Вплив різних режимів термічної обробки на мікроструктуру та механічні властивості сталевих швів типу Р92

DOI https://doi.org/10.15407/pmach2022.02.038
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 25, № 2, 2022 (червень)
Сторінки 38–59

 

Автори

Vinay Kumar Pal, Факультет машинобудування, Університет сільського господарства, технологій і наук Сема Хіггінботтома (Аллахабад, 211007, Уттар-Прадеш, Індія), e-mail: gaurishankar.vinaypal@gmail.com, ORCID: 0000-0001-7830-570X

Lokendra Pal Singh, Факультет машинобудування, Університет сільського господарства, технологій і наук Сема Хіггінботтома (Аллахабад, 211007, Уттар-Прадеш, Індія), e-mail: ORCID: 0000-0002-6221-8174

 

Анотація

Сталі типу Cr-Mo добре відомі своїм високотемпературним застосуванням на теплових електростанціях. P91, P911 і P92 є найбільш часто використовуваними сталями типу Cr-Mo, розрахованими на високі температури. Сталі отримали свою міцність від загартованого мартенситу та осадів типу МХ та M23C6. Перед приведенням сталей у робочий стан були проведені їх нормалізація та загартовування. У цьому рукописі описано вплив різних режимів термічної обробки на мікроструктуру та механічні властивості сталі Р92. Досліджено вплив нормалізації на мікроструктуру та механічні властивості. Нормалізація була проведена в діапазоні 950-1150 oC. Також було вивчено вплив різного часу гартування на механічну поведінку сталі Р92 і докладено зусиль для встановлення зв’язку між мікроструктурою та механічними властивостями. Для дослідження мікроструктури використовувалися оптичний і скануючий електронний мікроскопи. Для охарактеризування механічної поведінки були проведені випробування на розтяг, твердість та ударну в’язкість за Шарпі.

 

Ключові слова: Р92, мікроструктура, механічні властивості, нормалізація, загартування.

 

Література

  1. Klueh R. L. Elevated temperature ferritic and martensitic steels and their application to future nuclear reactors. International Materials Reviews. 2005. Vol. 50. Iss. 5. P. 287–310. https://doi.org/10.1179/174328005X41140.
  2. Mannan S. L., Chetal S. C., Raj B., Bhoje S. B. Selection of materials for prototype fast breeder reactor. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2003. P. 1–35.
  3. Shrestha T., Alsagabi S. F., Charit I., Potirniche G. P., Glazoff M. V. Effect of heat treatment on microstructure and hardness of Grade 91 steel. Metals. 2015. Vol. 5. Iss. 1. P. 131–149. https://doi.org/10.3390/met5010131.
  4. Golañski G. Effect of the heat treatment on the structure and properties of GX12CrMoVNbN9-1 cast steel. Archives of Materials Science and Engineering. 2010. Vol. 46. Iss. 2. P. 88–97.
  5. Golañski G., Słania J. Effect of different heat treatments on microstructure and mechanical properties of the martensitic GX12CrMoVNbN9-1 cast steel. Archives of Metallurgy and Materials. 2013. Vol. 58. Iss. 1. P. 25–30. https://doi.org/10.2478/v10172-012-0145-x.
  6. Jones W. B., Hills C. R., Polonis D. H. Microstructural evolution of modified 9Cr-lMo steel. Metallurgical Transactions A. 1991. Vol. 22. P. 1049–1058. https://doi.org/10.1007/BF02661098.
  7. Yoshino M., Mishima Y., Toda Y., Kushima H., Sawada K., Kimura K. Influence of normalizing heat treatment on precipitation behavior in modified 9Cr-1Mo steel. Materials at High Temperatures. 2008. Vol. 25. Iss. 3. P. 149–158. https://doi.org/10.3184/096034008X356349.
  8. Yoshino M., Mishima Y., Toda Y., Kushima H., Sawada K., Kimura K. Phase equilibrium between austenite and MX carbonitride in a 9Cr-1Mo-V-Nb steel. ISIJ International. 2005. Vol. 45. Iss. 1. P. 107–115. https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.107.
  9. Hurtado-Noreña C., Danón C. A., Luppo M. I., Bruzzoni P. Evolution of minor phases in a P91 steel normalized and tempered at different temperatures. Procedia Materials Science. 2015. Vol. 8. P. 1089–1098. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.04.172.
  10. Chatterjee A., Chakrabarti D., Moitra A., Mitra R., Bhaduri A. K. Effect of normalization temperatures on ductile – brittle transition temperature of a modi fi ed 9Cr – 1Mo steel. Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 618. P. 219–231. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.09.021.
  11. Karthikeyan T., Dash M. K., Ravikirana, Mythili R., Selvi S. P., Moitra A., Saroja S. Effect of prior-austenite grain refinement on microstructure, mechanical properties and thermal embrittlement of 9Cr-1Mo-0.1C steel. Journal of Nuclear Materials. 2017. Vol. 494. P. 260–277. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.07.019.
  12. Karthikeyan T., Paul V. T., Saroja S., Moitra A., Sasikala G., Vijayalakshmi M. Grain refinement to improve impact toughness in 9Cr-1Mo steel through a double austenitization treatment. Journal of Nuclear Materials. 2011. Vol. 419. Iss. 1–3. P. 256–262. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.08.010.
  13. Homolova V., Janovec J., Zahumensky P., Vyrostkova A. Influence of thermal-deformation history on evolution of secondary phases in P91 steel. Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 349. P. 306–312. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00768-2.
  14. Kafexhiu F., Vodopivec F., Tuma J. V. Effect of tempering on the room-temperature mechanical properties of X20CrMoV121 and P91 steels. Materials and Technologies. 2012. Vol. 46. Iss. 5. P. 459–464.
  15. Senior B. A., Noble F. W., Eyres B. L. The effect of ageing on the ductility of 9Cr-l Mo steel. Acta Metallurgica. 1988. Vol. 36. Iss. 7. P. 1855–1862. https://doi.org/10.1016/0001-6160(88)90253-2.
  16. Sathyanarayanan S., Basu J., Moitra A., Sasikala G., Singh V. Effect of thermal aging on ductile-brittle transition temperature of modified 9Cr-1Mo steel evaluated with reference temperature approach under dynamic loading condition. Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44. P. 2141–2155. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1510-0.
  17. Golañski G., Kepa J. The effect of ageing temperatures on microstructure and mechanical properties of GX12CrMoVNbN9-1 (GP91) cast steel. Archives of Metallurgy and Materials. 2012. Vol. 57. Iss. 2. P. 575–582. https://doi.org/10.2478/v10172-012-0061-0.
  18. (2014). ASTM A370-14. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products. ASTM Int. West Conshohocken, PA. https://doi.org/10.1520/A0370-14.2.
  19. Choudhary B. K., Christopher J., Palaparti D. P. R., Samuel E. I., Mathew M. D. Influence of temperature and post weld heat treatment on tensile stress-strain and work hardening behaviour of modified 9Cr-1Mo steel. Materials & Design. 2013. Vol. 52. P. 58–66. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.05.020.
  20. Panait C. G., Zielińska-Lipiec A., Koziel T., Czyrska-Filemonowicz A., Gourgues-Lorenzon A.-F., Bendick W. Evolution of dislocation density, size of subgrains and MX-type precipitates in a P91 steel during creep and during thermal ageing at 600C for more than 100,000h. Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. Iss. 16–17. P. 4062–4069. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.03.010.
  21. Arivazhagan B., Kamaraj M. Metal-cored arc welding process for joining of modified 9Cr-1Mo. Journal of Manufacturing Processes. 2013. Vol. 15. Iss. 4. P. 542–548. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.07.001.
  22. Wang Y., Kannan R., Li L. Characterization of as-welded microstructure of heat-affected zone in modified
    9Cr-1Mo-V-Nb steel weldment. Materials Characterization. 2016. Vol. 118. P. 225–234. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.05.024.
  23. Baltusnikas A., Levinskas R., Lukošiute I. Kinetics of carbide formation during ageing of pearlitic 12X1M phi steel. Materials Science. 2007. Vol. 13. P. 286–292.
  24. Hurtado-Noren C., Danon C. A., Luppo M. I., Bruzzoni P. Evolution of minor phases in a 9PctCr steel : Effect of tempering temperature and relation with hydrogen trapping. Metallurgical and Materials Transactions A. 2015. Vol. 46. P. 3972–3988. https://doi.org/10.1007/s11661-015-3045-7.
  25. Maruyama K., Sawada K., Koike J. Strengthening mechanisms of creep resistant tempered martensitic steel. ISIJ International. 2001. Vol. 41. Iss. 6. P. 641–653. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.641.
  26. Paul V. T., Saroja S., Vijayalakshmi M. Microstructural stability of modified 9Cr–1Mo steel during long term exposures at elevated temperatures. Journal of Nuclear Materials. 2008. Vol. 378. Iss. 3. P. 273–281. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.06.033.
  27. Yan W., Wang W., Shan Y. Y., Yang K. Microstructural stability of 9-12%Cr ferrite/martensite heat-resistant steels. Frontiers of Materials Science. 2013. Vol. 7. P. 1–27. https://doi.org/10.1007/s11706-013-0189-5.
  28. Vodopivec F., Kmetic D., Vojvodi-Tuma J., Skobir D. A. Effect of operating temperature on microstructure and creep resistance of X20CrMoV121 steel. Materiali in Tehnologije. 2004. Vol. 38. Iss. 5. P. 233–239.
  29. Thakur S. K., Dhindaw B. K. Influence of interfacial characteristics between SiCp and Mg/Al metal matrix on wear, coefficient of friction and microhardness. Wear. 2001. Vol. 247. P. 191–201. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(00)00536-6.
  30. Thakur S. K., Gupta M. Improving mechanical performance of Al by using Ti as reinforcement. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007. Vol. 38. Iss. 3. P. 1010–1018. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2006.06.014.
  31. Vivas J., Capdevila C., Jimenez J. A., Benito-Alfonso M., San-Martin D. Effect of ausforming temperature on the microstructure of G91 steel. Metals. 2017. Vol. 7. Iss. 7. P. 1–11. https://doi.org/10.3390/met7070236.

 

Надійшла до редакції 05.05.2022