9Cr-1Mo-V (گرید P91/T91) یک فولاد فریتی تقویت شده با مقاومت خزشی (CSEF) است که توسط ASTM A335 / ASME SA335 اداره می شود . این در هدرهای بخار با دمای بالا و لولههای گرمایش مجدد (تا 600 درجه سانتیگراد) استفاده میشود تا دیوارههای نازکتر از P22 وجود داشته باشد. به طرز فاجعهباری از کار میافتد . ترک نوع IV یا گسیختگی خزش اگر پنجره پردازش حرارتی خاص نقض شود، از طریق
9Cr-1Mo-V صرفاً یک ارتقاء به P22 نیست. این یک کلاس جداگانه از متالورژی است که در طول ساخت بیشتر شبیه یک سرامیک عمل می کند تا یک فولاد شکل پذیر سنتی. در حالی که 2 تا 3 برابر قدرت پارگی خزش P22 را ارائه می دهد، اما بخشش صفر برای خطاهای حرارتی دارد. این راهنما به واقعیتهای عملیاتی، حالتهای شکست پزشکی قانونی و محدودیتهای میدانی لولههای دیگ بخار P91 میپردازد.
سوالات میدانی متداول در مورد لوله دیگ بخار 9CR-1MO
چرا اتصالات جوش P91 ما در حین آزمایش هیدرولیک ترک خوردند؟
این اغلب به دلیل ترک خوردگی تنشی (SCC) ناشی از تنش های پسماند همراه با ناخالصی ها است. اگر خط جوش داده شده باشد اما بلافاصله پس از جوش عملیات حرارتی (PWHT) انجام نشده باشد، یا اگر آب آبی حاوی کلرید بوده و بلافاصله خشک نشده باشد، آستنیت حفظ شده و سختی بالا محیط مناسبی را برای شکستگی شکننده فوری ایجاد می کند.
آیا میتوانیم از PWHT در خطوط تخلیه P91 کوچک بگذریم؟
نه. برخلاف فولاد کربنی یا گریدهای آلیاژی پایین تر، P91 سخت کننده هوا است. حتی در لوله های سوراخ کوچک، ناحیه تحت تاثیر حرارت (HAZ) پس از جوشکاری به سطوح سختی بیش از 350 HBW می رسد. بدون PWHT برای تعدیل این ساختار، لوله مستعد شکست شکننده است و الزامات خزش کد را برآورده نخواهد کرد.
میزان سختی 180 HBW در قرقره P91 به چه معناست؟
این نشان دهنده یک شکست 'نقطه نرم' است. این ماده در طول تولید یا عملیات حرارتی مزرعه بیش از حد گرم شده است (بالای دمای بحرانی پایین تر، ~820 درجه سانتیگراد گرم شده است). ریزساختار خراب شده است. قدرت خزش به خطر افتاده است. بخش آسیب دیده باید بریده شود و جایگزین شود. قابل تعمیر نیست
کابوس کراکینگ 'نوع IV'.
موذیانه ترین حالت شکست در 9Cr-1Mo ترک نوع IV است. این در منطقه متاثر از حرارت بین بحرانی (IC-HAZ) رخ می دهد - نوار باریکی از مواد که بین جوش قابل مشاهده و فلز پایه بدون تأثیر قرار گرفته است. در طول چرخه حرارتی جوشکاری، این ناحیه مواد ریزدانه ای ایجاد می کند که استحکام رسوبی را از دست می دهد.
ترک های نوع IV به ویژه خطرناک هستند زیرا اغلب زیر سطحی ایجاد می شوند . بازرسی بصری استاندارد (VT) و رنگ نافذ (PT) یک جوش تمیز را نشان می دهد، در حالی که لوله به دلیل ایجاد فضای خالی خزشی به طور موثر از داخل به بیرون باز می شود. تشخیص به NDE حجمی، به ویژه آرایه فازی اولتراسونیک یا رادیوگرافی نیاز دارد.
آیا ترک های نوع IV را می توان با آسیاب و جوش ترمیم کرد؟
خیر. پس از تشخیص ترک نوع IV، عمر مفید آن اتصال خاص تمام می شود. ساییدن معمولاً نشان می دهد که شکاف به عمق دیوار کشیده شده است. کل بخش متاثر از گرما باید بریده شود و یک قطعه قرقره جدید نصب شود.
Critical Chemical Composition & The 'Recipe'
P91 برای سنجاق کردن مرزهای دانه و جلوگیری از خزش به عناصر 'ریز آلیاژی' - به ویژه نیتروژن و نیوبیم - متکی است. اگر این عناصر در اهداف دقیق قرار نگیرند، فولاد به استحکام استاندارد 9Cr (P9) باز می گردد که به طور قابل توجهی ضعیف تر است.
عنصر
ترکیب هدف (%)
تابع
کروم (کروم)
8.00 - 9.50٪
مقاومت در برابر اکسیداسیون
مولیبدن (Mo)
0.85 - 1.05٪
پایه قدرت خزش
وانادیوم (V)
0.18 - 0.25٪
تقویت رسوب
نیوبیم (Nb)
0.06 - 0.10٪
سنجاق مرز دانه
نیتروژن (N)
0.030 - 0.070٪
برای تشکیل کربنیترید V/Nb حیاتی است
نکته مهندسی: به نسبت نیتروژن/آلومینیوم توجه کنید. آلومینیوم بالا (> 0.04٪) به عنوان یک جاذب نیتروژن عمل می کند، آلیاژ نیتروژن مورد نیاز برای تشکیل رسوبات تقویت کننده را از بین می برد و منجر به شکست زودرس خزش می شود.
محدودیت های ساخت و 'نقطه نرم'
'نقطه نرم' ناحیه ای است که در آن سختی مواد به زیر 190 HBW (تقریباً 190 HV10) می رسد. این زمانی اتفاق میافتد که دمای PWHT میدان از دمای بحرانی پایینتر AC1 (تقریباً 800-820 درجه سانتیگراد) فراتر رود. در این مرحله، ساختار مارتنزیت تمپر شده شکسته می شود.
برعکس، اگر سختی بیش از 270 HBW باشد، مواد به اندازه کافی تمپر نشده اند و مستعد ترک خوردگی ناشی از استرس (SCC) هستند. 'محدوده طلایی' برای سختی میدان P91 200 تا 250 HBW است..
چرا P91 باید قبل از PWHT تا 100 درجه سانتیگراد خنک شود؟
P91 یک فولاد مارتنزیتی است. پس از جوشکاری، باید زیر دمای مارتنزیت فینیش (Mf) (تقریباً 100 درجه سانتیگراد/212 درجه فارنهایت) خنک شود تا اطمینان حاصل شود که آستنیت کاملاً به مارتنزیت تبدیل می شود. اگر PWHT را در حالی که هنوز گرم است (آستنیتی) شروع کنید، به ساختار مارتنزیت سکوریت مورد نیاز برای استحکام در دمای بالا نخواهید رسید.
هنگامی که لوله دیگ بخار 9Cr-1Mo انتخاب اشتباهی است
بودجه NDE کم: اگر پروژه قادر به پرداخت 100% حجمی NDE و تست سختی در هر جوش نباشد، P91 یک تعهد است. P22 برای محیط های با کیفیت محدود ایمن تر است.
دوچرخهسواری مکرر/آرایش مرطوب: P91 به خستگی ناشی از خوردگی و SCC در محیطهای مرطوب بسیار حساس است. اگر دیگ را نتوان در هنگام خاموشی خشک نگه داشت، خطر خرابی افزایش می یابد.
محیطهای تعمیر 'Patch': اگر تاسیسات برای ادامه کار به تعمیرات سریع لنت جوش متکی باشد، P91 ممنوع است. برای هر تعمیری نیاز به عملیات حرارتی برش پیچیده و چرخه کامل دارد.
سوالات متداول (عیب یابی)
آیا می توانم P91 را جایگزین P22 کنم تا عمر بیشتری داشته باشد؟
نه به عنوان یک 'drop-in' مستقیم بدون بررسی مهندسی. در حالی که P91 قوی تر است، انعطاف پذیری کمتری دارد. سیستمهای پشتیبانی موجود که برای دیوارهای P22 ضخیمتر و سنگینتر طراحی شدهاند، ممکن است برای جلوگیری از لرزش یا مشکلات استرس، برای لولهکشی سبکتر P91 نیاز به تنظیم داشته باشند. علاوه بر این، اختلاط P91 و P22 به روشهای جوش فلزی متفاوتی نیاز دارد که از نظر فنی بسیار سخت است.
اگر از خمش القایی استفاده کنم P91 از کار می افتد؟
اگر کنترل دما شل باشد از کار می افتد. خمش القایی شامل گرمایش و سرمایش سریع است. اگر نظارت دما در اینترادوس (منحنی داخلی) حتی تا 25 درجه سانتیگراد خاموش باشد، می توانید یک نقطه نرم موضعی یا یک سنبله سختی ایجاد کنید. P91 خمیده القایی تقریباً همیشه به یک عملیات حرارتی پس از خم شدن کامل نرمال و تمپر برای بازیابی خواص نیاز دارد.
اگر ساخت P91 خیلی سخت باشد، چه جایگزین هایی وجود دارد؟
اگر دمای کار زیر 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) باشد، 2.25Cr-1Mo (P22) جایگزین استاندارد است. این به دیوارهای ضخیم تری نیاز دارد اما در مورد جوشکاری و عملیات حرارتی بسیار بخشنده تر است. برای دماهای بیش از حد P91 (بالای 600 درجه سانتیگراد)، مهندسان معمولاً به سمت فولادهای زنگ نزن آستنیتی (304H/347H) یا آلیاژهای پیشرفته مانند درجه 92 (P92) می روند، اگرچه P92 مشکلات ساخت مشابهی دارد.
