OBSERVATION OF KINETICS OF STRUCTURAL CHANGES DURING LONG-TERM ANNEALING OF TRANSITIONAL WELDS ON P91 STEEL

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "OBSERVATION OF KINETICS OF STRUCTURAL CHANGES DURING LONG-TERM ANNEALING OF TRANSITIONAL WELDS ON P91 STEEL"

Antonín Šmíd
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 SLEDOVÁNÍ KINETIKY STRUKTURNÍCH ZMĚN BĚHEM DLOUHODOBÉHO ŽÍHÁNÍ PŘECHODOVÝCH SVARŮ OCELÍ P91 OBSERVATION OF KINETICS OF STRUCTURAL CHANGES DURING LONG-TERM ANNEALING OF TRANSITIONAL WELDS ON P91 STEEL Daniela TŮMOVÁ ab, Marie SVOBODOVÁ b, Josef ČMAKAL b, Pavlína HÁJKOVÁ ab a ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Praha, Česká republika, daniela.tumova@fs.cvut.cz b UJP PRAHA a.s., Nad Kamínkou 1345, Praha, Česká republika, svobodova@ujp.cz Abstrakt Příspěvek je zaměřen na sledování kinetiky strukturních změn u přechodových svarů během dlouhodobého žíhání ocelí P91. Z důvodu celosvětového tlaku na snížení specifické tepelné spotřeby nutné na výrobu jedné kilowatthodiny se hledají cesty, jak dosáhnout co nejvyšší účinnosti při spalování klasických výhřevných paliv. Toho je možné docílit novými konstrukčními řešeními a novými způsoby provozu, ty však představují jen část z daných možností. Hlavními veličinami ke zvýšení účinnosti je tak zvyšování tlaku a teploty páry. Tyto vysoké požadavky na materiály vedou k možnému použití celé řady nových ocelí, jejichž charakteristickým znakem je obsah Cr mezi 9 až 12% a obvykle i legování 1 až 2% wolframem. Tato legura má zajistit lepší vlastnosti mechanické i creepové, při vysokých teplotách oproti dříve používaným 9% Cr ocelím. Mezi tyto oceli patří i výše zmíněné P91. Abstract This paper focuses on observation of kinetics of structural changes during long-term annealing of transitional welds on P91 steel. Due to the world-wide pressure on decreasing specific heat consumption necessary to manufacturing one kilowatt-hour, ways to achieve the maximal efficiency during burning of conventional heating fuelling are being researched. This goal is possible to reach by applying the new construction solutions or new kinds of operations. These are but only a fraction of options possible. Main values leading to an increased efficiency are therefore raising steam pressure and temperature. These high requirements on materials properties lead to a possible use of the new types of steel, whose characteristic trait is 9-12% Cr content and usually also 1-2% W alloying. This alloying is the cause of better mechanical and creep properties when compared to formerly used 9% Cr steels. Aforementioned P91 belongs to these new types of steel. 1. ÚVOD Pro experimentální materiál byl zvolen svarový spoj, který byl zhotoven na trubkách o vnějším průměru 350mm s tloušťkou stěny 20mm. Trubky byli ve stavu po normalizačním a následném popouštěcím žíhání. Byla použita standardní svařovací metoda 141/111. Svar byl svařován v poloze PF s předehřevem 200 C a následně po svařování byly svary tepelně zpracovány ( C/2hod/vzduch). Jako svařovací materiál byl použit Thermanit MTS3/Thyssen Chromo9V. Pro potřeby světelné mikroskopie byl výbrus z svarového spoje oceli P91 leptán roztokem 5% Nital + Villela-Bain v poměru 1:1.

Obr. 1. Makrosnímky svarového spoje oceli P91 ve stavu výchozím(vlevo), degradovaném(vpravo) 2. VÝCHOZÍ STAV Výchozí struktura svarových spojů je zobrazena na obr. 1 vlevo.

Mikrostruktura svárového kovu (SK) je tvořena popuštěným martenzitem s patrnou orientací martenzitických desek o tvrdosti 244 250 HV10, přičemž horní hranice odpovídá kořeni svaru.

2 Obr. 1. Makrosnímky svarového spoje oceli P91 ve stavu výchozím(vlevo), degradovaném(vpravo) 2. VÝCHOZÍ STAV Výchozí struktura svarových spojů je zobrazena na obr. 1 vlevo. Mikrostruktura jednotlivých částí svarového spoje je patrná na obr. 2 a obr. 3 vždy vlevo. Mikrostruktura svárového kovu (SK) je tvořena popuštěným martenzitem s patrnou orientací martenzitických desek o tvrdosti HV10, přičemž horní hranice odpovídá kořeni svaru. Tepelně ovlivněná oblast (TOO) je široká 2 5 mm bez viditelných strukturních vad na příčném řezu. Jednotlivá pásma tepelně ovlivněné oblasti se vyznačují plynulou návazností a nevýraznými strukturními změnami ve směru od vnějšího povrchu trubky. Linie zotavení s nevýrazně zhrublou strukturou je tvořena popuštěnou feriticko-martenzitickou strukturou, přechází přes pásmo normalizace s jemným feritickým zrnem a s hustým výskytem karbidických částic do základního materiálu (ZM) s mikrostrukturou tvořenou popuštěným popuštěnou feriticko-martenzitickou strukturou. Tvrdost svárového kovu byla naměřena v intervalu HV10, v tepelně ovlivněné oblasti se tvrdost pohybuje v rozmezí HV10, naměřená tvrdost v základním materiálu se pohybuje okolo průměrné hodnoty 214 HV10. Tyto hodnoty jsou měřeny pro svarový spoj ve výchozím stavu před jakoukoli teplotní degradací. 3. DEGRADOVANÝ STAV Homogenní svarové spoje oceli P91 byly vystaveny izotermické teplotní výdrži v laboratorních podmínkách při teplotě 650 C. Toto navýšení teploty oproti teplotě provozní (do cca 620 C) se dosahuje stavu odpovídající expozici 620 C/2, (standardní životnost) již po h (dle přepočtu pomocí Larson-Millerova parametru). Doba po kterou byli homogenní svárové spoje vystaveny teplotní zátěži ocelí P91 byla 650, 1 000, 2 007, a h. V našem článku se budeme věnovat pouze výsledkům po teplotní epozici 1 000h. V mikrostruktuře svarového kovu (SK) dochází vlivem teplotní expozice k dalšímu výraznému popouštění již původně popuštěné martenzitické struktury, podíl feritu roste a lze pozorovat hrubnutí karbidických částí (typ M 23 C 6 ) na hranicích zrn. Tvrdost se pohybuje v intervalu HV10. Mikrostruktura tepelně ovlivněné oblasti (TOO) u homogenního svaru P91-P91 vykazuje hrubší zrno,

vyšší podíl feritu a zhrublých karbidických částic na hranicích

(ZM), která se zde na rozdíl od tepelně ovlivněné oblasti a

podílem feritu s hrubými karbidy na hranicích zrn.

3 vyšší podíl feritu a zhrublých karbidických částic na hranicích zrn ve srovnání s výchozím stavem před degradací. Tvrdost poklesla na HV10. Velký kontrast zde tvoří velikost zrna základního materiálu (ZM), která se zde na rozdíl od tepelně ovlivněné oblasti a svárového kovu výrazně nemění, ani s dlouhodobější tepelnou expozicí. Mikrostruktura je zde tvořena popuštěným martenzitem s vyšším podílem feritu s hrubými karbidy na hranicích zrn. Mikrostruktura jednotlivých částí svarového spoje je patrná na obr. 2 a obr. 3 vždy vpravo. a b c Obr. 2. Mikrostruktura svarového kovu oceli P91 ve výchozím stavu (vždy vlevo) a v degradovaném stavu po teplotní expozici 650 C/1 000 h (vždy vpravo) - (a) krycí housenka, (b) výplň svarového kovu, (c) kořenová housenka.

4 , Rožnov pod Radhoštěm, Česká Republika a b c Obr. 3. Mikrostruktura (a) TOO - (b) detail pásma normalizace, a (c) neovlivněného základního materiálu svarového spoje oceli P92 ve výchozím stavu (vždy vlevo) a ve stavu degradovaném 650 C/1 000 h (vždy vpravo) 4. ZÁVĚR Po teplotní expozici 650 C po dobu h nejsou u oceli P91 patrné žádné velké strukturální změny ani nedochází k výraznějšímu poklesu tvrdosti jednotlivých oblastí svárového kovu.

5 PODĚKOVÁNÍ Autoři dekují Ministerstvu obchodu a průmyslu České republiky za její finanční podporu v rámci programu TRVALÁ PROSPERITA, projektu c. 2A-1TP1/057. LITERATURA [1] ČMAKAL, J. aj. Řešení materiálových a technologických inovací pro energetická a chemická zařízení nové generace pracující za vysokých teplot (III). Roční zpráva za rok 2008, projekt MPO č. 2A-1TP1/057. [zpráva UJP] [2] ČMAKAL, J. aj. Řešení materiálových a technologických inovací pro energetická a chemická zařízení nové generace pracující za vysokých teplot (IV). Roční zpráva za rok 2008, projekt MPO č. 2A-1TP1/057. [zpráva UJP]

Podobné dokumenty

HOMOGENNÍ A HETEROGENNÍ SVAROVÉ SPOJE ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ SIMILAR AND DISSIMILAR WELD JOINTS OF CREEP-RESISTING STEELS

HOMOGENNÍ A HETEROGENNÍ SVAROVÉ SPOJE ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ SIMILAR AND DISSIMILAR WELD JOINTS OF CREEP-RESISTING STEELS Marie Svobodová a,b Jindřich Douda b Josef Čmakal b Jiří Sopoušek c Jiří Dubský d a