การเชื่อมเหล็ก P91: เหตุใดวินัยในขั้นตอนจึงเป็นงานทั้งหมด

P91 คืออะไร — และอะไรที่ผิดพลาดได้

P91 (EN 1.4903, ASTM A335 P91 / A213 T91) เป็นเหล็กกล้าเฟอร์ริติกความแข็งแรงต่อการคืบสูงที่ดัดแปลงด้วยโครเมียม 9% ใช้สำหรับท่อไอน้ำหลักและเฮดเดอร์ โดยทั่วไปใช้งานได้ถึงราว 600 °C ความแข็งแรงของมันมาจากโครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบคืนตัว ซึ่งถูกทำให้เสถียรด้วยคาร์โบไนไตรด์ของวาเนเดียมและไนโอเบียม — โครงสร้างที่สร้างขึ้นจากวงจรความร้อนที่แม่นยำ และถูกทำลายด้วยวงจรที่เลอะเทอะ

ความล้มเหลวที่เป็นเอกลักษณ์คือ การแตกร้าวแบบ Type IV: การแตกหักจากการคืบในส่วนเกรนละเอียดที่ถูกความร้อนระหว่างวิกฤตของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) หลายปีหลังการใช้งาน ในรอยเชื่อมที่ผ่านการตรวจสอบทั่วไปทุกอย่างในวันที่มันถูกสร้างขึ้น ความล้มเหลวของ P91 ก่อนกำหนดเกือบทุกครั้งในอุตสาหกรรมสืบย้อนไปถึงทางลัดในการผลิต — PWHT ที่ข้ามไปหรือผิดพลาด ปริมาณความร้อนเข้ามากเกินไป หรือสูญเสียการควบคุมอุณหภูมิ นี่คือเหตุผลที่งาน P91 ปฏิบัติตามขั้นตอนที่เป็นลายลักษณ์อักษรและผ่านการรับรอง (โดยทั่วไปตาม ASME IX พร้อมภาคผนวกเฉพาะโครงการ) พร้อมอุณหภูมิที่บันทึกไว้

วงจรความร้อน

1. การอุ่นก่อนเชื่อม ถึงราว 200–250 °C ก่อนการจุดอาร์กใด ๆ รวมถึงรอยเชื่อมยึดชั่วคราว และรักษามันไว้
2. อุณหภูมิระหว่างแนวเชื่อม คงไว้ภายในแถบที่ผ่านการรับรอง — โดยทั่วไปจำกัดเพดานราว 300–350 °C หยุดและปล่อยให้รอยต่อเย็นกลับเข้าสู่ช่วง แทนที่จะดำเนินการต่อ
3. ปริมาณความร้อนเข้า คงไว้ต่ำถึงปานกลาง (มัก ~1.0–2.5 kJ/mm ขึ้นอยู่กับกระบวนการและความหนา) ด้วยเทคนิคแนวเชื่อมเส้นตรงแคบ — การส่ายกว้างจะทำให้ HAZ ระหว่างวิกฤตเติบโต
4. การเย็นตัวหลังการเชื่อม: รอยต่อต้องเย็นลง ต่ำกว่าราว 100 °C (มักถึงอุณหภูมิห้อง) ก่อน PWHT เพื่อให้การเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์เสร็จสมบูรณ์ การเร่งนำรอยต่อที่ยังอุ่นอยู่เข้าเตาจะทิ้งออสเทนไนต์ที่ไม่เปลี่ยนรูป ซึ่งภายหลังจะกลายเป็นมาร์เทนไซต์ที่ไม่ผ่านการอบคืนตัว
5. PWHT เป็นข้อบังคับ ไม่ใช่ทางเลือก: โดยทั่วไปราว 750–770 °C คงไว้ตามรหัสที่กำกับดูแล (ตาราง ASME B31.1 / EN 13480 เวลาคงไว้เพิ่มขึ้นตามความหนา) เทอร์โมคัปเปิลถูกติดไว้ที่รอยต่อ และรอบการอบถูกบันทึกด้วยเครื่องบันทึกกราฟ

ลวดเชื่อมและการควบคุมเคมี

ใช้ ลวดเชื่อม 9CrMoV ที่เข้ากัน (เช่น ระดับ E9015-B91 / ER90S-B9) ปริมาณนิกเกิลบวกแมงกานีสของเนื้อโลหะเชื่อมถูกควบคุม เพราะส่วนเกิน (Ni+Mn) จะลดอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส และอาจทำให้โลหะเชื่อมเปลี่ยนรูปไม่สมบูรณ์ที่อุณหภูมิ PWHT ปกติ — รอยต่อดูถูกต้องแต่ไม่ได้เป็นเช่นนั้น วัสดุสิ้นเปลืองถูกจัดซื้อ จัดเก็บ และจ่ายออกภายใต้ระเบียบวินัยเดียวกันกับขั้นตอน

การตรวจสอบ

• การทดสอบความแข็ง ของโลหะเชื่อมและ HAZ หลัง PWHT เป็นแนวปฏิบัติการยอมรับมาตรฐาน: ค่าคาดว่าจะอยู่ในแถบราว 200–270 HB/HV ตามข้อกำหนดของโครงการ ความแข็งสูงกว่าแถบมากหมายความว่ารอยต่ออบคืนตัวน้อยเกินไป (ตรวจสอบ PWHT) ต่ำกว่ามากหมายความว่าอบคืนตัวมากเกินไปหรือลวดเชื่อมผิด
• การระบุผิดเป็นอันตรายจริง: P91, P9, P22 และเหล็กกล้าคาร์บอนดูเหมือนกันทุกประการ การระบุวัสดุเชิงบวก (PMI) ของโลหะฐานและลวดเชื่อมก่อนการเชื่อมเป็นกิจวัตรในงานโรงไฟฟ้า

เหตุใดทางลัดจึงล้มเหลว

แต่ละขั้นตอนข้างต้นปกป้องสิ่งเดียวกัน — โครงสร้างตะกอนที่ให้อายุการคืบแก่ P91 ข้ามการเย็นลงต่ำกว่า 100 °C และ PWHT จะอบคืนตัวโครงสร้างที่ไม่เคยเกิดอย่างสมบูรณ์ ใช้อุณหภูมิ PWHT เกินและตะกอนจะหยาบขึ้น ปล่อยให้อุณหภูมิระหว่างแนวเชื่อมร้อนเกินไปและบริเวณระหว่างวิกฤตจะกว้างขึ้น สิ่งเหล่านี้ไม่ปรากฏในการถ่ายภาพรังสี พวกมันปรากฏหลายปีต่อมาในรูปของรอยแตก Type IV — ซึ่งเป็นเหตุผลว่า บน P91 เอกสารและกราฟเทอร์โมคัปเปิลไม่ใช่ระบบราชการ แต่เป็นบันทึกคุณภาพที่แท้จริง