Creepové vlastnosti a struktura heterogenních svarových spojů pro energetiku

Abstract

Heterogenní svary jsou běžně používány v energetice pro aplikace v potrubních systémech kotlů tak, aby kompenzovaly rozdíly v teplotách, tlaku a korozním prostředí v různých lokalitách. Velká pozornost je věnována heterogenním svarům mezi modifikovanými 9-12%Cr ocelemi a ocelemi nízkolegovanými. Slabou stránkou heterogenních svarových spojů je všeobecně redistribuce intersticiálních prvků mající za následek mikrostrukturní změny v oblasti pásma ztavení mezi nízkolegovaným a vysokolegovaným materiálem, vedoucí k lokální degradaci pevnosti a tím i creepové odolnosti. Degradace mikrostruktury a vlastností přechodových svarových spojů je obecně významně závislá na použité kombinaci svařovaných materiálů, včetně volby svarového kovu a na parametrech expozice. Proto jsou z hlediska možnosti využití heterogenních svarů v energetických zařízeních nezbytné detailní poznatky o žárupevných vlastnostech těchto spojů. Předmětem studia byly dva typy svarových spojů P23/P91 s přídavným materiálem s chemickým složením podobným jednomu ze základních materiálů 9Cr1Mo (Thyssen Chromo 9V) a 2,25CrWV (Thyssen Chromo 3V). Experimentální výsledky detailního studia vývoje mikrostruktury během creepové expozice byly porovnány s termodynamickými a kinetickými výpočty pomocí softwarových programů TermoCalc a Dictra.

Dissimilar welds are commonly used in the power plant industry for applications in boiler tubing to compensate differences of temperature, pressure and corrosion conditions between various locations. Great attention is being paid today to heterogeneous welds between modified 9-12% Cr steels and low alloy steels. An important degradation mechanism of dissimilar welds is related to the migration of interstitial elements, especially carbon, from low alloy side to high alloy side of the weld. This redistribution of interstitial elements significantly affects microstructural evolution in the vicinity of the fusion zone between low and high alloy materials during long-term creep exposure. Degradation of the microstructure and properties of dissimilar welds in general significantly depends on the combination of welded base materials, including the selection of the weld metal and parameters of exposure. Therefore, it is necessary to have detailed knowledge of the heat resistant properties of these types of heterogeneous welded joints in terms of their prospective applications in power generation. The Ph.D. thesis is focused on the study of dissimilar weld joints made between a low alloy P23 steel and a P91 steel during creep exposure at temperatures from 500 to 600oC. Two types of filler metals 9Cr1Mo (Thyssen Chromo 9V) and 2,25CrWV (Thyssen Chromo 3V) with chemical compositions matching one or another base materials were applied. Experimental results of microstructural evaluation have been compared with thermodynamic and kinetics calculations using TermoCalc and Dictra software packages.