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> 2012年T91合金管材质介绍 更进一步了解T91合金管

2012年T91合金管材质介绍 更进一步了解T91合金管

2012年T91合金管材质介绍 更进一步了解T91合金管


2012年T91合金管材质介绍 更进一步了解T91合金管

T91合金管

  T91合金管规格:8-1240×1-200mm
  T91合金管 T91合金管概况:
  标准:
  GB3087 —— 中国国家标准
  GB5310 —— 中国国家标准
  ASME SA210 —— 美国锅炉及压力容器规范
  ASME SA213 —— 美国锅炉及压力容器规范
  DIN17175 —— 联邦德国工业标准
  用途:
  用于低中压锅炉(工作压力一般不大于5.88Mpa,工作温度在450℃以下)的受热面管子;用于高压锅炉(工作压力一般在9.8Mpa以上,工作温度在450℃~650℃之间)的受热面管子、省煤器、过热器、再热器、石化工业用管等。
  主要生产钢管牌号:
  10、20、20G、20MnG、25MnG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、10Cr9Mo1VNb、SA210A1、SA210C、SA213 T11、SA213 T12、SA213 T22、SA213 T23、SA213 T91、SA213 T92、ST45.8/Ⅲ、15Mo3、13CrMo44、10CrMo910等
  尺寸公差:
  
钢管种类 外径(D) 壁厚(S)
冷拔管 钢管外径(mm) 允许偏差(mm) 钢管壁厚(mm) 允许偏差(mm)
>30~50 ±0.3 >3~20 ±10%
 力学性能:
  
标准 牌号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 伸长率(%) 硬度
GB3087 10 335~475 ≥195 ≥24 /
20 410~550 ≥245 ≥20 /
GB5310 20G 410~550 ≥245 ≥24 /
20MnG ≥415 ≥240 ≥22 /
25MnG ≥485 ≥275 ≥20 /
15CrMoG 440~640 ≥235 ≥21 /
12Cr2MoG 450~600 ≥280 ≥20 /
12Cr1MoVG 470~640 ≥255 ≥21 /
12Cr2MoWVTiB 540~735 ≥345 ≥18 /
10Cr9Mo1VNb ≥585 ≥415 ≥20 /
ASME SA210 SA210A-1 ≥415 ≥255 ≥30 ≤143HB
SA210C ≥485 ≥275 ≥30 ≤179HB
ASME SA213 SA213 T11 ≥415 ≥205 ≥30 ≤163HB
SA213 T12 ≥415 ≥220 ≥30 ≤163HB
SA213 T22 ≥415 ≥205 ≥30 ≤163HB
SA213 T23 ≥510 ≥400 ≥20 ≤220HB
SA213 T91 ≥585 ≥415 ≥20 ≤250HB
SA213 T92 ≥620 ≥440 ≥20 ≤250HB
DIN17175 ST45.8/Ⅲ 410~530 ≥255 ≥21 /
15Mo3 450~600 ≥270 ≥22 /
13CrMo44 440~590 ≥290 ≥22 /
10CrMo910 480~630 ≥280 ≥20 /
 化学成分:
  
标准 牌号 化学成分(%)
C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni V Al W Ti Nb N
GB3087 10 0.07~0.13 0.17~0.37 0.38~0.65 ≤0.030 ≤0.030 0.3~0.65 / ≤0.25 ≤0.30 / / 

 

20 0.17~0.23 0.17~0.37 0.38~0.65 ≤0.030 ≤0.030 0.3~0.65 / ≤0.25 ≤0.30 / / 

 

GB5310 20G 0.17~0.24 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.20 ≤0.25 ≤0.08 

 


20MnG 0.17~0.24 0.17~0.37 0.70~1.00 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.20 ≤0.25 ≤0.08 

 


25MnG 0.18~0.24 0.17~0.37 0.80~1.10 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.20 ≤0.25 ≤0.08 

 


15CrMo 0.12~0.18 0.17~0.37 0.40~0.70 ≤0.030 ≤0.030 0.80~1.10 0.40~0.55 ≤0.20 ≤0.30 

 

 

12Cr2MoG 0.08~0.15 ≤0.50 0.40~0.70 ≤0.030 ≤0.030 2.00~2.50 0.90~1.20 ≤0.20 ≤0.30 

 

 

12Cr1MoV 0.08~0.15 0.17~0.37 0.40~0.70 ≤0.030 ≤0.030 0.90~1.20 0.25~0.35 ≤0.20 ≤0.30 0.15~0.30 

 


12Cr2MoWVTiB 0.08~0.15 0.45~0.75 0.45~0.65 ≤0.030 ≤0.030 1.60~2.10 0.50~0.65 ≤0.20 ≤0.30 0.28~0.42 
0.30~0.55 0.08~0.15 B 0.002~0.008 
10Cr9Mo1VNb 0.08~0.12 0.20~0.50 0.30~0.60 ≤0.020 ≤0.010 8.00~9.50 0.85~1.05 ≤0.20 ≤0.40 0.18~0.25 ≤0.015 

0.06~0.10 0.03~0.07
ASME SA210 SA210A-1 0.13~0.19 ≥0.1 0.45~0.65 ≤0.030 ≤0.030 

 

 

 

 

SA210C 0.18~0.24 ≥0.1 0.80~1.10 ≤0.030 ≤0.030 

 

 

 

 

ASME SA213 SA213 T11 0.05~0.15 0.50~1.0 0.30~0.60 ≤0.030 ≤0.030 1.00~1.50 0.50~1.00 

 

 

 

SA213 T12 0.05~0.15 ≤0.50 0.30~0.61 ≤0.030 ≤0.030 0.80~1.25 0.44~0.65 

 

 

 

SA213 T22 0.05~0.15 ≤0.50 0.30~0.60 ≤0.030 ≤0.010 1.90~2.60 0.87~1.13 

 

 

 

SA213 T23 0.04~0.10 ≤0.50 0.10~0.60 ≤0.030 ≤0.030 1.90~2.60 0.05~0.30 


≤0.030 1.45~1.75 B 0.0005~0.006 0.02~0.08 ≤0.040
SA213 T91 0.08~0.12 0.20~0.50 0.30~0.60 ≤0.020 ≤0.010 8.00~9.50 0.85~1.05 
≤0.40 0.18~0.25 ≤0.015 

0.06~0.10 0.03~0.07
SA213 T92 0.07~0.13 ≤0.50 0.30~0.60 ≤0.020 ≤0.010 8.50~9.50 0.30~0.60 
≤0.40 0.15~0.25 ≤0.015 1.50~2.00 B 0.001~0.006 0.04~0.09 0.03~0.07
DIN 17175 ST45.8/Ⅲ ≤0.21 0.10~0.35 0.40~1.20 ≤0.040 ≤0.040 

 

 

 

 

15Mo3 0.12~0.20 0.10~0.35 0.40~0.80 ≤0.035 ≤0.035 
0.25~0.35 

 

 

 

13CrMo44 0.10~0.18 0.10~0.35 0.40~0.70 ≤0.035 ≤0.035 0.70~1.10 0.45~0.65 

 

 

 

10CrMo910 0.08~0.15 ≤0.50 0.30~0.70 ≤0.025 ≤0.020 2.00~2.50 0.90~1.10 ≤0.30 ≤0.30 
≤0.015 
T91
  根据ASTM213/A213M-85C,T91钢的化
  与T91钢对应的德国钢号为X10CrMoVNNb91,日本钢号为HCM95,法国则为
  TUZ10CDVNb0901。
      T91钢的化学成份%
  元素 含量
  C 0.08-0.12
  Mn 0.30-0.60
  P ≤0.02
  S ≤0.01
  Si 0.20-0.50
  Cr 8.00-9.50
  Mo 0.85-1.05
  V 0.18-0.25
  Nb 0.06-0.10
  N 0.03-0.07
  Ni ≤0.40
  T91钢中各合金元素分别起到固溶强化、弥散强化和提高钢的抗氧化性、抗
  腐蚀性能,具体分析如下。
  ①碳是钢中固溶强化作用最明显的元素,随含碳量的增加,钢的短时强度上
  升,塑性、韧性下降,对T91这类马氏体钢而言,含碳量的上升会加快碳化物球
  化和聚集速度,加速合金元素的再分配,降低钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性,
  故耐热钢一般都希望降低含碳量,但含碳太低,钢的强度将降低。T91钢与
  12Cr1MoV钢相比,含碳量降低20%,这是综合考虑上述因素的影响而决定的。
  ②T91钢中含微量氮,氮的作用体现在两个方面。一方面起固溶强化作用,
  常温下氮在钢中的溶解度很小,T91钢焊后热影响区在焊接加热和焊后热处理过
  程中,将先后出现VN的固溶和析出过程:焊接加热时热影响区内已形成的奥氏体
  组织由于VN的溶入,氮含量增加,此后常温组织中的过饱和程度提高,在随后的
  焊后热处理中有细小的VN析出,这增加了组织稳定性,提高了热影响区的持久强
  度值。另一方面,T91钢中还含有少量A1,氮能与其形成A1N,A1N在1 100℃以上
  才大量溶入基体,在较低温度下又重新析出,能起到较好的弥散强化效果。
  ③加入铬主要是提高耐热钢的抗氧化性、抗腐蚀能力,含铬量小于5%时,
  600℃开始剧烈氧化,而含铬量达5%时就具有良好的抗氧化性。12Cr1MoV钢在580
  ℃以下具有良好的抗氧化性,腐蚀深度为0.05 mm/a,600℃时性能开始变差,腐
  蚀深度为0.13 mm/a。T91含铬量提高到9%左右,使用温度能达到650℃,主要措
  施就是使基体中溶有更多的铬。
  ④钒与铌都是强碳化物形成元素,加入后能与碳形成细小而稳定的合金碳化
  物,有很强的弥散强化效果。
  ⑤加入钼主要是为了提高钢的热强性,起到固溶强化的作用。
  2.2 热处理工艺
  T91的最终热处理为正火+高温回火,正火温度为1040℃,保温时间不少于10
  min,回火温度为730~780℃,保温时间不少于1h,最终热处理后的组织为回火
  马氏体。
  2.3 机械性能
  T91钢的常温抗拉强度≥585 MPa,常温屈服强度≥415 MPa,硬度≤250 HB
  ,伸长率(50 mm标距的标准圆形试样)≥20%,许用应力值[σ]650℃=30 MPa。
  2.4 焊接性能
  按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算得T91的碳当量为
  可见T91的焊接性较差。
  3 T91焊接时存在的问题
  3.1 热影响区淬硬组织的产生
  从图1可以看出,T91的临界冷却速度低,奥氏体稳定性很大,冷却时不易发
  生正常的珠光体转变,从而冷却到较低温度时发生了马氏体转变。正由于此,
  T91的淬硬和冷裂倾向很大。
  图1 T91钢的连续冷却曲线
  由于热影响区的各种组织具有不同的密度、膨胀系数和不同的晶格形式,在
  加热和冷却过程中必然会伴有不同的体积膨胀和收缩;另一方面,由于焊接加热
  具有不均匀和温度高的特点,故而T91焊接接头内部应力很大。
  对于T91,奥氏体十分稳定,要冷却到较低温度(约400℃)才能变为马氏体。
  粗大的马氏体组织脆而硬,接头又处在复杂应力状态下。同时,焊缝冷却过程中
  氢由焊缝向近缝区扩散,氢的存在促使了马氏体脆化,其综合作用的结果,很容
  易在淬硬区产生冷裂纹。
  3.2 热影响区晶粒长大
  焊接热循环对焊接头热影响区的晶粒长大有重大的影响,特别是紧邻加热温
  度达到最高的熔合区。当冷却速度较小时,在焊接热影响区会出现粗大的块状铁
  素体和碳化物组织,使钢材的塑性明显下降;冷却速度大时,由于产生了粗大的
  马氏体组织,也会使焊接接头塑性下降。
  3.3 软化层的产生
  T91钢在调质状态下焊接,热影响区产生软化层不可避免,而且比珠光体耐
  热钢的软化更为严重。当用加热和冷却速度均较缓慢的规范时,软化程度较大。
  另外,软化层的宽度和它离熔合线的距离,不仅与焊接的加热条件及特点有关,
  还与预热、焊后热处理等有关。哈尔滨锅炉厂曾做过试验得出T91焊接热影响区
  硬度曲线,见图2。
  图2 T91焊接热影响区硬度曲线
  ①730℃回火;②750℃回火
  由图2可以看出,T91钢焊缝热影响区产生的软化现象比较严重,而且接头的
  回火温度越高,软化程度越严重,接头强度利用系数大大下降。
  3.4 应力腐蚀裂纹
  T91钢在焊后热处理之前,冷却温度一般不低于100℃,如果在室温下冷却,
  而环境又比较潮湿时,容易出现应力腐蚀裂纹。德国规定:在焊后热处理之前必
  须冷却至150℃以下。在工件较厚、有角焊缝存在及几何尺寸不好的情况下,冷
  却温度不低于100℃。如果在室温下冷却,严禁潮湿,否则容易产生应力腐蚀裂
  纹。
  4 T91钢的焊接工艺
  4.1 预热温度的选择
  T91钢的Ms点约为400℃,预热温度一般选在200~250℃。预热温度不能太高
  ,否则接头冷却速度降低,可能在焊接接头中引起晶界处碳化物析出和形成铁素
  体组织,从而大大降低该钢材焊接接头在室温时的冲击韧性。预热温度的下限从
  哈尔滨锅炉厂所做过的插销试验可得到很好的说明。
  插销试棒采用T91钢,直径8 mm,深0.5 mm,底板采用13CrMo钢,厚20 mm,
  试验在不预热、预热150℃、预热200℃、预热250℃条件下进行。焊条采用J707
  。焊接电流为165~170 A,电弧电压为21~267 V,试验结果如表2所示。
  T91插销试验结果
  试验
  条件 试样
  号 应力水平
  /MPa 断裂时间
  /min
  不预热 1 303.8 9 9
  2 186 8 237
  3 176.4 8.3 1440未断
  预热150℃ 4 421.4 8.1 1260
  5 354.8 120未断
  预热200℃ 6 465.2 8.6 1440未断
  7 482.7 8.1 438
  8 539 7.9 313
  预热250℃ 9 539 8.2 1440未断
  10 600 8.0 1440未断
  由上述试验结果知,在不预热条件下,T91钢焊接接头的临界应力为176.4
  MPa;预热150℃时,临界应力为354.8 MPa,为T91钢常温屈服极限415 MPa的
  85.4%;预热200℃以上时,临界应力大于460 MPa,超过了T91钢常温屈服极限。
  由此,为避免T91钢焊接时产生冷裂纹,预热温度必须不低于200℃,德国规定预
  热温度为180~250℃,美国CE公司规定预热温度为120~205℃。
  4.2 层间温度的选择
  层间温度不得低于预热温度下限,但如同预热温度的选取一样,层间温度也
  不能过高。T91焊接时层间温度一般控制在200~300℃。法国规定:层间温度不
  超过300℃。美国规定:层间温度可位于170~230℃之间。
  4.3 焊后热处理起始温度的选择
  T91要求焊后冷却到低于Ms点以下并保持一定时间再进行回火处理,焊后冷
  却速度为80~100℃/h。如果未经保温,接头的奥氏体组织可能没有完全转变,
  回火加热会促使碳化物沿奥氏体晶界沉淀,这样的组织很脆。但是T91焊后也不
  允许冷却到室温再进行回火,因为其焊接接头冷却到室温时就有产生冷裂纹的危
  险。对于T91来说,最佳起始温度为100~150℃,并保温1h,可基本确保组织转
  变完毕。
  4.4 回火温度、恒温时间、回火冷却速度的选择
  T91钢冷裂倾向较大,在一定条件下,容易产生延迟裂纹,故焊接接头必须
  在焊后24 h内进行回火处理。T91焊后状态的组织为板条状马氏体,经过回火可
  变为回火马氏体,其性能较板条状马氏体优越。回火温度偏低时,回火效果不明
  显,焊缝金属容易时效而脆化;回火温度过高(超过AC1线),接头又可能再次奥
  氏体化,并在随后的冷却过程中重新淬硬。同时,如本文在前面所述,回火温度
  的确定还要考虑接头软化层的影响。一般而言,T91回火温度为730~780℃。
  T91焊后回火恒温时间不少于1 h,才能保证其组织完全转变为回火马氏体。
  为了降低T91钢焊接接头的残余应力,必须控制其冷却速度小于5 ℃/min。
  T91钢的焊接工艺可用图3表示。
  图3 T91钢焊接工艺
  ①预热200~250 ℃;②焊接,层间温度200~300 ℃;③焊后冷却,速度为
  80~100 ℃/h;④100~150 ℃保温1 h;⑤730~780 ℃回火1 h;⑥以不大于5
  ℃/min速度冷却
  5 T91钢在广东省内火电厂应用实例
  广东省电力局第一焊接培训中心曾作过Φ42 mm×5mm的T91小径管对接的焊
  接工艺评定。采取的预热温度为200℃,焊后冷却到150℃,保温1h后进行回火,
  回火温度为750~780℃,保温1h,升降温速度均小于5℃/min。焊后对试样进行
  外观检查、断口检查、无损检测、拉伸和弯曲试验,结果均合格,这也说明上述
  焊接工艺是行之有效的。
  上述焊接工艺已成功应用在沙角A厂、梅县电厂高温再热器外圈。T91钢在这
  些电厂应用后,由于超温等造成的事故频率大大降低。
  6 结论
  ①T91钢靠合金化原理,尤其是添加了少量铌、钒等微量元素,高温强度、
  抗氧化性较12 Cr1MoV钢有较大的提高,但其焊接性能较差。
  ②插销试验表明,T91钢有较大冷裂倾向,选取预热200~250 ℃,层间温度200~300 ℃,可有效防止冷裂纹产生。
      ③T91合金管焊后热处理前,必须冷却至100~150 ℃,保温1 h;回火温度730~ 780 ℃,保温时间不少于1 h。
      ④以上焊接工艺已应用于200 MW、300MW 锅炉制造生产实践中,取得满意效 果,并获得较大的经济效益。


上一篇文章:T91合金管相对应的德国、日本、法国钢号表示 T91合金管各方面性能
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