PWHT Cr-Mo-teräksille: hitsauksen jälkilämpökäsittely A387- ja P91-luokan valmistuksille

Miksi Cr-Mo-hitsit tarvitsevat sitä

Kromi-molybdeeniterästen hitsaus jättää jälkeensä kolme ongelmaa: kovan, halkeilulle herkän lämpövaikutusvyöhykkeen (HAZ), korkeat jäännösjännitykset, jotka hitsin lämpösykli lukitsee, ja — virumiskestäville lajeille — mikrorakenteen, joka ei vielä ole se, jonka suunnitelma olettaa. Hitsauksen jälkilämpökäsittely (PWHT) käsittelee kaikkia kolmea yhtä aikaa:

• Se päästää kovan HAZ:n ja hitsimetallin, palauttaen muovattavuuden ja sitkeyden.
• Se poistaa jäännösjännitykset virumisrelaksaatiolla lämpötilassa, parantaen mittastabiiliutta ja jännityskorroosion ja väsymishalkeilun kestoa.
• Virumislajeissa se saattaa tarkoitetun päästetyn martensiittirakenteen loppuun.

Rakennuskoodit (ASME Section VIII ja putkistokoodit, materiaalisäännöt Section II:ssa) tekevät PWHT:stä pakollisen useimmille Cr-Mo-painetöille määriteltyjen paksuuskynnysten yläpuolella — se on koodivaatimus, ei työpajan mieltymys.

Lämpötila-alueet ja pitologiikka

PWHT on subkriittinen käsittely: lämpötilan täytyy päästää ja poistaa jännityksiä tehokkaasti pysyen turvallisesti alemman kriittisen lämpötilan (Ac1) alapuolella, ettei mikään uudelleenaustenitoidu. Laajalti käytetyt alueet ovat suunnilleen:

Lajiperhe	Tyypillinen PWHT-alue (suuntaa antava)
1.25Cr-0.5Mo (A387 Gr.11 luokka)	noin 620–680 °C
2.25Cr-1Mo (A387 Gr.22 luokka)	noin 680–730 °C
9Cr-1Mo-V (P91 / A387 Gr.91)	noin 730–770 °C, tiukasti valvottu

Pitoaika skaalautuu paksuuden mukaan — kooditaulukot ilmaisevat sen vähimmäisaikana paksuusyksikköä kohti, absoluuttisilla minimeillä ohuelle materiaalille. Logiikka on tasoittuminen plus relaksaatio: paksuimman poikkileikkauksen täytyy saavuttaa lämpötila läpi ja istua riittävän kauan jännitysten virumiseksi pois. Myös lämmitys- ja jäähdytysnopeudet tiettyjen lämpötilojen yläpuolella rajoittuvat koodilla lämpögradienttien valvomiseksi raskaissa astioissa, ja osassa olevat termoparit — eivät uunin valitsimet — ovat merkityksellinen tallenne.

Laji 91: tiukka tapaus

P91:n virumislujuus tulee huolellisesti päästetystä martensiitista hienoilla erottumilla, ja sen PWHT-ikkuna on vastaavasti kapea. Liian matala tai liian lyhyt, ja HAZ pysyy kovana ja alipäästettynä; liian korkea, ja käsittely ylipäästää (tai pahimmillaan paikallisesti uudelleenaustenitointi, muodostaen tuoretta päästämätöntä martensiittia jäähdytyksellä) ja virumislujuus vaurioituu pysyvästi. Lajille 91 lämpötilan mittaustarkkuus, pidon valvonta ja PWHT ennen mitään painetestiä tai käyttöaltistusta käsitellään kriittisinä laatuvaiheina, ja kovuuskartoitukset PWHT:n jälkeen ovat vakiotarkastusta.

Paikallinen PWHT ja käytännön varoitukset

Suuret astiat lämpökäsitellään usein paikallisesti hitsaussauman ympäriltä koko uunikäsittelyn sijaan. Lämmitetyn kaistan leveys, eristys ja gradientin valvonta muuttuvat silloin laatumuuttujiksi — huonosti valvottu paikallinen PWHT voi taivuttaa kuorta tai jättää jännityskuvion huonommaksi kuin pätevä uunisykli. Syklin keskeytys pidon keskellä ja korjaukset PWHT:n jälkeen (joka yleensä vaatii sen toistamisen) käsitellään kirjallisilla menettelyillä syystä: Cr-Mo-laitteissa lämpökäsittelyhistoria on osa painerajan dokumentoitua eheyttä.