de nitrógeno, y el papel del nitrógeno se refleja en dos aspectos. Por un lado, desempeña un papel de refuerzo de la solución sólida, la disolución del nitrógeno en el acero es muy pequeña a temperatura ambiente, la zona de influencia térmica posterior a la soldadura del acero t91 tendrá un proceso de solución sólida y precipitación de VN sucesivamente durante el calentamiento de soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura: debido a la disolución de vn, el contenido de nitrógeno de la estructura Austenita formada en la zona de influencia térmica durante el calentamiento de soldadura aumenta, después de lo cual el grado de saturación en la estructura a temperatura ambiente aumenta, y hay una pequeña precipitación de VN en el tratamiento térmico posterior a la soldadura, lo que aumenta la estabilidad de la estructura y aumenta El valor de resistencia a la persistencia de la zona de influencia térmica. Por otro lado, el acero t91 también contiene una pequeña cantidad de a1, con la que el nitrógeno puede formar a1n, que se disuelve en grandes cantidades en la matriz por encima de 1.100 ° c, y se vuelve a precipitar a temperaturas más bajas, lo que puede desempeñar un mejor efecto de refuerzo de dispersión.

③ la adición de cromo mejora principalmente la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión del acero resistente al calor. cuando el contenido de cromo es inferior al 5%, 600 ℃ comienza a oxidarse violentamente, mientras que cuando el contenido de cromo alcanza el 5%, tiene una buena resistencia a la oxidación. El acero 12cr1mov tiene una buena resistencia a la oxidación por debajo de 580 ° c, con una profundidad de corrosión de 0,05 mm / a, y las propiedades comienzan a deteriorarse a 600 ° c, con una profundidad de corrosión de 0,13 mm / A. El contenido de cromo t91 aumentó a alrededor del 9%, y la temperatura de uso puede alcanzar los 650 ° c. la medida principal es hacer que más cromo se disuelva en la matriz.

④ tanto el vanadio como el niobio son elementos formadores de carburo fuerte, que pueden formar carburo de aleación fino y estable con carbono después de la adición, lo que tiene un fuerte efecto de fortalecimiento de dispersión.

⑤ la adición de molibdeno es principalmente para mejorar la resistencia térmica del acero y desempeñar un papel en el fortalecimiento de la solución sólida.

2.2 proceso de tratamiento térmico

El tratamiento térmico final de t91 es normalización + templado a alta temperatura, la temperatura de normalización es de 1040 ° c, el tiempo de aislamiento no es inferior a 10 minutos, la temperatura de templado es de 730 a 780 ° c, el tiempo de aislamiento no es inferior a 1h, y la estructura después del tratamiento térmico final es Martensita templada.

2.3 propiedades mecánicas

La resistencia a la tracción a temperatura ambiente del acero t91 es ≥ 585 mpa, la resistencia al rendimiento a temperatura ambiente es ≥ 415 mpa, la dureza es ≤ 250 hb, la tasa de extensión (muestra redonda estándar con una distancia estándar de 50 mm) ≥ 20%, y el valor de tensión permitida [sigma] 650 ° C = 30 mpa.

2.4 propiedades de soldadura

El equivalente de carbono de t91 se calcula de acuerdo con la fórmula de equivalente de carbono recomendada por la sociedad internacional de soldadura.

Se puede ver que la soldabilidad del t91 es pobre.

3 problemas existentes en la soldadura t91

3.1 producción de tejidos endurecidos en la zona de influencia térmica

Como se puede ver en la figura 1, la velocidad de enfriamiento crítico del t91 es baja, la Austenita es muy estable y la transformación normal de Perlita no es fácil de producir cuando se enfría, por lo que la transformación de Martensita se produce cuando se enfría a una temperatura más baja. Debido a esto, el endurecimiento y la grieta en frío del t91 tienden a ser grandes.

Debido a que los diversos tejidos de la zona de influencia térmica tienen diferentes densidades, coeficientes de expansión y diferentes formas de celosía, deben ir acompañados de diferentes expansiones y contracciones de volumen durante el calentamiento y enfriamiento; Por otro lado, debido a las características de calefacción de soldadura desigual y alta temperatura, el estrés interno de la Junta de soldadura t91 es muy grande.

Para t91, la Austenita es muy estable y debe enfriarse a una temperatura más baja (unos 400 grados celsius) para convertirse en martensita. La estructura martensítica gruesa es frágil y dura, y la articulación está en un Estado de tensión complejo. Al mismo tiempo, durante el enfriamiento de la soldadura, el hidrógeno se difunde de de la soldadura a la zona cercana a la grieta, y la existencia de hidrógeno promueve la fragilidad de la martensita, que es el resultado de su acción combinada, y es fácil producir grietas frías en la zona endurecida.

3.2 crecimiento de granos en la zona afectada por el calor

El ciclo térmico de soldadura tiene un impacto significativo en el crecimiento del grano en la zona de influencia térmica de la cabeza de soldadura, especialmente cerca de la zona de fusión donde la temperatura de calentamiento alcanza la temperatura más alta. Cuando la velocidad de enfriamiento es pequeña, aparecerán ferritas gruesas a granel y estructuras de carburo en la zona de influencia térmica de soldadura, lo que hará que la plasticidad del acero disminuya significativamente; Cuando la velocidad de enfriamiento es alta, la plasticidad de la Junta de soldadura también disminuirá debido a la producción de una estructura martensítica gruesa.

3.3 producción de capas suavizadas

El acero t91 se solda en estado templado, y la capa de ablandamiento producida en la zona afectada por el calor es inevitable, y el ablandamiento es más grave que el acero resistente al calor perlado. Cuando se utilizan especificaciones con velocidades de calentamiento y enfriamiento más lentas, el grado de ablandamiento es mayor. Además, el ancho de la capa de suavización y su distancia de la línea de fusión no solo están relacionados con las condiciones de calentamiento y las características de la soldadura, sino también con el precalentamiento, el tratamiento térmico posterior a la soldadura, etc. La fábrica de calderas de Harbin ha realizado pruebas para obtener la curva de dureza de la zona de influencia térmica de soldadura t91, Véase la figura 2.

3.4 grietas por corrosión por esfuerzo

Antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura, la temperatura de enfriamiento del acero t91 generalmente no es inferior a 100 ° c. si se enfría a temperatura ambiente y el ambiente es relativamente húmedo, es propenso a grietas por corrosión por esfuerzo. Alemania estipula que debe enfriarse por debajo de 150 ° C antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura. En el caso de piezas de trabajo gruesas, soldadura de filete presente y tamaño geométrico malo, la temperatura de enfriamiento no es inferior a 100 grados celsius. Si se enfría a temperatura ambiente, está estrictamente prohibido mojarse, de lo contrario es fácil producir grietas por corrosión por esfuerzo.

Proceso de soldadura del acero 4 t91

4.1 selección de la temperatura de precalentamiento

El punto ms del acero t91 es de unos 400 ° c, y la temperatura de precalentamiento generalmente se elige entre 200 y 250 ° c. La temperatura de precalentamiento no debe ser demasiado alta, de lo contrario la velocidad de enfriamiento de la Junta se reduce, lo que puede causar la precipitación de carburo en el límite del grano y la formación de estructura ferrítica en la Junta de soldadura, reduciendo así considerablemente la resistencia al impacto de la Junta de soldadura de acero a temperatura ambiente. El límite inferior de la temperatura de precalentamiento se puede explicar bien a partir de la prueba de enchufe realizada por la fábrica de calderas de harbin.

La barra de prueba de enchufe adopta acero t91, con un diámetro de 8 mm y una profundidad de 0,5 mm, y la placa inferior adopta acero 13crmo, con un espesor de 20 mm. la prueba se lleva a cabo sin precalentamiento, precalentamiento de 150 ° c, precalentamiento de 200 ° C y precalentamiento de 250 ° c. Los Electrodos de soldadura adoptan j707. La corriente de soldadura es de 165 a 170 a y el voltaje del arco es de 21 a 267 V. los resultados de la prueba se muestran en la tabla 2.

Cuadro 2 resultados de la prueba de enchufe t91

Ensayo

Muestra condicional

Nivel de estrés del número

/ MPA tiempo de rotura

/ min

Sin precalentamiento 1 303,8 9 9

2 186 8 237

3 176,4 8,3 1.440 sin romper

Precalentamiento 150 ° C 4 421,4 8,1 1260

5 354,8 120 sin romper

Precalentamiento a 200 ° c 6 465,2 8,6 1440 sin romper

7 482,7 8,1 438

8 539 7,9 313

Precalentamiento 250 ° C 9 539 8,2 1440 sin romper

10 600 8,0 1.440 sin romper

Según los resultados de las pruebas anteriores, el esfuerzo crítico de la Junta de soldadura de acero t91 es de 176,4 MPa sin precalentamiento; Cuando se precalienta a 150 ° c, la tensión crítica es de 354,8 mpa, que es el 85,4% del límite de rendimiento del acero t91 de 415 MPa a temperatura ambiente; Cuando se precalienta por encima de 200 ℃, el estrés crítico es superior a 460 mpa, superando el límite de rendimiento del acero t91 a temperatura ambiente. Por lo tanto, para evitar grietas en frío durante la soldadura del acero t91, la temperatura de precalentamiento no debe ser inferior a 200 grados celsius, Alemania estipula que la temperatura de precalentamiento es de 180 a 250 grados celsius, y la compañía estadounidense CE estipula que la temperatura de precalentamiento es de 120 a 205 grados celsius.

4.2 selección de temperaturas entre capas

La temperatura intercapa no debe ser inferior al límite inferior de la temperatura de precalentamiento, pero al igual que la selección de la temperatura de precalentamiento, la temperatura intercapa no debe ser demasiado alta. Durante la soldadura t91, la temperatura entre capas generalmente se controla en 200 a 300 grados celsius. Francia estipula que la temperatura entre capas no excederá de 300 grados celsius. Estados Unidos estipula que la temperatura intercapa puede estar entre 170 y 230 grados celsius.

4.3 selección de la temperatura inicial del tratamiento térmico posterior a la soldadura

El t91 requiere enfriarse después de la soldadura por debajo del punto ms y mantenerlo por un cierto tiempo antes de templar, con una velocidad de enfriamiento después de la soldadura de 80 a 100 ° C / h. si no se mantiene el calor, la estructura austenítica de la Junta puede no haber cambiado completamente, y el calentamiento por templado puede promover la precipitación de carburo a lo largo del límite del grano austenítico, que es frágil. Sin embargo, después de la soldadura t91, no se permite enfriarse a temperatura ambiente antes de templar, ya que su Junta de soldadura corre el riesgo de producir grietas en frío cuando se enfría a temperatura ambiente. Para t91, la temperatura inicial óptima es de 100 a 150 grados celsius, y el aislamiento térmico es de 1h, lo que básicamente garantiza que la transformación tisular se complete.

4.4 selección de la temperatura de templado, el tiempo de temperatura constante y la velocidad de enfriamiento de templado

El acero t91 tiene una gran tendencia a la grieta en frío y, en ciertas condiciones, es propenso a la grieta de retraso, por lo que la Junta de soldadura debe ser templada dentro de las 24 horas posteriores a la soldadura. La estructura del Estado post - soldadura t91 es Martensita en forma de placa, que se puede convertir en Martensita templada después del temperamento, y sus propiedades son mejores que la Martensita en forma de placa. Cuando la temperatura de temperamento es baja, el efecto de temperamento no es obvio, y el metal de soldadura es fácil de envejecer y crujiente; La temperatura de templado es demasiado alta (por encima del cable ac1), y la articulación puede volver a austenizarse y endurecerse durante el enfriamiento posterior. Al mismo tiempo, como se mencionó anteriormente en este artículo, la determinación de la temperatura de temperamento también debe considerar la influencia de la capa de ablandamiento de la articulación. En términos generales, la temperatura de temperamento t91 es de 730 a 780 grados celsius.

El tiempo de temperatura constante de templado después de la soldadura t91 no es inferior a 1 h, lo que garantiza que su estructura se convierta completamente en Martensita templada.

Para reducir la tensión residual de la Junta de soldadura de acero t91, se debe controlar su velocidad de enfriamiento inferior a 5 ° C / min. El proceso de soldadura del acero t91 se puede expresar en la figura 3.

① precalentamiento de 200 a 250 grados celsius; ② soldadura, temperatura entre capas de 200 a 300 grados celsius; ③ enfriamiento después de la soldadura, la velocidad es de 80 a 100 ° C / h; ④ aislamiento térmico de 100 a 150 ° C durante 1 h; ⑤ 730 a 780 ° C templado durante 1 h; ⑤ enfriamiento a una velocidad no superior a 5 ° C / min

Ejemplo de aplicación del acero 5 t91 en centrales térmicas en la provincia de Guangdong

El primer centro de capacitación en soldadura de la Oficina Provincial de energía eléctrica de Guangdong ha realizado una evaluación del proceso de soldadura para el acoplamiento de tubos de pequeño diámetro t91 de phi42 mm × 5 mm. La temperatura de precalentamiento adoptada es de 200 ° c, se enfría a 150 ° C después de la soldadura, se templa después de mantener el calor durante 1 h, la temperatura de templado es de 750 a 780 ° c, mantener el calor durante 1 h, y la velocidad de elevación de la temperatura es inferior a 5 ° C / min. Después de la soldadura, las muestras fueron inspeccionadas visualmente, fracturadas, no destructivas, estiradas y dobladas, y los resultados fueron calificados, lo que también muestra que el proceso de soldadura anterior es eficaz.

El proceso de soldadura anterior se ha aplicado con éxito en el círculo exterior del calentador de alta temperatura de la fábrica shajiao a y la central eléctrica de meixian. Después de la aplicación del acero t91 en estas centrales eléctricas, la frecuencia de accidentes causados es es por la sobretemperatura, etc., se reduce considerablemente.

6 Conclusiones

① el acero t91 se basa en el principio de aleación, especialmente la adición de una pequeña cantidad de oligoelementos como niobio y vanadium, la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación han mejorado considerablemente en comparación con el acero 12 cr1mov, pero su rendimiento de soldadura es pobre.

② la prueba de enchufe muestra que el acero t91 tiene una gran tendencia a la grieta en frío, seleccionando 200 a 250 grados Celsius de precalentamiento y 200 a 300 grados Celsius de temperatura entre capas, lo que puede prevenir eficazmente la generación de grietas en frío.

③ antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura t91, debe enfriarse a 100 a 150 grados Celsius y aislarse durante 1 h; la temperatura de templado es de 730 a 780 grados celsius, y el tiempo de aislamiento no es inferior a 1 H.

④ el proceso de soldadura anterior se ha aplicado a la práctica de fabricación y producción de calderas de 200 MW y 300 mw, logrando resultados satisfactorios y obteniendo mayores beneficios económicos. El tubo de acero es un acero de tiras largas con sección hueca y sin costuras circundantes. Los tubos de acero tienen secciones transversales huecas y se utilizan en grandes cantidades como tuberías para transportar fluidos, como petróleo, gas, gas, agua y algunos materiales sólidos. En comparación con el acero sólido, como el acero redondo, cuando la resistencia a la flexión y la torsión es la misma, el tubo de acero es más ligero y es un acero de sección económica, que se utiliza ampliamente para fabricar piezas estructurales y piezas mecánicas, como tuberías de perforación petrolera, ejes de transmisión de automóviles, marcos bici y andamios de acero utilizados En la construcción. La fabricación de piezas circulares con tubos de acero puede mejorar la tasa de utilización de materiales, simplificar el proceso de fabricación y ahorrar materiales y horas de trabajo de procesamiento, como anillos de rodamiento, fundas de jack, etc. en la actualidad, los tubos de acero se han utilizado ampliamente para la fabricación. Los tubos de acero también son materiales indispensables para todo tipo de armas convencionales, y los cañones y cañones deben fabricarse con tubos de acero. Los tubos de acero se pueden dividir en tubos redondos y tubos heterogéneos de acuerdo con las diferentes formas de la sección transversal. Debido a que el área redonda es la más grande bajo la misma circunferencia, se puede transportar más líquido con un tubo circular. Además, cuando la sección transversal del anillo soporta la presión radial interna o externa, la fuerza es más uniforme, por lo que la gran mayoría de los tubos de acero son tubos circulares. Fórmula de cálculo del peso del tubo de aleación: [(diámetro exterior - espesor de la pared) * espesor de la pared] * 002466 = kg / metro (peso por metro)