Післязварювальна термообробка для сталей Cr-Mo: післязварювальна термообробка конструкцій класу A387 і P91

Чому зварні шви Cr-Mo її потребують

Зварювання хромомолібденових сталей залишає після себе три проблеми: тверду, чутливу до тріщин зону термічного впливу (HAZ), високі залишкові напруження, замкнені термічним циклом зварного шва, і — для жароміцних марок — мікроструктуру, яка ще не є тією, яку припускає конструкція. Післязварювальна термообробка (PWHT) вирішує всі три одночасно:

• Вона відпускає тверду зону термічного впливу та метал шва, відновлюючи пластичність і в’язкість.
• Вона знімає залишкові напруження шляхом релаксації повзучості за температури, покращуючи стабільність розмірів і стійкість до корозійного розтріскування під напруженням і втомного розтріскування.
• У жароміцних марках вона завершує передбачену структуру відпущеного мартенситу.

Будівельні норми (ASME, Розділ VIII, і норми для трубопроводів, з правилами для матеріалів у Розділі II) роблять PWHT обов’язковою для більшості робіт під тиском зі сталей Cr-Mo понад визначені пороги товщини, — це вимога норм, а не вподобання цеху.

Діапазони температур і логіка витримки

PWHT — це докритична обробка: температура має ефективно відпускати та знімати напруження, залишаючись при цьому безпечно нижче нижньої критичної температури (Ac1), щоб нічого повторно не аустенітизувалося. Широко використовувані діапазони приблизно такі:

Родина марок	Типова область PWHT (орієнтовно)
1.25Cr-0.5Mo (клас A387 Gr.11)	приблизно 620–680 °C
2.25Cr-1Mo (клас A387 Gr.22)	приблизно 680–730 °C
9Cr-1Mo-V (P91 / A387 Gr.91)	приблизно 730–770 °C, жорстко контрольовано

Час витримки масштабується з товщиною — таблиці норм виражають його як мінімальний час на одиницю товщини, з абсолютними мінімумами для тонкого матеріалу. Логіка — вирівнювання плюс релаксація: найтовщий переріз має досягти температури по всій товщині та перебувати достатньо довго, щоб напруження поповзли геть. Швидкості нагрівання та охолодження вище певних температур також обмежені нормами для контролю теплових градієнтів у важких посудинах, а термопари на деталі — а не шкала печі — є записом, який має значення.

Марка 91: суворий випадок

Жароміцність P91 походить від ретельно відпущеного мартенситу з дрібними виділеннями, а її вікно PWHT відповідно вузьке. Занадто низько або занадто коротко, і зона термічного впливу залишається твердою та недостатньо відпущеною; занадто високо, і обробка надмірно відпускає (або, у найгіршому випадку, локально повторно аустенітизує, утворюючи свіжий невідпущений мартенсит під час охолодження), а жароміцність назавжди пошкоджується. Для марки 91 точність вимірювання температури, контроль витримки та PWHT перед будь-яким гідровипробуванням або експлуатаційним впливом трактуються як критичні кроки якості, а обстеження твердості після PWHT є стандартною перевіркою.

Локальна PWHT і практичні застереження

Великі посудини часто локально термообробляють навколо зварного шва, а не обробляють цілком у печі. Ширина нагрітої смуги, ізоляція та контроль градієнта тоді стають змінними якості — погано контрольована локальна PWHT може вигнути оболонку або залишити картину напружень гіршою, ніж компетентний цикл у печі. Переривання циклу в середині витримки та ремонти після PWHT (які загалом вимагають її повторення) обробляються за письмовими процедурами не без причини: на обладнанні Cr-Mo історія термообробки є частиною задокументованої цілісності межі тиску.