Đánh giá độ bền nhiệt và quan sát cấu trúc vi mô của mối hàn của một loại thép T91 sản xuất tại Trung Quốc

Journal of Materials Engineering and Performance - Tập 21 - Trang 1313-1319 - 2011
Yi Gong1, Zhen-Guo Yang1, Fa-Yun Yang2
1Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai, People’s Republic of China
2Power Station, Baosteel Group Co. Ltd., Shanghai, People’s Republic of China

Tóm tắt

Thép T91 (9Cr1MoVNb), loại thép martensitic chống nhiệt, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như phát điện, dầu khí, hạt nhân, v.v. và đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện về tính chất của nó cho đến nay. Tuy nhiên, trên thực tế, tại Trung Quốc, sản xuất thép T91 trong nước chỉ bắt đầu từ cuối thế kỷ trước. Do đó, việc đánh giá kỹ lưỡng các loại thép T91 sản xuất trong nước luôn cần thiết, đặc biệt là đối với các mối hàn của nó. Trong bài báo này, mối quan hệ giữa các tính chất cơ học và cấu trúc vi mô của các mối hàn của một loại thép T91 sản xuất tại Trung Quốc đã được thảo luận thực nghiệm. Hơn nữa, các thử nghiệm lão hóa và thử nghiệm đứt do chảy được sử dụng để phân tích độ bền nhiệt và dự đoán tuổi thọ phục vụ của các mối hàn. Kết quả cho thấy rằng các mối hàn của thép T91 sản xuất tại Trung Quốc có thể thể hiện đủ độ bền dưới các điều kiện vận hành của hầu hết các lò phản ứng hạt nhân hiện nay.

Từ khóa

#thép T91 #mối hàn #tính chất cơ học #cấu trúc vi mô #bền nhiệt #thử nghiệm lão hóa #tuổi thọ phục vụ

Tài liệu tham khảo

R.L. Klueh and A.T. Nelson, Ferritic/Martensitic Steels for Next-Generation Reactors, J. Nucl. Mater., 2007, 371, p 37–52 J. Van den Bosch and A. Almazouzi, Compatibility of Martensitic/Austenitic Steel Welds with Liquid Lead Bismuth Eutectic Environment, J. Nucl. Mater., 2009, 385, p 504–509 F. Masuyama, History of Power Plants and Progress in Heat Resistant Steels, ISIJ Int., 2001, 41, p 612–625 R. Viswanathan and W. Bakker, Materials for Ultrasupercritical Coal Power Plants–Boiler Materials: Part 1, J. Mater. Eng. Perform., 2001, 10, p 81–95 J. Hansen, M. Sato, R. Ruedy, K. Lo, D.W. Lea, and M. Medina-Elizade, Global Temperature Change, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103, p 14288–14293 Y. Gong and Z.G. Yang, Corrosion Evaluation of One Dry Desulfurization Equipment—Circulating Fluidized Bed Boiler, Mater. Des., 2011, 32, p 671–681 J. Cao, Y. Gong, K. Zhu, Z.G. Yang et al., Microstructure and Mechanical Properties of Dissimilar Materials Joints Between T92 Martensitic and S304H Austenitic Steels, Mater. Des., 2011, 32, p 2763–2770 K.H. Lo, C.H. Shek, and J.K.L. Lai, Recent Developments in Stainless Steels, Mater. Sci. Eng. R, 2009, 65, p 39–104 J. Cao, Y. Gong, Z.G. Yang et al., Creep Fracture Behavior of Dissimilar Weld Joint Between T92 Martensitic and HR3C Austenitic Steels, Int. J. Pres. Ves. Pip., 2011, 88, p 94–98 J.C. An, H.Y. Jing, G.C. Xiao, L. Zhao, and L.Y. Xu, Analysis of the Creep Behavior of P92 Steel Welded Joint, J. Mater. Eng. Perform., 2010, doi:10.1007/s11665-010-9779-x Y. Gong, J. Cao, L.N. Ji, Z.G. Yang et al., Assessment of Creep Rupture Properties for Dissimilar Steels Welded Joints Between T92 and HR3C, Fatigue Fract. Eng. M, 2011, 34, p 83–96 A. Roy, P. Kumar, and D. Maitra, The Effect of Silicon Content on Impact Toughness of T91 Grade Steels, J. Mater. Eng. Perform., 2009, 18, p 205–210 C. Keller, M.M. Margulies, Z. Hadjem-Hamouche, and I. Guillot, Influence of the Temperature on the Tensile Behaviour of a Modified 9Cr–1Mo T91 Martensitic Steel, Mater. Sci. Eng. A, 2010, 527, p 6758–6764 D. Laverde, T. Gómez-Acebo, and F. Castro, Continuous and Cyclic Oxidation of T91 Ferritic Steel Under Steam, Corros. Sci., 2004, 46, p 613–631 L. Nieto Hierro, V. Rohr, P.J. Ennis, M. Schütze, and W.J. Quadakkers, Steam Oxidation and Its Potential Effects on Creep Strength of Power Station Materials, Mater. Corros., 2005, 56, p 890–896 R. Viswanathan, J. Sarven, and J.M. Tanzosh, Boiler Materials for Ultra-Supercritical Coal Power Plants—Steamside Oxidation, J. Mater. Eng. Perform., 2006, 15, p 255–274 J. Čadek, V. Šustek, and M. Pahutová, An Analysis of a Set of Creep Data for a 9Cr-1Mo-0.2V (P91 type) Steel, Mater. Sci. Eng. A, 1997, 225, p 22–28 V. Sklenička, K. Kuchařová, M. Svoboda, L. Kloc, J. Buršík, and A. Kroupa, Long-Term Creep Behavior of 9–12%Cr Power Plant Steels, Mater. Charact., 2003, 51, p 35–48 B. Fournier, M. Salvi, F. Dalle, Y. De Carlan, C. Caës et al., Lifetime Prediction of 9–12%Cr Martensitic Steels Subjected to Creep-Fatigue at High Temperature, Int. J. Fatigue, 2010, 32, p 971–978 A. Kumar, K. Laha, T. Jayakumar, K. Bhanu Sankara Rao, and B. Raj, Comprehensive Microstructural Characterization in Modified 9Cr-1Mo Ferritic Steel by Ultrasonic Measurements, Metall. Mater. Trans. A, 2002, 33A, p 1617–1626 V. Homolová, J. Janovec, P. Záhumenský, and A. Výrostková, Influence of Thermal-Deformation History on Evolution of Secondary Phases in P91 Steel, Mater. Sci. Eng. A, 2003, 349, p 306–312 D.R.G. Mitchell and S. Sulaiman, Advanced TEM Specimen Preparation Methods for Replication of P91 Steel, Mater. Charact., 2006, 56, p 49–58 A.K. Roy, D. Maitra, and P. Kumar, The Role of Silicon Content on Environmental Degradations of T91 Steels, J. Mater. Eng. Perform., 2008, 17, p 612–619 Z. Jiao, N. Ham, and G.S. Was, Microstructure of Helium-Implanted and Proton-Irradiated T91 Ferritic/Martensitic Steel, J. Nucl. Mater., 2007, 367–370, p 440–445 D.C. Foley, K.T. Hartwig, S.A. Maloy, P. Hosemann, and X. Zhang, Grain Refinement of T91 Alloy by Equal Channel Angular Pressing, J. Nucl. Mater., 2009, 389, p 221–224 C.R. Das, S.K. Albert, A.K. Bhaduri, G. Srinivasan, and B.S. Murty, Effect of Prior Microstructure on Microstructure and Mechanical Properties of Modified 9Cr-1Mo Steel Weld Joints, Mater. Sci. Eng. A, 2008, 477, p 185–192 M. Sireesha, K. Shaju Albert, and S. Sundaresan, Microstructure and Mechanical Properties of Weld Fusion Zones in Modified 9Cr-1Mo Steel, J. Mater. Eng. Perform., 2001, 10, p 320–330 A. Thomas, B. Pathiraj, and P. Veron, Feature Tests on Welded Components at Higher Temperatures—Material Performance and Residual Stress Evaluation, Eng. Fract. Mech., 2007, 74, p 969–979 S. Spigarelli and E. Quadrini, Analysis of the Creep Behaviour of Modified P91 (9Cr-1Mo-NbV) Welds, Mater. Des., 2002, 23, p 547–552 Y.K. Li, H. Hongo, M. Tabuchi, Y. Takahashi, and Y. Monma, Evaluation of Creep Damage in Heat Affected Zone of Thick Welded Joint for Mod.9Cr-1Mo Steel, Int. J. Pres. Ves. Pip., 2009, 86, p 585–592 T. Watanabe, M. Tabuchi, M. Yamazaki, H. Hongo, and T. Tanabe, Creep Damage Evaluation of 9Cr-1Mo-V-Nb Steel Welded Joints Showing Type IV Fracture, Int. J. Pres. Ves. Pip., 2006, 83, p 63–71 F. Vivier, A.F. Gourgues-Lorenzon, and J. Besson, Creep Rupture of a 9Cr1MoNbV Steel at 500°C: Base Metal and Welded Joint, Nucl. Eng. Des., 2010, 240, p 2704–2709 ASME SA-213M-2001, Seamless Stainless Steel Tubes for Boiler and Heat Exchanger, ASME, Washington, DC, 2001 ISO 4967-1998, Steel—Determination of Content of Nonmetallic Inclusions—Micrographic Method Using Standard Diagrams. ISO, Genève, Switzerland, 1998 ASME SFA-5.28M-2007, Low-Alloy Steel Electrodes and Rods for Gas Shielded Arc Welding, ASME, Washington, DC, 2007 ASTM E8-04, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM, West Conshohocken, 2004 ASTM E290-97a(2004), Standard Test Methods for Bend Testing of Material for Ductility, ASTM, West Conshohocken, 2004 ISO 783-1999, Metallic Materials—Tensile Testing at Elevated Temperature, ISO, Genève, Switzerland, 1999 ASTM E139-06, Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials, ASTM, West Conshohocken, 2006 GB 5310-2008, Seamless Steel Tubes and Pipes for High Pressure Boiler, SAC, Beijing, 2008 Welding Consumables for P91 Steels for the Power Generation Industry, Metrode Products Ltd G.G. Shu, J.N. Liu, C.Z. Shi, Z.P. Wang, and Y.F. Zhao, Microstructural Properties and Engineering Applications of T/P91 Steel used in Supercritical Boilers, Shaanxi Science & Technology Press, Xi’an, Shaanxi Province, 2006 W. Ostwald, Lehrbuch der Allgemeinen Chemie, vol. 2, part 1, Leipzig, Germany, 1896 Z.F. Hu and Z.G. Yang, An Investigation of the Embrittlement in X20CrMoV12.1 Power Plant Steel after Long-Term Service Exposure at Elevated Temperature, Mater. Sci. Eng. A, 2004, 383, p 224–228 Z.F. Hu and Z.G. Yang, Identification of the Precipitates by TEM and EDS in X20CrMoV12.1 after Long-Term Service at Elevated Temperature, J. Mater. Eng. Perform., 2003, 12, p 106–111 F.R. Larson and J. Miller, A Time-Temperature Relationship for Rupture and Creep Stresses, Trans. ASME, 1952, 74, p 765–775 D. Jandová, J. Kasl, and V. Kanta, Creep Resistance of Similar and Dissimilar Weld Joints of P91 Steel, Mater. High. Temp., 2006, 23, p 165–170 M.M. Abu-Khader, Recent Advances in Nuclear Power: A Review, Prog. Nucl. Energ., 2009, 51, p 225–235 D.T. Ingersoll, Deliberately Small Reactors and the Second Nuclear Era, Prog. Nucl. Energ., 2009, 51, p 589–603 M. Lenzen, Life Cycle Energy and Greenhouse Gas Emissions of Nuclear Energy: A Review, Energ. Convers. Manage., 2008, 49, p 2178–2199 M. Piera, A. Lafuente, A. Abánades, and J.M. Martinez-Val, Hybrid Reactors: Nuclear Breeding or Energy Production?, Energ. Convers. Manage., 2010, 51, p 1758–1763