Hàn Thép P91: Vì Sao Kỷ Luật Quy Trình Là Toàn Bộ Công Việc

P91 là gì — và điều gì xảy ra sai

P91 (EN 1.4903, ASTM A335 P91 / A213 T91) là thép ferit tăng cường độ bền rão chứa 9% crom cải tiến được sử dụng cho đường hơi chính và ống góp, thường hoạt động lên đến khoảng 600 °C. Độ bền của nó đến từ cấu trúc mactenxit đã ram được ổn định bởi cacbonitrit vanadi và niobi — một cấu trúc được tạo ra bởi một chu trình nhiệt chính xác và bị phá hủy bởi một chu trình cẩu thả.

Sự cố đặc trưng là nứt Loại IV: đứt rão trong phần hạt mịn, được gia nhiệt giữa các điểm tới hạn của vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), sau nhiều năm vận hành, trong một mối hàn đã vượt qua mọi kiểm tra thông thường vào ngày nó được thực hiện. Hầu như mọi sự cố sớm của P91 trong ngành đều bắt nguồn từ một lối tắt trong chế tạo — PWHT bị bỏ qua hoặc sai, nhiệt lượng đầu vào quá mức, hoặc mất kiểm soát nhiệt độ. Đây là lý do công việc P91 tuân theo các quy trình bằng văn bản, đã được chứng nhận (thường theo ASME IX với phụ lục riêng cho dự án) với nhiệt độ được ghi lại.

Chu trình nhiệt

1. Gia nhiệt trước đến khoảng 200–250 °C trước bất kỳ lần mồi hồ quang nào, bao gồm cả mối hàn đính, và duy trì nó.
2. Nhiệt độ giữa các đường hàn được giữ trong dải đã chứng nhận — thường giới hạn khoảng 300–350 °C. Dừng lại và để liên kết nguội trở lại trong phạm vi thay vì tiếp tục.
3. Nhiệt lượng đầu vào giữ thấp đến vừa phải (thường ~1.0–2.5 kJ/mm tùy thuộc vào quy trình và chiều dày) với kỹ thuật hạt thẳng — dao động rộng làm lớn vùng HAZ giữa các điểm tới hạn.
4. Nguội sau khi hàn: liên kết phải nguội xuống dưới khoảng 100 °C (thường xuống nhiệt độ phòng) trước PWHT, để chuyển biến mactenxit hoàn thành. Đưa một liên kết còn ấm vào lò để lại austenit chưa chuyển biến, sau này trở thành mactenxit chưa ram.
5. PWHT là bắt buộc, không phải tùy chọn: thường khoảng 750–770 °C, giữ theo quy phạm chi phối (bảng ASME B31.1 / EN 13480, thời gian giữ tăng theo chiều dày). Cặp nhiệt điện được gắn vào liên kết, và chu trình được ghi biểu đồ.

Kiểm soát vật liệu hàn và hóa học

Sử dụng vật liệu hàn 9CrMoV tương đương (ví dụ các loại E9015-B91 / ER90S-B9). Hàm lượng niken cộng mangan của kim loại đắp được kiểm soát vì dư thừa (Ni+Mn) làm hạ nhiệt độ chuyển biến và có thể khiến kim loại mối hàn chuyển biến không hoàn toàn ở nhiệt độ PWHT thông thường — liên kết trông đúng nhưng thực tế không đúng. Vật liệu tiêu hao được mua, bảo quản và cấp phát theo cùng kỷ luật như quy trình.

Kiểm tra xác nhận

• Kiểm tra độ cứng của kim loại mối hàn và HAZ sau PWHT là thực hành nghiệm thu tiêu chuẩn: các giá trị được kỳ vọng trong dải khoảng 200–270 HB/HV theo quy cách dự án. Độ cứng cao hơn nhiều so với dải có nghĩa là liên kết bị ram thiếu (kiểm tra PWHT); thấp hơn nhiều có nghĩa là ram quá mức hoặc vật liệu hàn sai.
• Nhận dạng sai là mối nguy thực sự: P91, P9, P22 và thép carbon trông giống hệt nhau. Nhận dạng vật liệu tích cực (PMI) của kim loại nền và vật liệu hàn trước khi hàn là công việc thường quy trong công việc nhà máy điện.

Vì sao lối tắt thất bại

Mỗi bước trên bảo vệ cùng một thứ — cấu trúc kết tủa mang lại tuổi thọ rão cho P91. Bỏ qua việc nguội xuống dưới 100 °C và PWHT ram một cấu trúc chưa bao giờ hình thành hoàn toàn; vượt quá nhiệt độ PWHT và các kết tủa thô hóa; để nhiệt độ giữa các đường hàn chạy nóng và vùng giữa các điểm tới hạn mở rộng. Không điều nào trong số này xuất hiện trên chụp phóng xạ. Chúng xuất hiện nhiều năm sau dưới dạng nứt Loại IV — đó là lý do, đối với P91, giấy tờ và biểu đồ cặp nhiệt điện không phải là quan liêu mà là hồ sơ chất lượng thực tế.