MUHDPE合金管每日知識--A335 P91合金管

MUHDPE合金管每日知識--A335 P91合金管

A335 P91合金管簡介

MUHDPE合金管告訴您P91合金管鋼相當于國(guó)标10Cr9Mo1VNb。T91／P91（10Cr9Mo1VNb） P91合金管特點：不僅具有高的抗氧化性能(néng)和抗高溫蒸汽腐蝕性能(néng)，而且還(hái)具有良好(hǎo)的沖擊韌性和高而穩定的持久塑性及熱強性能(néng)。在使用溫度低于620℃時(shí)，其許用應力高于奧氏體不鏽鋼。在550℃以上，推薦的設計許用應力約爲T9和2.25Cr-1Mo鋼的兩(liǎng)倍。

A335 P91 合金管應用

可作爲亞臨界、超臨界鍋爐壁溫≤625℃的高溫過(guò)熱器、再熱器用鋼管，以及壁溫≤600℃高溫集箱和蒸汽管道(dào)，也可作爲核電熱交換器以及石油裂化裝置爐管。 

标準：ASTM　A213　ASTM　A335 

抗拉強度：≥585（MPa）　

屈服強度：≥415（MPa）　

伸 長(cháng) 率：≥20（％）　

P91鋼是美國(guó)國(guó)立像樹嶺實驗室和美國(guó)燃燒工程公司冶金材料實驗室合作研制的新型馬氏體耐熱鋼。它是在9Cr1MoV鋼的基礎上降低含碳量，嚴格限制硫、磷的含量，添加少量的釩、铌元素進(jìn)行合金化。根據ASTM213/A213M-85C,P91鋼的化學(xué)成(chéng)份見表1。

與P91鋼對(duì)應的德國(guó)鋼号爲X10CrMoVNNb91，日本鋼号爲HCM95，法國(guó)則爲TUZ10CDVNb0901。

A335 P91中各合金元素的作用

分别起(qǐ)到固溶強化、彌散強化和提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性能(néng)，MUHDPE合金管告訴您具體分析如下。

①碳是鋼中固溶強化作用明顯的元素，随含碳量的增加，鋼的短時(shí)強度上升，塑性、韌性下降，對(duì)P91這(zhè)類馬氏體鋼而言，含碳量的上升會(huì)加快碳化物球化和聚集速度，加速合金元素的再分配，降低鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性，故耐熱鋼一般都(dōu)希望降低含碳量，但含碳太低，鋼的強度將(jiāng)降低。P91鋼與12Cr1MoV鋼相比，含碳量降低20%，這(zhè)是綜合考慮上述因素的影響而決定的。

②P91鋼中含微量氮，氮的作用體現在兩(liǎng)個方面(miàn)。一方面(miàn)起(qǐ)固溶強化作用，常溫下氮在鋼中的溶解度很小，P91鋼焊後(hòu)熱影響區在焊接加熱和焊後(hòu)熱處理過(guò)程中，將(jiāng)先後(hòu)出現VN的固溶和析出過(guò)程：焊接加熱時(shí)熱影響區内已形成(chéng)的奧氏體組織由于VN的溶入，氮含量增加，此後(hòu)常溫組織中的過(guò)飽和程度提高，在随後(hòu)的焊後(hòu)熱處理中有細小的VN析出，這(zhè)增加了組織穩定性，提高了熱影響區的持久強度值。另一方面(miàn)，P91鋼中還(hái)含有少量A1，氮能(néng)與其形成(chéng)A1N，A1N在1 100℃以上才大量溶入基體，在較低溫度下又重新析出，能(néng)起(qǐ)到較好(hǎo)的彌散強化效果。

③加入鉻主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能(néng)力，含鉻量小于5%時(shí)，600℃開(kāi)始劇烈氧化，而含鉻量達5%時(shí)就(jiù)具有良好(hǎo)的抗氧化性。12Cr1MoV鋼在580℃以下具有良好(hǎo)的抗氧化性，腐蝕深度爲0.05 mm/a，600℃時(shí)性能(néng)開(kāi)始變差，腐蝕深度爲0.13 mm/a。P91含鉻量提高到9%左右，使用溫度能(néng)達到650℃，主要措施就(jiù)是使基體中溶有更多的鉻。

④釩與铌都(dōu)是強碳化物形成(chéng)元素，加入後(hòu)能(néng)與碳形成(chéng)細小而穩定的合金碳化物，有很強的彌散強化效果。

⑤加入钼主要是爲了提高鋼的熱強性，起(qǐ)到固溶強化的作用。

A335 P91 合金管熱處理工藝

P91的z終熱處理爲正火+高溫回火，正火溫度爲1040℃，保溫時(shí)間不少于10 min，回火溫度爲730～780℃，保溫時(shí)間不少于1h，z終熱處理後(hòu)的組織爲回火馬氏體。

A335 P91 合金管機械性能(néng)

P91鋼的常溫抗拉強度≥585 MPa，常溫屈服強度≥415 MPa，硬度≤250 HB，伸長(cháng)率(50 mm标距的标準圓形試樣(yàng))≥20%，許用應力值［σ]650℃=30 MPa。

按照國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當量公式算得P91的碳當量爲1.631, P91的焊接性較差。　

A335 P91焊接時(shí)存在的問題

1　熱影響區淬硬組織的産生

P91的臨界冷卻速度低，奧氏體穩定性很大，冷卻時(shí)不易發(fā)生正常的珠光體轉變，從而冷卻到較低溫度時(shí)發(fā)生了馬氏體轉變。正由于此，P91的淬硬和冷裂傾向(xiàng)很大。

由于熱影響區的各種(zhǒng)組織具有不同的密度、膨脹系數和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過(guò)程中必然會(huì)伴有不同的體積膨脹和收縮；另一方面(miàn)，由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點，故而P91焊接接頭内部應力很大。

對(duì)于P91，奧氏體十分穩定，要冷卻到較低溫度(約400℃)才能(néng)變爲馬氏體。粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在複雜應力狀态下。同時(shí)，焊縫冷卻過(guò)程中氫由焊縫向(xiàng)近縫區擴散，氫的存在促使了馬氏體脆化，其綜合作用的結果，很容易在淬硬區産生冷裂紋。

2　熱影響區晶粒長(cháng)大

焊接熱循環對(duì)焊接頭熱影響區的晶粒長(cháng)大有重大的影響，特别是緊鄰加熱溫度達到高的熔合區。當冷卻速度較小時(shí)，在焊接熱影響區會(huì)出現粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織，使鋼材的塑性明顯下降；冷卻速度大時(shí)，由于産生了粗大的馬氏體組織，也會(huì)使焊接接頭塑性下降。

3　軟化層的産生

P91鋼在調質狀态下焊接，熱影響區産生軟化層不可避免，而且比珠光體耐熱鋼的軟化更爲嚴重。當用加熱和冷卻速度均較緩慢的規範時(shí)，軟化程度較大。另外，軟化層的寬度和它離熔合線的距離，不僅與焊接的加熱條件及特點有關，還(hái)與預熱、焊後(hòu)熱處理等有關。

4　應力腐蝕裂紋

P91鋼在焊後(hòu)熱處理之前，冷卻溫度一般不低于100℃，如果在室溫下冷卻，而環境又比較潮濕時(shí)，容易出現應力腐蝕裂紋。德國(guó)規定：在焊後(hòu)熱處理之前必須冷卻至150℃以下。在工件較厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好(hǎo)的情況下，冷卻溫度不低于100℃。如果在室溫下冷卻，嚴禁潮濕，否則容易産生應力腐蝕裂紋。

A335 P91合金管結論

①P91鋼高合金化，尤其是添加了少量铌、釩等微量元素，高溫強度、抗氧化性較12Cr1MoV鋼有較大的提高，但其焊接性能(néng)較差。

②插銷試驗表明，P91鋼有較大冷裂傾向(xiàng)，選取預熱200～250 ℃，層間溫度200～300 ℃，可防止冷裂紋産生。

③P91焊後(hòu)熱處理前，必須冷卻至100～150 ℃，保溫1 h；回火溫度730～780 ℃，保溫時(shí)間不少于1 h。

④以上焊接工藝已應用于200 MW、300MW 鍋爐制造生産實踐中，取得滿意效果，并獲得較大的經(jīng)濟效益。

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