Charakterizace minoritních fází v homogenním svarovém spoji z oceli X6crNiNbN25-20 po creepové expozici při teplotě 700 °C

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F26722445%3A_____%2F21%3AN0000031" target="_blank" >RIV/26722445:_____/21:N0000031 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/26722445:_____/22:N0000101

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Charakterizace minoritních fází v homogenním svarovém spoji z oceli X6crNiNbN25-20 po creepové expozici při teplotě 700 °C

Popis výsledku v původním jazyce

Nové bloky elektráren spalující fosilní paliva jsou navržené pro dopravu páry nad teplotou 700 °C, díky čemuž vyžadují systémy přehříváků nebo přihříváků využití nejnovější generace austenitických nerezavějících ocelí odolných proti tečení. Svarové spoje jsou kritickými částmi bloků fosilních elektráren proto je velká pozornost věnována využití nových značek ocelí s vyššími materiálovými vlastnostmi k dosažení dostatečné pevnosti v oblasti ztavení svaru. V rodině austenitických ocelí je nepochybně jednou z nejlepších značek pro tuto aplikaci ocel HR3C (X6CrNiNbN25-20). Detailní znalost stability a složení mikrostruktury během tepelné expozice svarových spojů vyrobených z oceli HR3C je nezbytná pro jejich použití v elektrárnách spalujících fosilní paliva s USC a novými Advanced ultra-super kritickými (A-USC) parametry páry. Cílem příspěvku je identifikovat kritické minoritní fáze v oceli HR3C, které umožňují urychlení poškození tečením na laboratorních vzorcích, s cílem simulovat reálný provoz s délkou alespoň třetiny běžné životnosti výstupných přehříváků na VT stupni. Minoritní fáze, která je v této oceli považována za nebezpečnou je σ-fáze a hrubé karbidy typu M23C6. V této práci je provedena základní identifikace σ-fáze a je podrobněji studována ve vztahu k vývoji creepového poškození při teplotě 700 °C. Experimentální materiál homogenních svarových spojů z oceli HR3C je studován ve dvou stavech: ve stavu po svaření (AW) a po tepelném zpracování po svařování (PWHT). Svarové spoje byly vyrobeny orbitálním svařováním metodou Gas Tungsten Arrc Weing (GTAW), tepelný příkon Q=1600 J/mm, interpass 150 °C, tři housenky. Jako přídavný materiál byla použita slitina na bázi niklu UTP A6170 Co (ekvivalent k Thermanitu 617). PWHT probíhalo při teplotě 1230 °C po dobu 900 s. Creepové zkoušky byly provedeny na cross-weld svarových spojích (CW) z trubek ø 38 mm a délce 6,3 mm při teplotě 700 °C s časy do lomu blízkým 22 000 h. Leštěný povrch podélných řezů byl podroben barevnému leptání v Murakami (30 g K3(Fe(CN)6), 30 g KOH, 60 ml H2O) za účelem zvýraznění σ-fáze. Ke studiu bylo použito několik mikroskopických technik. Výsledky byly doplněny o creepová data, velikost zrna a mikrotvrdost HV 0,5. Vzorky PWHT vykazovaly průměrnou velikost σ-fáze přibližně 5 µm, stejně jako vzorky AW ve výchozím stavu s krátkou dobou do lomu. Nicméně u vzorků s dobou do lomu 20 000 h, již průměrná velikost σ-fáze dosahuje nebezpečné hranice 10 µm. Vzorky AW na rozdíl od vzorků PWHT nevykazovaly znatelný růst austenitických zrn v tepelně ovlivněné zóně (TOZ). Ve vzorcích po PWHT byla průměrná velikost zrna v TOZ více než dvojnásobná oproti základnímu materiálu (ZM). Stojí za zmínku, že hodnoty creepové tažnosti vzorků ve stavu po PWHT jsou velmi nízké, což je důsledkem hrubozrnné struktury v HAZ a zrychlené precipitace částic σ-fáze podél hranic zrn během tečení při teplotě 700 °C.

Název v anglickém jazyce

Characterization of minor phases in a homogeneous welded joint made of X6crNiNbN25-20 steel after creep exposure at 700 ° C

Popis výsledku anglicky

The new fossil fuel power plant units are designed to transport steam above 700 ° C, which means that superheater or reheater systems require the use of the latest generation of creep-resistant austenitic stainless steels. Welded joints are critical parts of fossil power plant units, so great attention is paid to the use of new steel grades with higher material properties to achieve sufficient strength in the area of ​​weld fusion. In the austenitic steel family, HR3C (X6CrNiNbN25-20) steel is undoubtedly one of the best brands for this application. Detailed knowledge of the stability and composition of the microstructure during thermal exposure of welded joints made of HR3C steel is essential for their use in fossil fuel power plants with USC and the new Advanced ultra-super critical (A-USC) steam parameters. The aim of the paper is to identify critical minor phases in HR3C steel, which allow acceleration of creep damage on laboratory samples, in order to simulate real operation with at least one third of the normal life of output superheaters at the VT stage. The minor phase that is considered hazardous in this steel is the σ-phase and M23C6 coarse carbides. In this work, the basic identification of the σ-phase is performed and it is studied in more detail in relation to the development of creep damage at a temperature of 700 ° C. The experimental material of homogeneous welded joints made of HR3C steel is studied in two states: in the state after welding (AW) and after heat treatment after welding (PWHT). Welded joints were made by orbital welding using the Gas Tungsten Arrc Weing (GTAW) method, heat input Q = 1600 J / mm, interpass 150 ° C, three caterpillars. The nickel-based alloy UTP A6170 Co (equivalent to Thermanite 617) was used as an additive material. PWHT was run at 1230 ° C for 900 s. Creep tests were performed on cross-weld welded joints (CW) of tubes ø 38 mm and length 6.3 mm at 700 ° C with fracture times close to 22,000 h. The polished surface of the longitudinal sections was subjected to color etching in Murakami (30 g K3 (Fe (CN) 6), 30 g KOH, 60 ml H2O) to highlight the σ-phase. Several microscopic techniques were used for the study. The results were supplemented by creep data, grain size and microhardness HV 0.5. The PWHT samples had an average σ-phase size of approximately 5 µm, as did the baseline AW samples with a short time to fracture. However, for samples with a fracture time of 20,000 h, the average size of the σ-phase already reaches the dangerous limit of 10 µm. AW samples, in contrast to PWHT samples, did not show appreciable growth of austenitic grains in the heat affected zone (TOZ). In the samples after PWHT, the average grain size in TOZ was more than double the base material (ZM). It is worth noting that the creep ductility values ​​of the samples after PWHT are very low, due to the coarse-grained structure in HAZ and the accelerated precipitation of σ-phase particles along the grain boundaries during creep at 700 ° C.

Druh

J_ost - Ostatní články v recenzovaných periodicích

CEP obor

—

OECD FORD obor

20501 - Materials engineering

Projekt

<a href="/cs/project/TK03020055" target="_blank" >TK03020055: Výzkum creepového chování a ověřování křehko-lomových vlastností austenitických ocelí pro bloky tepelných elektráren s USC parametry páry.</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Název periodika

Energetika

ISSN

0375-8842

e-ISSN

—

Svazek periodika

72

Číslo periodika v rámci svazku

1

Stát vydavatele periodika

CZ - Česká republika

Počet stran výsledku

5

Strana od-do

54–58

Kód UT WoS článku

—

EID výsledku v databázi Scopus

—