درجه 91 (P91/T91) یک فولاد آلیاژی فریتی تقویت شده با مقاومت خزشی (CSEF) است که توسط ASTM A335/A213 کنترل می شود. در نیروگاه های فوق بحرانی و هدرهای پتروشیمی که تا دمای 600 درجه سانتیگراد (1110 درجه فارنهایت) کار می کنند استفاده می شود. اگر چرخههای حرارتی جوشکاری از رویههای واجد شرایط دقیق منحرف شود، خرابیها بهطور فاجعهباری از طریق ترکهای نوع IV یا لکههای نرم رخ میدهند.
9Cr-1Mo-V (درجه 91) نشان دهنده یک تغییر حیاتی در متالورژی است. برخلاف P22 (2.25Cr)، P91 2 تا 3 برابر قدرت گسیختگی را ارائه میکند و دیوارههای نازکتر و کاهش خستگی حرارتی را فراهم میکند. با این حال، این عملکرد هزینه دارد: در طول ساخت بیشتر شبیه یک سرامیک رفتار می کند تا یک فولاد انعطاف پذیر. دارای حاشیه خطای صفر در مورد گرمای ورودی، دمای بین گذر و عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) است.
سوالات میدانی متداول در مورد لوله دیگ بخار 9CR-1MO
ما در یک جوش میدانی سختی 185 HBW را پیدا کردیم. آیا این قابل قبول است؟
خیر فوراً متوقف شوید. 'محدوده طلایی' برای P91 190-250 HBW است. خوانش زیر 190 HBW نشاندهنده یک 'نقطه نرم' است که در آن ساختار مارتنزیت تضعیف شده، به شدت قدرت خزش را به خطر میاندازد. این بخش قابل تعمیر نیست. باید قطع شود و جایگزین شود.
آیا میتوانیم لولههای P91 را برای همترازی در حین فیتآپ خم کنیم؟
به شدت محدود است. شما معمولاً نمی توانید P91 را بیش از 2.5٪ فشار خم کنید، بدون اینکه اجباری نرمال سازی و تمپر شود. هم ترازی اجباری با ریزش های زنجیره ای، تنش های پسماند بالایی ایجاد می کند که وقتی با سختی P91 ترکیب می شود، منجر به ترک خوردگی یا پارگی ناشی از خوردگی تنش اولیه می شود.
چرا قبل از اینکه کارخانه را راه اندازی کنیم، جوش ترک خورد؟
این اغلب به دلیل آزمایش آب مرطوب است. در صورت وجود تنشهای پسماند، P91 در حضور کلرید/رطوبت به ترک خوردگی تنشی (SCC) حساس است. در صورت آزمایش هیدرولیک، سیستم باید فوراً خشک شود، در غیر این صورت ممکن است لوله در حالت بیکار ترک بخورد.
P91 'Recipe': چرا متفاوت است
P91 به سادگی P22 با کروم بیشتر نیست. متکی به یک ریزساختار خاص - مارتنزیت دمیده شده با تقویت رسوب از وانادیوم و نیوبیم است. وجود نیتروژن برای تشکیل کربونیتریدهای V/Nb که مرزهای دانهها را میبندند و از خزش جلوگیری میکنند، حیاتی است.
عنصر (%)
محدوده ترکیب
تابع
کروم (کروم)
8.00 - 9.50
مقاومت در برابر اکسیداسیون
مولیبدن (Mo)
0.85 - 1.05
تقویت محلول جامد
وانادیوم (V)
0.18 - 0.25
تشکیل رسوب (نوع MX)
نیوبیم (Nb)
0.06 - 0.10
سنجاق مرز دانه
نیتروژن (N)
0.030 - 0.070
برای پایداری کربنیترید حیاتی است
بینش مهندسی: به محدودههای محدود V، Nb، و N توجه کنید. اگر تامینکنندهای موادی را ارائه دهد که نیتروژن در پایین محدوده (0.030%) باشد، عمر خزش را میتوان در مقایسه با محدوده بهینه به نصف کاهش داد.
چرا به NDE 100٪ حجمی نیاز است؟
P91 مستعد ترکخوردگی زیرسطحی است که آزمایشهای بصری و نافذ رنگ آن را از دست میدهند. از آنجایی که این ماده در مقایسه با فولاد ملایم چقرمگی شکست پایینی دارد، یک نقص کوچک می تواند به سرعت منتشر شود. 100% RT (رادیوگرافی) یا UT (التراسونیک) دفاع استاندارد است.
حالت خرابی فیلد: ترک نوع IV
کشنده اولیه سیستم های لوله کشی P91 ترک نوع IV است. این شکست در منطقه متاثر از حرارت بین بحرانی (IC-HAZ) رخ می دهد، نوار باریکی که بین جوش و فلز پایه قرار گرفته است.
مکانیسم: چرخه حرارتی در حین جوشکاری یک ناحیه ریزدانه ایجاد می کند که در آن رسوبات حل شده یا درشت شده اند و قدرت خزش را کاهش می دهد.
تشخیص: این ترک ها اغلب دیواره میانی (زیر سطح) را آغاز می کنند. بازرسی بصری تا زمانی که لوله پاره نشود چیزی نشان نمی دهد.
پیشگیری: پایبندی دقیق به دمای PWHT (730 درجه سانتی گراد تا 760 درجه سانتی گراد) و به حداقل رساندن تنش های لوله کشی سیستم.
چرا P91 باید قبل از PWHT خنک شود؟
P91 هوا را سخت می کند. جوش باید تا زیر 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 آستنیت باقی مانده است شروع کنید، ماده ساختار مارتنزیت سکوریت شده مورد نیاز را تشکیل نمی دهد و در نتیجه شکست می خورد.
هنگامی که لوله دیگ بخار 9Cr-1Mo انتخاب اشتباهی است
جوشکاری کنترل نشده میدانی: اگر نمی توانید نگهداری پیش گرم (حداقل 200 درجه سانتیگراد) و PWHT دقیق را تضمین کنید، از P22 استفاده کنید. P91 در یک محیط کنترل نشده خراب می شود.
جوش های فلزی غیرمشابه (DMW) بدون تجربه: جوش P91 به فولاد زنگ نزن آستنیتی به دلیل عدم تطابق انبساط حرارتی، یک رابط پرتنش ایجاد می کند. اجتناب کنید مگر اینکه بحرانی باشد.
تعمیرات 'Patch': شما نمی توانید به طور موثر تعمیر P91 را وصله کنید. بخش هایی که نشتی دارند نیاز به برش کامل و تعویض قرقره دارند. اگر تعمیرات سریع در اولویت هستند، P91 یک تعهد است.
محیط های با کلرید بالا: P91 به SCC حساس است. در محیط هایی با قرار گرفتن در معرض کلرید زیاد در طول زمان خرابی، حفره شدن می تواند منجر به شکست سریع شود.
سوالات متداول
آیا می توانم از فلز پرکننده کربن استیل در P91 استفاده کنم؟
مطلقا نه. باید از مواد مصرفی همسان (معمولا E9015-B9) استفاده کنید. استفاده از پرکننده فولاد کربنی جوشی با استحکام خزش بسیار کمتری نسبت به فلز پایه ایجاد میکند و پارگی فاجعهبار در دمای عملیاتی را تضمین میکند.
آیا اگر دمای PWHT خیلی بالا باشد P91 از کار می افتد؟
بله. اگر PWHT از دمای بحرانی پایین تر (AC1، تقریباً 820 درجه سانتیگراد) فراتر رود، ماده دوباره آستنیته می شود. پس از سرد شدن، مارتنزیت (شکننده) یا کاربیدهای درشت تشکیل می دهد که خواص خزشی مواد را از بین می برد.
جایگزین های P91 چیست؟
اگر دمای طراحی زیر 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) باشد، درجه 22 (P22/T22) جایگزین استاندارد است. ضخیمتر و سنگینتر برای همان درجه فشار است، اما در هنگام جوشکاری و تعمیر بسیار بخشندهتر است.
