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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。
據新華報業網報道，南京理工大學材料評價與設計教育部工程研究中心陳光教授團隊在973計劃等資助下，經長期研究，在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得重大跨越性突破。相關成果Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications(高溫PST鈦鋁單晶)于2016年6月20日在線發表于Nature Materials(《自然材料》)。 陳光教授在發布會上介紹研究成果航空航天技術是一個科技、工業和國防實力的重要體現。航空發動機被譽為飛機的心臟，葉片則是航空發動機中關鍵的核心部件，其承溫能力直接決定著發動機的性能，尤其是推重比 美國GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡稱4822)合金替代原來的鎳基高溫合金制造了GEnx發動機后兩級低壓渦輪葉片，使單臺發動機減重約200磅，節油20%，氮化物(NOx)排放量減少80%，噪音顯著降低，用于波音787飛機，2007年試飛成功，2009年正式投入商業運營，成為當時航空與材料領域轟動性的進展。 陳光教授團隊的研究成果在材料性能上實現了新的大幅度跨越，所制備的PST TiAl單晶室溫拉伸塑性和屈服強度分別高達6.9%和708MPa，抗拉強度高達978MPa，實現了高強高塑的優異結合。更為重要的是，該合金在900℃時的拉伸屈服強度為637MPa，并具有優異的抗蠕變性能，其小蠕變速率和持久壽命均優于已經成功應用于GEnx發動機的4822合金1~2個數量級，有望將目前TiAl合金的使用溫度從650~750℃提高到900℃以上。 通用GEnx發動機 為縮短我國與歐美發達的差距，已將航空發動機和燃氣輪機列為“重大科技項目”，并于2016年3月正式成立了“中國航空發動機集團有限公司”。 北京航空材料研究院曹春曉院士指出：“通常，鎳基單晶高溫合金的承溫能力每提高25~30℃，即為一代新合金。陳光教授團隊發明的TiAl單晶合金，一下將承溫能力提高了150~250℃以上，是重大突破，屬引領性成果。這項關鍵材料技術誕生于我國，是我們和民族的驕傲與自豪！不僅對我國的航空航天事業的發展具有重大價值，有助于中國飛機有一顆更強的‘中國心’，也必將對維護世界和平、促進社會發展起到積極作用?！?科技部先進結構與復合材料主題專家組組長、北京航空材料研究院副總工程師張國慶研究員指出：“高溫合金是‘重點新材料研發與應用’重大工程的關鍵研發內容之一，輕質高強材料是新材料領域的重要發展方向。TiAl合金因其優異的比強度和高溫性能，已成為有航空航天應用前景的新型高溫結構材料及傳統高溫合金的未來替代材料。南京理工大學陳光教授團隊研究成功的‘PST高溫TiAl合金單晶’大幅度提高了高溫性能，顯著改善了材料塑性，對于新型輕質高溫結構材料的發展和應用具有非常重要的意義”。 長期從事高溫結構材料研究的中國科學院金屬研究所袁超研究員認為：“陳光教授團隊采用納米孿晶強韌化方法制備的單晶TiAl不僅強度高，室溫塑性更是超過6.9%，屬于金屬間化合物研究的重大突破。一方面，這種發現有可能應用于其他金屬間化合物，引領新一輪金屬間化合物研究熱潮，具有重大理論意義。另一方面，高塑性為其真正工程應用奠定基礎，具有重大工程意義”。并指出：“該成果是中國原創，。建議加大支持力度，盡快完成該合金性能測試，真正應用于我國航空發動機的葉片制造”。南京理工大學材料評價與設計教育部工程研究中心主任、金屬納米材料與技術聯合實驗室主任，二級教授，博士生導師。中國新材料技術協會副會長、中國材料研究學會金屬間化合物與非晶合金分會理事、江蘇省中青年科技領軍人才、江蘇省十大專利發明人、Intermetallics(金屬間化合物)客座編輯、第六屆(2005年)和第九屆(2016年)金屬間化合物與先進材料國際研討會主席。 作為主研人主持完成的成果中，榮獲教育部技術發明一等獎1項、江蘇省科技一等獎2項，并榮獲中國發明協會發明創業獎·人物獎、先進金屬間化合物與先進材料國際研討會杰出貢獻獎。 >>鈦鋁合金簡介（據中國航空報） TiAl基合金密度低，彈性模量高，綜合性能指標優于傳統高溫合金，韌性又高于普通的陶瓷材料，在航空航天材料中展現出令人矚目的發展前景，成為新一代高溫材料的代表之一，被當做高推重比先進軍用飛機發動機高壓壓氣機及低壓渦輪葉片的材料。歐美和日本等國已相繼在鈦鋁合金向先進航空發動機上的應用研究方面取得深入的進展，運用先進的工藝方法，相繼研發出高壓壓氣機葉片等零部件，并已交付發動機裝配測試。 >>背景 自鎳基合金的研制成功以來，渦輪發動機在航空領域的應用得到了很大的推進。通過改進和發展鎳基超合金和鈦基合金，以及應用先進的制造工藝，航空發動機的性能得到了不斷的提高。然而，隨著推重比和渦輪前端溫度不斷提高，渦輪發動機壓氣機和渦輪級數逐漸減少，單級負荷不斷增大，零件的應力水平越來越高，工況越趨惡劣，葉片等關鍵零件的結構也越趨復雜，已將傳統的兩種主要高溫結構材料鎳基合金和鈦基高溫合金的使用性能提高到其極限水平，因此必須尋求更先進、更可靠的材料和工藝才能滿足未來發動機的設計要求。 γ-TiAl基合金具有優良的高溫強度、抗蠕變、抗氧化和阻燃性能，而且密度低，彈性模量高，綜合性能指標優于不銹鋼和鎳基等傳統的高溫合金，而其韌性又高于普通的陶瓷材料。此外，鈦鋁合金的膨脹系數可與低膨脹系數的鎳基合金相比，易燃性也低于鎳基合金。這些優點使其成為航空、航天、飛航導彈用發動機以及汽車的輕質耐熱結構件的競爭力的材料。 >>TiAl合金應用現狀 TiAl基合金目前實際應用的障礙一方面是該類合金的室溫脆性、難變形加工性，另一方面則是850℃以上的抗氧化性不足，制約了TiAl基合金的應用和推廣。近期內發展起來的高Nb-TiAl系金屬間化合物在高溫強度及抗氧化性方面已取得了很大進展，高熔點組元Nb的加入提高了合金的熔點和有序溫度，從而使合金的使用溫度達到900℃以上，使得該體系合金顯示出具有代替鎳基合金的潛能。然而，高鈮合金化在大大提高TiAl合金的室溫和高溫強度的同時，也進一步降低了其室溫和高溫塑性，尤其是高溫塑性比普通TiAl基合金更低。 20世紀90年代以來，世界各國的研究者都把熱塑性加工技術的研究和開發作為TiAl基合金的研究重點，長期以來TiAl基合金的熱塑性加工及其相關領域的研究十分活躍。對TiAl合金進行大變形量熱塑性加工，可以大幅提高TiAl合金的室溫塑性，而經過塑性加工后的鍛坯，由于具有細小而均勻的顯微組織，也能夠進一步滿足等溫鍛造成形的需要。進過熱塑性加工的TiAl合金，通過一定的熱處理工藝，可以獲得各種不同的綜合性能，從而滿足工程應用。 美國GE公司將鑄造的全套98件低壓渦輪葉片安裝在大型商用運輸機CF6-80C2發動機上，通過了1000個飛行周期的考核試車。蒂森（Thyssen）與羅羅公司（Rolls-Royce）成功的鍛造出發動機高壓壓氣機葉片，所使用的合金成分為Ti47Al3.7(Nb,Cr,Mn,Si)0.5B；日本三菱公司采用包套鍛成形出了Ti-42Al-10V合金葉片，該合金具有較好的高溫塑性，該公司還開發了Ti42Al5Mn合金，并且采用鍛造后機械加工的方式制造出渦輪葉片等零件；羅羅使用TNB合金系生產出了高壓壓氣機葉片，并且將這種葉片交付發動機裝配進行測試。 >>TiAl合金應用發展趨勢 鈦鋁合金在航空航天用材料中展現出令人矚目的發展前景，成為先進軍用飛機發動機高壓壓氣機及低壓渦輪葉片的材料。GE公司計劃在GE90發動機中用鈦鋁合金葉片代替鎳基合金，將減輕發動機重量200～300千克以上?？罩锌蛙嚭筒ㄒ艄菊铝τ谔岣甙l動機的推比，低壓渦輪減重潛力，在不久的將來渦輪后部轉子葉片將采用鈦鋁合金葉片。分析表明，未來發動機市場對γ-TiAl低壓渦輪葉片的年需求量高達一百萬件，將代替目前先進渦輪發動機后一級較重的鎳基葉片。NASA報告指出，到2020年鈦鋁基合金及其復合材料的用量在航空、航天發動機中將占有20%左右的份額。
上海寶鋼SA-213T91無縫鋼管質量證實書 T91（SA213-T91）無縫鋼管作為大型發電鍋爐過熱器、再熱器的新型鋼種，日趨成熟，今朝被各國廣泛采取。該鋼的強化機理除了固溶和沉淀強化外，還經由過程微合金化、控軋、形變熱處理及控冷獲得高密度位錯和高度細化晶粒等辦法進行強化。該鋼的供貨狀況為正火＋回火，顯微組織是回火馬氏體。 1983年ASTM批準將改進型9Cr-1Mo鋼納標于A213標準內，成為工業用鋼管材料。1984年ASME又將該鋼載入SA-213標準內，改進型9Cr-1Mo鋼作為熱交換小口徑無縫管列標在SA-213中，鋼號為T91。 SA213-T91在世界范圍內的新建電廠和在役電廠的改造計劃中獲得了廣泛應用,很多新建電廠大都選用SA213-T91合金鋼管制造電站鍋爐的過熱器、再熱器。 允許使用溫度：主要應用于制造金屬壁溫不超過625℃的亞臨界、超臨界的電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器等受壓件，也可用作為壓力容器和核電高溫受壓件用鋼。 ASME/ASTM SA-213T91無縫鋼管
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