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2017年SA-213T91合金管與SA-335P91合金管的區別 SA-213T91化學成份|SA-213T91力學性能|SA-213T91價格 T91合金管， T91合金管是美國國立像樹嶺實驗室和美國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、鈮元素進行合金化。根據ASTM213/A213M-85C, SA-213T91合金管的化學成份見表1。 與 SA-213T91合金管對應的德國鋼號為X10CrMoVNNb91，日本鋼號為HCM95，法國則為TUZ10CDVNb0901。 SA-213T91合金管中各合金元素分別起到固溶強化、彌散強化和提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性能，具體分析如下。 ①碳是鋼中固溶強化作用明顯的元素，隨含碳量的增加，鋼的短時強度上升，塑性、韌性下降，對SA-213T91這類馬氏體鋼而言，含碳量的上升會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，故耐熱鋼一般都希望降低含碳量，但含碳太低，鋼的強度將降低。 SA-213T91合金管與12Cr1MoV鋼相比，含碳量降低20%，這是綜合考慮上述因素的影響而決定的。 ②SA-213T91合金管中含微量氮，氮的作用體現在兩個方面。一方面起固溶強化作用，常溫下氮在鋼中的溶解度很小， SA-213T91合金管焊后熱影響區在焊接加熱和焊后熱處理過程中，將先后出現VN的固溶和析出過程：焊接加熱時熱影響區內已形成的奧氏體組織由于VN的溶入，氮含量增加，此后常溫組織中的過飽和程度提高，在隨后的焊后熱處理中有細小的VN析出，這增加了組織穩定性，提高了熱影響區的持久強度值。另一方面， SA-213T91合金管中還含有少量A1，氮能與其形成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，能起到較好的彌散強化效果。 ③加入鉻主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能力，含鉻量小于5%時，600℃開始劇烈氧化，而含鉻量達5%時就具有良好的抗氧化性。12Cr1MoV鋼在580℃以下具有良好的抗氧化性，腐蝕深度為0.05 mm/a，600℃時性能開始變差，腐蝕深度為0.13 mm/a。SA-213T91含鉻量提高到9%左右，使用溫度能達到650℃，主要措施就是使基體中溶有更多的鉻。 ④釩與鈮都是強碳化物形成元素，加入后能與碳形成細小而穩定的合金碳化物，有很強的彌散強化效果。 ⑤加入鉬主要是為了提高鋼的熱強性，起到固溶強化的作用。 2.2 熱處理工藝 SA-213T91的終熱處理為正火＋高溫回火，正火溫度為1040℃，保溫時間不少于10 min，回火溫度為730～780℃，保溫時間不少于1h，終熱處理后的組織為回火馬氏體。 2.3 機械性能 SA-213T91合金管的常溫抗拉強度≥585 MPa，常溫屈服強度≥415 MPa，硬度≤250 HB，伸長率(50 mm標距的標準圓形試樣)≥20%，許用應力值〔σ]650℃=30 MPa。 2.4 焊接性能 按照國際焊接學會的碳當量公式算得SA-213T91的碳當量為 可見SA-213T91的焊接性較差。 3 SA-213T91焊接時存在的問題 3.1 熱影響區淬硬組織的產生 從圖1可以看出，SA-213T91的臨界冷卻速度低，奧氏體穩定性很大，冷卻時不易發生正常的珠光體轉變，從而冷卻到較低溫度時發生了馬氏體轉變。正由于此，SA-213T91的淬硬和冷裂傾向很大。 由于熱影響區的各種組織具有不同的密度、膨脹系數和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過程中必然會伴有不同的體積膨脹和收縮；另一方面，由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點，故而SA-213T91焊接接頭內部應力很大。 對于SA-213T91，奧氏體十分穩定，要冷卻到較低溫度(約400℃)才能變為馬氏體。粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在復雜應力狀態下。同時，焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區擴散，氫的存在促使了馬氏體脆化，其綜合作用的結果，很容易在淬硬區產生冷裂紋。 3.2 熱影響區晶粒長大 焊接熱循環對焊接頭熱影響區的晶粒長大有重大的影響，特別是緊鄰加熱溫度達到的熔合區。當冷卻速度較小時，在焊接熱影響區會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，由于產生了粗大的馬氏體組織，也會使焊接接頭塑性下降。 3.3 軟化層的產生 SA-213T91合金管在調質狀態下焊接，熱影響區產生軟化層不可避免，而且比珠光體耐熱鋼的軟化更為嚴重。當用加熱和冷卻速度均較緩慢的規范時，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，還與預熱、焊后熱處理等有關。哈爾濱鍋爐廠曾做過試驗得出SA-213T91焊接熱影響區硬度曲線，見圖2。 3.4 應力腐蝕裂紋 SA-213T91合金管在焊后熱處理之前，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，容易出現應力腐蝕裂紋。德國規定：在焊后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，否則容易產生應力腐蝕裂紋。 4 SA-213T91合金管的焊接工藝 4.1 預熱溫度的選擇 SA-213T91合金管的Ms點約為400℃，預熱溫度一般選在200～250℃。預熱溫度不能太高，否則接頭冷卻速度降低，可能在焊接接頭中引起晶界處碳化物析出和形成鐵素體組織，從而大大降低該鋼材焊接接頭在室溫時的沖擊韌性。預熱溫度的下限從哈爾濱鍋爐廠所做過的插銷試驗可得到很好的說明。 插銷試棒采用SA-213T91合金管，直徑8 mm,深0.5 mm，底板采用13CrMo鋼，厚20 mm，試驗在不預熱、預熱150℃、預熱200℃、預熱250℃條件下進行。焊條采用J707。焊接電流為165～170 A，電弧電壓為21～267 V，試驗結果如表2所示。 結論 ① SA-213T91合金管靠合金化原理，尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素，高溫強度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高，但其焊接性能較差。 ②插銷試驗表明，SA-213T91合金管有較大冷裂傾向，選取預熱200～250 ℃，層間溫度200～300 ℃，可有效防止冷裂紋產生。 ③SA-213T91焊后熱處理前，必須冷卻至100～150 ℃，保溫1 h；回火溫度730～780 ℃，保溫時間不少于1 h。 ④以上焊接工藝已應用于200 MW、300MW 鍋爐制造生產實踐中，取得滿意效果，并獲得較大的經濟效益。 SA-335 P91合金管是用實心管坯經穿孔后軋制的。 1、生產制造方法 按生產方法不同可分為熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管等。
裂紋呈軸向，形狀細而長。當模具完全淬透即無心淬火時，心部轉變為比容的淬火馬氏體，產生切向拉應力，模具鋼的含碳量愈高，產生的切向拉應力愈大，當拉應力大于該鋼強度極限時導致縱向裂紋形成。 以下因素又加劇了縱向裂紋的產生： ⑴鋼中含有較多S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔點有害雜質，鋼錠軋制時沿軋制方向呈縱向嚴重偏析分布，易產生應力集中形成縱向淬火裂紋，或原材料軋制后快冷形成的縱向裂紋未加工掉保留在產品中導致終淬火裂紋擴大形成縱向裂紋； ⑵模具尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內(碳工具鋼淬裂危險尺寸為8~15mm，中低合金鋼危險尺寸為25~40mm)，或選擇的淬火冷卻介質大大超過該鋼的臨界淬火冷卻速度時均易形成縱向裂紋。 措施： ⑴嚴格原材料入庫檢查，對有害雜質含量超標鋼材不投產； ⑵盡量選用真空冶煉，爐外精煉或電渣重熔模具鋼材； ⑶改進熱處理工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火； ⑷變無心淬火為有心淬火即不完全淬透，獲得強韌性高的下貝氏體組織等措施，大幅度降低拉應力，能有效避免模具縱向開裂和淬火畸變。 2、橫向裂紋 裂紋特征是垂直于軸向。未淬透模具，在淬硬區與未淬硬區過渡部分存在大的拉應力峰值，大型模具快速冷卻時易形成大的拉應力峰值，因形成的軸向應力大于切向應力，導致產生橫向裂紋。鍛造模塊中S、P，Bi，Pb，Sn，As等低熔點有害雜質的橫向偏析或模塊存在橫向顯微裂紋，淬火后經擴展形成橫向裂紋。 措施： ⑴模塊應合理鍛造，原材料長度與直徑之比，即鍛造比選在2~3之間，鍛造采用雙十字形變向鍛造，經五鐓五拔多火鍛造，使鋼中碳化物和雜質呈細、小，勻分布于鋼基體，鍛造纖維組織圍繞型腔無定向分布，大幅度提高模塊橫向力學性能，減少和應力源； ⑵選擇理想的冷卻速度和冷卻介質：在鋼的Ms點以上快冷，大于該鋼臨界淬火冷卻速度，鋼中過冷奧氏體產生的應力為熱應力，表層為壓應力，內層為張應力，相互抵消，有效防止熱應力裂紋形成；在鋼的Ms~Mf之間緩冷，大幅度降低形成淬火馬氏體時的組織應力。當鋼中熱應力與相應應力總和為正(張應力)時，則易淬裂，為負時，則不易淬裂。充分利用熱應力，降低相變應力，控制應力總和為負，能有效避免橫向淬火裂紋發生。CL-1有機淬火介質是較理想淬火劑，同時可減少和避免淬火模具畸變，還可控制硬化層合理分布。調正CL-1淬火劑不同濃度配比，可得到不同冷卻速度，獲得所需硬化層分布，滿足不同模具鋼需求 3、弧狀裂紋 常發生在模具棱角角、缺口、孔穴、凹模接線飛邊等形狀突變處 這是因為，淬火時棱角處產生的應力是平滑表面平均應力的10倍。另外： ⑴鋼中含碳(C)量和合金元素含量愈高，鋼Ms點愈低，Ms點降低2℃，則淬裂傾向增加1.2倍，Ms點降低8℃，淬裂傾向則增加8倍； ⑵鋼中不同組織轉變和相同組織轉變不同時性，由于不同組織比容差，造成巨大組織應力，導致組織交界處形成弧狀裂紋； ⑶淬火后未及時回火，或回火不充分，鋼中殘余奧氏體未充分轉變，保留在使用狀態中，促進應力重新分布，或模具服役時殘余奧氏體發生馬氏體相變產生新的內應力，當綜合應力大于該鋼強度極限時便形成弧狀裂紋； ⑷具有第二類回火脆性鋼，淬火后高溫回火緩冷，導致鋼中P，S等有害雜質化合物沿晶界析出，大大降低晶界結合力和強韌性，增加脆性，服役時在外力作用下形成弧狀裂紋。 措施： ⑴改進設計，盡量使形狀對稱，減少形狀突變，增加工藝孔與加強筋，或采用組合裝配； ⑵圓角代直角及尖角銳邊，貫穿孔代盲孔，提高加工精度和表面光潔度，減少應力集中源，對于無法避免直角、尖角銳邊、盲孔等處，一般硬度要求不高，可用鐵絲、石棉繩、耐火泥等進行包扎或填塞，人為造成冷卻屏障，使之緩慢冷卻淬火，避免應力集中，防止淬火時弧狀裂紋形成； ⑶淬火鋼應及時回火，部分淬火內應力，防止淬火應力擴展； ⑷較長時間回火，提高模具抗斷裂韌性值； ⑸充分回火，得到穩定組織性能； ⑹多次回火使殘余奧氏體轉變充分和新的應力； ⑺合理回火，提高鋼件疲勞抗力和綜合機械力學性能；對于有第二類回火脆性模具鋼，高溫回火后應快冷(水冷或油冷)，可二類回火脆性，防止和避免淬火時弧狀裂紋形成。 4、剝離裂紋 模具服役時在應力作用下，淬火硬化層一塊塊從鋼基體中剝離。因模具表層組織和心部組織比容不同，淬火時表層形成軸向、切向淬火應力，徑向產生拉應力，并向內部突變，在應力急劇變化范圍較窄處產生剝離裂紋，常發生于經表層化學熱處理模具冷卻過程中，因表層化學改性與鋼基體相變不同時性引起內外層淬火馬氏體膨脹不同時進行，產生大的相變應力，導致化學處理滲層從基體組織中剝離。如火焰表面淬硬層、高頻表面淬硬層、滲碳層、碳氮共滲層、滲氮層、滲硼層、滲金屬層等。化學滲層淬火后不宜快速回火，尤其是300~C以下低溫回火快速加熱，會促使表層形成拉應力，而鋼基體心部及過渡層形成壓縮應力，當拉應力大于壓縮應力時，導致化學滲層被拉裂剝離。 措施： ⑴應使模具鋼化學滲層濃度與硬度由表至內平緩降低，增強滲層與基體結合力，滲后進行擴散處理能使化學滲層與基體過渡均勻； ⑵模具鋼化學處理之前進行擴散退火、球化退火、調質處理，充分細化原始組織，能有效防止和避免剝離裂紋產生，確保產品質量。 5、網狀裂紋 裂紋深度較淺，一般深約0.01~1.5mm，呈輻射狀，別名龜裂。 原因主要有： ⑴原材料有較深脫碳層，冷切削加工未去除，或成品模具在氧化氣氛爐中加熱造成氧化脫碳； ⑵模具脫碳表層金屬組織與鋼基體馬氏體含碳量不同，比容不同，鋼脫碳表層淬火時產生大的拉應力，因此，表層金屬往往沿晶界被拉裂成網狀； ⑶原材料是粗晶粒鋼，原始組織粗大，存在大塊狀鐵素體，常規淬火無法，保留在淬火組織中，或控溫不準，儀表失靈，發生組織過熱，甚至過燒，晶粒粗化，失去晶界結合力，模具淬火冷卻時鋼的碳化物沿奧氏體晶界析出，晶界強度大大降低，韌性差，脆性大，在拉應力作用下沿晶界呈網狀裂開。 措施： ⑴嚴格原材料化學成分．金相組織和探傷檢查，不合格原材料和粗晶粒鋼不宜作模具材料； ⑵選用細晶粒鋼、真空電爐鋼，投產前復查原材料脫碳層深度，冷切削加工余量必須大于脫碳層深度； ⑶制訂先進合理熱處理工藝，選用微機控溫儀表，控制精度達到±1.5℃，定時現場校驗儀表； ⑷模具產品終處理選用真空電爐、保護氣氛爐和經充分脫氧鹽浴爐加熱模具產品等措施，有效防止和避免網狀裂紋形成。 6、冷處理裂紋 模具鋼多為中、高碳合金鋼，淬火后還有部分過冷奧氏體未轉變成馬氏體，保留在使用狀態中成為殘余奧氏體，影響使用性能。若置于零度以下繼續冷卻，能促使殘余奧氏體發生馬氏體轉變，因此，冷處理的實質是淬火繼續。室溫下淬火應力和零度下淬火應力疊加，當疊回應力超過該材料強度極限時便形成冷處理裂紋。 措施： ⑴淬火后冷處理之前將模具置于沸水中煮30~60min，可15％~25％淬火內應力并使殘余奧氏體穩定化，再進行-60℃常規冷處理，或進行-120℃深冷處理，溫度愈低，殘余奧氏體轉變成馬氏體量愈多，但不可能全部轉變完，實驗表明，約有2％~5％殘余奧氏體保留下來，按需要保留少量殘余奧氏體可松馳應力，起緩沖作用，因殘余奧氏體又軟又韌，能部分吸收馬氏體化急劇膨脹能量，緩和相變應力； ⑵冷處理完畢后取出模具投入熱水中升溫，可40％~60％冷處理應力，升溫至室溫后應及時回火，冷處理應力進一步，避免冷處理裂紋形成，獲得穩定組織性能，確保模具產品存放和使用中不發生畸變。 7、磨削裂紋 常發生在模具成品淬火、回火后磨削冷加工過程中，多數形成的微細裂紋與磨削方向垂直，深約0.05~1.0mm。 產生原因： ⑴原材料預處理不當，未能充分原材料塊狀、網狀、帶狀碳化物和發生嚴重脫碳； ⑵終淬火加熱溫度過高，發生過熱，晶粒粗大，生成較多殘余奧氏體； ⑶在磨削時發生應力誘發相變，使殘余奧氏體轉變為馬氏體，組織應力大，加上因回火不充分，留有較多殘余拉應力，與磨削組織應力疊加，或因磨削速度、進刀量大及冷卻不當，導致金屬表層磨削熱急劇升溫至淬火加熱溫度，隨之磨削液冷卻，造成磨削表層二次淬火，多種應力綜合，超過該材料強度極限，便引起表層金屬磨削裂紋。
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