Charakterizace minoritních fází v homogenním svarovém spoji z oceli X6CrNiNbN25-20 pocreepové expozici při teplotě 700 oC

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27360%2F22%3A10251929" target="_blank" >RIV/61989100:27360/22:10251929 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://casopisenergetika.cz/vydani/#page-content" target="_blank" >https://casopisenergetika.cz/vydani/#page-content</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Charakterizace minoritních fází v homogenním svarovém spoji z oceli X6CrNiNbN25-20 pocreepové expozici při teplotě 700 oC

Popis výsledku v původním jazyce

Nové bloky elektráren spalující fosilní paliva jsou navržené pro dopravu páry nad teplotou 700 oC, díky čemuž vyžadují systémy přehříváků nebo přihříváků využití nejnovější generace austenitických nerezavějících ocelí odolných proti tečení. Svarové spoje jsou kritickými částmi v bloků fosilních elektráren a 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 oC. 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 oC, tři housenky. Jako přídavný materiál byla použita slitina na bázi niklu UTP A6170 Co (ekvivalent k Thermanitu 617). PWHT probíhalo při teplotě 1230 oC po dobu 900 s. Creepové zkoušky byly provedeny na cross-weld svarových spojích (CW) z trubek o 38 mm a délce 6,3 mm při teplotě 700 oC 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 oC.

Název v anglickém jazyce

Characterization of minor phase in a homogeneous welded joint of X6CrNiNbN25-20 steel after exposure at 700 oC

Popis výsledku anglicky

New fossil fuel fired power plant units are designed to transport steam above 700 oC, which requires superheater or reheater systems to use the latest generation of austenitic creep resistant stainless steels. Welded joints are critical parts in fossil power plant units and therefore great attention is paid to the use of new grades of steel with higher material properties to achieve sufficient strength in the weld fusion zone. In the austenitic steel family, HR3C (X6CrNiNbN25-20) is undoubtedly one of the best grades for this application. Detailed knowledge of the stability and composition of the microstructure during thermal exposure of welded joints made from HR3C steel is essential for their use in fossil fuel burning power plants with USC and the new Advanced Ultra-Super Critical (A-USC) steam parameters. The objective of this paper is to identify critical minority phases in HR3C steel that allow acceleration of creep damage on laboratory samples, with the aim of simulating realistic operation with a lifetime of at least one third of the normal lifetime of the VT stage output superheaters. The minority phase that is considered hazardous in this steel is the σ-phase and coarse carbides of type M23C6. In this work, a basic identification of the σ-phase is made and is studied in more detail in relation to the development of creep damage at 700 o C. The experimental material of homogeneous welded joints of HR3C steel is studied in two states: the as-welded (AW) and the post-weld heat treatment (PWHT) state. The weld joints were made by orbital welding using Gas Tungsten Arrc Weing (GTAW) method, heat input Q=1600 J/mm, interpass 150 oC, three caterpillars. Nickel-based alloy UTP A6170 Co (equivalent to Thermanite 617) was used as an additional material. PWHT was carried out at 1230 oC for 900 s. Creep tests were performed on cross-welded (CW) joints of 38 mm and 6.3 mm tubes at 700 oC with times to fracture 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 with creep data, grain size and microhardness HV 0.5. The PWHT samples exhibited an average σ-phase size of approximately 5 µm, as did the AW samples in the initial state with a short time to fracture. However, for samples with a time to fracture of 20,000 h, the average σ-phase size already reaches the dangerous limit of 10 µm. The AW samples, in contrast to the PWHT samples, did not show noticeable growth of austenitic grains in the thermally influenced zone (TOZ). In the post-PWHT samples, the average grain size in the TOZ was more than twice that of the base material (ZM). It is worth noting that the creep ductility values of the post-PWHT samples are very low, which is due to the coarse-grained structure in the HAZ and the accelerated precipitation of σ-phase particles along the grain boundaries during creep at 700 oC.

Druh

J_ost - Ostatní články v recenzovaných periodicích

CEP obor

—

OECD FORD obor

20500 - 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

2022

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

—