Ο βαθμός 91 (P91/T91) είναι ένας χάλυβας από κράμα φερριτικού ενισχυμένης αντοχής ερπυσμού (CSEF) που διέπεται από το ASTM A335/A213. Χρησιμοποιείται σε υπερκρίσιμους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και πετροχημικές κεφαλές που λειτουργούν έως 600°C (1110°F). Οι αστοχίες συμβαίνουν καταστροφικά μέσω ρωγμών τύπου IV ή μαλακών κηλίδων, εάν οι θερμικοί κύκλοι συγκόλλησης αποκλίνουν από τις αυστηρές προδιαγραφές.
Το 9Cr-1Mo-V (Βαθμός 91) αντιπροσωπεύει μια κρίσιμη αλλαγή στη μεταλλουργία. Σε αντίθεση με το επιεικής P22 (2,25Cr), το P91 προσφέρει 2-3 φορές την αντοχή σε θραύση, επιτρέποντας λεπτότερα τοιχώματα και μειωμένη θερμική κόπωση. Ωστόσο, αυτή η απόδοση έχει ένα κόστος: συμπεριφέρεται περισσότερο σαν κεραμικό παρά σαν όλκιμο χάλυβα κατά την κατασκευή. Διαθέτει μηδενικό περιθώριο σφάλματος σχετικά με την εισροή θερμότητας, τις θερμοκρασίες ενδιάμεσης διέλευσης και τη θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT).
ΣΥΝΗΘΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΣΩΛΗΝΑ ΛΕΒΗΤΑ 9CR-1MO
Βρήκαμε μια ένδειξη σκληρότητας 185 HBW σε μια συγκόλληση πεδίου. Είναι αποδεκτό αυτό;
Όχι. Σταμάτα αμέσως. Το 'Golden Range' για το P91 είναι 190–250 HBW. Μια ένδειξη κάτω από 190 HBW υποδεικνύει ένα 'μαλακό σημείο' όπου η δομή του σκληρυμένου μαρτενσίτη έχει υποβαθμιστεί, μειώνοντας σοβαρά την αντοχή ερπυσμού. Αυτό το τμήμα δεν μπορεί να επισκευαστεί. πρέπει να κοπεί και να αντικατασταθεί.
Μπορούμε να λυγίσουμε ψυχρά τους σωλήνες P91 για ευθυγράμμιση κατά την προσαρμογή;
Αυστηρά περιορισμένο. Γενικά δεν μπορείτε να λυγίσετε το P91 σε ψυχρή κάμψη πέρα από την καταπόνηση ~2,5% χωρίς υποχρεωτική εκ νέου κανονικοποίηση και σκλήρυνση. Η εξαναγκαστική ευθυγράμμιση με αλυσίδες δημιουργεί υψηλές υπολειμματικές τάσεις που, όταν συνδυάζονται με τη σκληρότητα του P91, οδηγούν σε ρωγμές ή ρήξη λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης πρώιμης ζωής.
Γιατί έσπασε η συγκόλληση πριν καν ξεκινήσουμε το εργοστάσιο;
Αυτό οφείλεται συχνά σε υγρή υδραυλική δοκιμή. Το P91 είναι πολύ ευαίσθητο σε ρωγμές από διάβρωση καταπόνησης (SCC) παρουσία χλωριδίων/υγρασίας εάν υπάρχουν υπολειπόμενες τάσεις. Εάν κάνετε υδροδοκιμή, το σύστημα πρέπει να στεγνώσει αμέσως, διαφορετικά ο σωλήνας μπορεί να σπάσει ενώ κάθεται σε αδράνεια.
Η P91 'Συνταγή': Γιατί είναι διαφορετικό
Το P91 δεν είναι απλά P22 με περισσότερο Chromium. Βασίζεται σε μια συγκεκριμένη μικροδομή - σκληρυμένο μαρτενσίτη με ενίσχυση ιζήματος από βανάδιο και νιόβιο. Η παρουσία αζώτου είναι κρίσιμη για το σχηματισμό ανθρακικών νιτριδίων V/Nb που καρφιτσώνουν τα όρια των κόκκων και αποτρέπουν τον ερπυσμό.
στοιχείων
(%)
Λειτουργία εύρους σύνθεσης
Chromium (Cr)
8.00 – 9.50
Αντοχή στην οξείδωση
Μολυβδαίνιο (Mo)
0,85 – 1,05
Ενίσχυση στερεού διαλύματος
Βανάδιο (V)
0,18 – 0,25
Σχηματισμός ιζήματος (τύπου MX)
Νιόβιο (Nb)
0,06 – 0,10
Καρφίτσωμα ορίων κόκκων
Άζωτο (Ν)
0,030 – 0,070
Κρίσιμο για τη σταθερότητα των καρβονιτριδίων
Engineering Insight: Σημειώστε τις περιορισμένες περιοχές για τα V, Nb και N. Εάν ένας προμηθευτής παρέχει υλικό όπου το άζωτο βρίσκεται στο κάτω μέρος του εύρους (0,030%), η διάρκεια ερπυσμού μπορεί να μειωθεί στο μισό σε σύγκριση με το βέλτιστο εύρος.
Γιατί απαιτείται 100% ογκομετρική NDE;
Το P91 είναι επιρρεπές σε ρωγμές κάτω από την επιφάνεια που χάνουν οι οπτικές δοκιμές και οι δοκιμές διείσδυσης βαφής. Επειδή το υλικό έχει χαμηλή αντοχή σε θραύση σε σύγκριση με τον μαλακό χάλυβα, ένα μικρό ελάττωμα μπορεί να διαδοθεί γρήγορα. Το 100% RT (Ακτινογραφία) ή UT (Υπερήχων) είναι η τυπική άμυνα.
Λειτουργία αποτυχίας πεδίου: Η ρωγμή τύπου IV
Ο κύριος δολοφόνος των συστημάτων σωληνώσεων P91 είναι η πυρόλυση τύπου IV. Αυτή η αστοχία συμβαίνει στη Ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (IC-HAZ), μια στενή ζώνη που βρίσκεται ανάμεσα στη συγκόλληση και το βασικό μέταλλο.
Μηχανισμός: Ο θερμικός κύκλος κατά τη συγκόλληση δημιουργεί μια λεπτόκοκκη ζώνη όπου τα ιζήματα έχουν διαλυθεί ή τραχυνθεί, μειώνοντας την αντοχή ερπυσμού.
Ανίχνευση: Αυτές οι ρωγμές συχνά εκκινούν το μεσαίο τοίχωμα (υπό-επιφάνεια). Η οπτική επιθεώρηση δεν θα δείξει τίποτα μέχρι να σπάσει ο σωλήνας.
Πρόληψη: Αυστηρή τήρηση των θερμοκρασιών PWHT (730°C - 760°C) και ελαχιστοποίηση των καταπονήσεων των σωληνώσεων του συστήματος.
Γιατί πρέπει το P91 να κρυώσει πριν το PWHT;
Το P91 σκληραίνει τον αέρα. Η συγκόλληση πρέπει να κρυώσει κάτω από τους 100°C (212°F) για να διασφαλιστεί ότι ο ωστενίτης μεταμορφώνεται πλήρως σε μαρτενσίτη. Εάν ξεκινήσετε το PWHT ενώ ο ωστενίτης παραμένει, το υλικό δεν θα σχηματίσει την απαιτούμενη δομή σκληρυμένου μαρτενσίτη, με αποτέλεσμα να αποτύχει.
Όταν ο σωλήνας λέβητα 9Cr-1Mo είναι η λάθος επιλογή
Μη ελεγχόμενη συγκόλληση πεδίου: Εάν δεν μπορείτε να εγγυηθείτε τη συντήρηση προθέρμανσης (ελάχ. 200°C) και την ακριβή PWHT, χρησιμοποιήστε το P22. Το P91 θα αποτύχει σε μη ελεγχόμενο περιβάλλον.
Ανόμοιες συγκολλήσεις μετάλλων (DMW) χωρίς εμπειρία: Η συγκόλληση P91 σε ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα δημιουργεί μια διεπαφή υψηλής τάσης λόγω αναντιστοιχίας θερμικής διαστολής. Αποφύγετε εκτός εάν είναι κρίσιμο.
Επισκευές 'Patch': Δεν μπορείτε να επιδιορθώσετε αποτελεσματικά την επιδιόρθωση P91. Τα τμήματα που παρουσιάζουν διαρροή απαιτούν πλήρη αποκοπή και αντικατάσταση καρουλιού. Εάν οι γρήγορες επισκευές αποτελούν προτεραιότητα, το P91 αποτελεί υποχρέωση.
Περιβάλλοντα υψηλού χλωρίου: Το P91 είναι ευαίσθητο στο SCC. Σε περιβάλλοντα με έντονη έκθεση σε χλώριο κατά τη διάρκεια της διακοπής λειτουργίας, η δημιουργία κοιλοτήτων μπορεί να οδηγήσει σε ταχεία αστοχία.
Συχνές Ερωτήσεις
Μπορώ να χρησιμοποιήσω μεταλλικό υλικό πλήρωσης άνθρακα από χάλυβα στο P91;
Απολύτως όχι. Πρέπει να χρησιμοποιήσετε ανάλογα αναλώσιμα (συνήθως E9015-B9). Η χρήση πλήρωσης από ανθρακούχο χάλυβα δημιουργεί μια συγκόλληση με σημαντικά χαμηλότερη αντοχή ερπυσμού από το βασικό μέταλλο, εξασφαλίζοντας μια καταστροφική ρήξη σε θερμοκρασίες λειτουργίας.
Θα αποτύχει το P91 εάν η θερμοκρασία PWHT είναι πολύ υψηλή;
Ναί. Εάν το PWHT υπερβεί την χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία (AC1, περίπου 820°C), το υλικό ωστενιοποιείται ξανά. Κατά την ψύξη, αυτό σχηματίζει μη σκληρυμένο μαρτενσίτη (εύθραυστο) ή χονδροειδή καρβίδια, καταστρέφοντας τις ιδιότητες ερπυσμού του υλικού.
Ποιες είναι οι εναλλακτικές λύσεις για το P91;
Εάν η θερμοκρασία σχεδιασμού είναι κάτω από 540°C (1000°F), ο βαθμός 22 (P22/T22) είναι η τυπική εναλλακτική λύση. Είναι παχύτερο και βαρύτερο για την ίδια ονομαστική πίεση, αλλά είναι πολύ πιο επιεικής κατά τη συγκόλληση και την επισκευή.
