الدرجة 91، المكتوبة بصيغة ASTM A182 F91 في مواصفة التطريق، هي فولاذ كروم بنسبة 9 % مع الموليبدينوم، إضافة إلى إضافات صغيرة ومضبوطة بإحكام من الفاناديوم والنيوبيوم والنيتروجين. وهذا يجعلها فولاذ 9Cr-1Mo-V معدّلاً، UNS K90901، بأعلى الإجهادات المسموح بها في عائلة الكروم-موليبدينوم. وتطرق Longrui Forging الدرجة F91 إلى أجسام صمامات وأغطية وفلنجات وقطع حلقية ومشغولات أولية لوصلات، بوزن من 5 kg إلى 520 kg للقطعة، في مقاطعة يونخه، تشجيانغ، الصين.
الدرجة 91 هي السبب في أن محطات الطاقة الحديثة فوق الحرجة تستطيع تشغيل البخار عند حرارة أعلى: فالفاناديوم والنيوبيوم والنيتروجين تكوّن كربونيتريدات دقيقة تثبّت البنية المجهرية في موضعها عند درجة الحرارة، فيحافظ الفولاذ على قوته عند الحد الذي يبدأ عنده 2.25Cr-1Mo (F22) في التراجع. وثمن هذا الأداء هو الانضباط، لأن الخصائص تكمن في البنية المعالجة حرارياً لا في التركيب الكيميائي وحده.
ما هي F91
F91 فولاذ مارتينسيتي من عائلة الكروم-موليبدينوم، وليس فولاذاً مقاومًا للصدأ. ويمنحه الكروم بنسبة 9 % مقاومة للأكسدة عند درجات الحرارة العالية، وتمنحه السبائك الدقيقة مقاومة للزحف. ويخضع للتطبيع والمراجعة الحرارية (التطويع) قبل استخدامه، وهذه المعالجة جزء من المواصفة لا خطوة نهائية للتشطيب.
| العنصر | النطاق (%) | العنصر | النطاق (%) |
|---|---|---|---|
| الكربون | 0.08 – 0.12 | الكروم | 8.0 – 9.5 |
| المنغنيز | 0.30 – 0.60 | الموليبدينوم | 0.85 – 1.05 |
| السيليكون | 0.20 – 0.50 | الفاناديوم | 0.18 – 0.25 |
| الفوسفور | 0.020 كحد أقصى | النيوبيوم (Cb) | 0.06 – 0.10 |
| الكبريت | 0.010 كحد أقصى | النيتروجين | 0.030 – 0.070 |
| النيكل | 0.40 كحد أقصى | الألومنيوم | 0.02 كحد أقصى |
درجات وتسميات تشير كلها إلى المادة نفسها: UNS K90901، وEN 1.4903 (X10CrMoVNb9-1)، وGrade 91، وF91 عندما تكون قطعة تطريق. وتُذكر الكثافة بين 7.6 و7.8 g/cm³ في أوراق بيانات المورّدين، وهو رقم قريب بما يكفي لتقدير الوزن، لكنه ليس رقماً يوضع على الرسم.
F91 وP91 وWP91 وC12A: أي تسمية تنطبق
يتكرر هذا السؤال في كل استفسار تقريباً عن الدرجة 91، والجواب يحدد جدول الخصائص الذي سيستخدمه المفتش:
| التسمية | المواصفة | شكل المنتج |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | مطروقات: أجسام صمامات، فلنجات، وصلات مطروقة، قطع حلقية |
| P91 | ASTM A335 | أنابيب ومواسير غير ملحومة |
| WP91 | ASTM A234 | وصلات لحام تناكب مشكّلة بالطرق |
| C12A | ASTM A217 | مسبوكات |
تركيب كيميائي واحد يشمل الأربعة جميعاً، لذا فإن خطاً من المشعب الرئيسي إلى صمام إيقاف التوربين يكون من المادة نفسها على طوله. وما يتغير هو مواصفة المنتج، ومعها جداول القبول: تشترط A182 F91 حداً أدنى للخضوع 415 MPa وحداً أدنى للشد 620 MPa في القطعة المطروقة، بينما تحمل درجة الأنابيب A335 P91 الحد نفسه للخضوع عند حد أدنى للشد 585 MPa. وإذا استشهد استفسار برقم 585 لشفة، فهذا يعني تطبيق جدول الأنابيب على قطعة تطريق، والأفضل حسم ذلك قبل الطلب لا عند استلام البضائع.
الخواص الميكانيكية ونافذة الصلادة
| الخاصية | ASTM A182 F91 الحد الأدنى |
|---|---|
| مقاومة الخضوع (0.2 %) | 415 MPa (60 ksi) |
| مقاومة الشد | 620 MPa (90 ksi) |
| الاستطالة في 50 mm | 20 % |
| تقليص المساحة | 40 % |
| صلادة برينل | 190 – 248 HBW |
تُراقَب الصلادة من الجانبين في هذه الدرجة، وكلا الجانبين له دلالة. الصلادة المفرطة تشير إلى مارتنسيت غير مُراجَع (Untempered Martensite) تبقى في القطعة، وهو خطر تشقق أثناء الخدمة؛ أما الصلادة المنخفضة جدًا فتشير إلى مراجعة حرارية زائدة (Over-tempering) استهلكت جزءًا من مقاومة الزحف التي اشتُريت الدرجة من أجلها. لهذا السبب يُطلب F91 عادةً مع مسح صلادة على كل قطعة أو كل دفعة، ولهذا يرافق سجل المعالجة الحرارية الشهادة.
متى لا يكون F91 هو الحل
- أقل من 550 °C تقريبًا. تُشترى الدرجة 91 من أجل مقاومة الزحف. في خط لا يسخن أبدًا، يؤدي F22 أو F11 المهمة بتكلفة أقل وبمجال لحام أوسع بكثير.
- خدمة رطبة أو حاملة للكلوريد. الكروم وحده لا يصنع فولاذًا مقاومًا للصدأ. حيث يكون الغرض هو مقاومة التآكل وليس الحرارة، فالحل هو فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ دوبلكس، وليس فولاذ 9Cr.
- حيث لا يتحكم أحد في المعالجة الحرارية. F91 الذي يُلحم بإجراء خاطئ، أو يُطَبَّع عند درجة حرارة خاطئة، يفقد الخصائص التي بررت اختياره. المشاريع التي تحدد F91 تتوقع معالجة حرارية موثقة، ومسوحات صلادة، وانضباطًا في المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) من كل مورد في السلسلة.
- المقاطع الرقيقة التي لا تحتاجه. تظهر ميزة القوة في سماكة الجدار والوزن. في قطعة صغيرة وقليلة التحميل، لا يوجد ما يبرر استخدامه.
ما نطرقه في F91
- أجسام الصمامات وأغطيتها لخدمة البخار عالي الحرارة ومحطات الطاقة
- الفلنجات وأجزاء الحلقات وفقًا لـ ASME B16.5 وأبعاد المشروع
- قطع توصيل أولية ومكونات مشغلة آليًا حسب الرسم
- من 5 kg إلى 520 kg للقطعة، على مكابس من 2,000 T إلى مكبس 6,000 T متعدد الاتجاهات
- تُورَّد كما هي مطروقة، أو مشغلة آليًا بشكل خشن، أو مشغلة آليًا نهائيًا حسب الرسم، مع تقارير أبعاد على الأجزاء المشغلة آليًا
- اختبارات UT و MT و PT و VT، مع نطاق الاختبار المتفق عليه في الطلب
التحكم في التطريق والمعالجة الحرارية
تتميز الدرجة 91 بنافذة تطريق ضيقة. فهي تقاوم التشكل عند درجة الحرارة، لذلك تحتاج إلى قدرة مكبس وطاقم يعمل على القطعة في حرارة واحدة بدلًا من إعادة تسخينها مرارًا وتكرارًا. بعد التطريق، تخضع القطعة للتطبيع والمراجعة لبناء البنية المحددة للدرجة، مع مراقبة درجة حرارة الفرن والتبريد وتسجيلهما لكل دفعة.
ما نتحكم فيه في طلب F91:
- نطاق درجة حرارة التطريق محفوظ ومسجل، مع عدم العمل تحت الحد الأدنى
- يُجري له التطبيع والمراجعة وفقًا لدورة الجدول 1 من ASTM A182 للدرجة F91: تطبيع عند 1900–1975 °F [1040–1080 °C]، تبريد بالهواء، ثم المراجعة عند 1350–1470 °F [730–800 °C]، وفق دورة مسجلة؛ وحيث يحدد أمر الشراء درجة حرارة المراجعة الخاصة به، نعمل وفقًا لها
- تُفحص الصلادة بعد المعالجة الحرارية، وليس بدلًا منها
- يتم التحقق من التركيب الكيميائي على مطيافنا الخاص لكل صهرة، بما في ذلك إضافات الفاناديوم والنيوبيوم والنيتروجين التي تميز الدرجة 91 عن 9Cr-1Mo العادي
- فحص UT وفحص سطحي قبل الإرسال، مع الاتفاق على النطاق مسبقًا
المعايير والوثائق والاختبارات
تُصنع مطروقات F91 وفقًا لـ ASTM A182، وهي المواصفة الخاصة بفلنجات ووصلات وصمامات وأجزاء الأنابيب المصنوعة من السبائك والفولاذ المقاوم للصدأ، المطروقة أو المدلفنة، للخدمة في درجات الحرارة العالية. يُطلب الأنبوب وفقًا لـ A335، والوصلات وفقًا لـ A234، والمسبوكات وفقًا لـ A217؛ وتصل المادة نفسها تحت كل مواصفة، وتذكر الشهادة المواصفة التي صُنعت وفقها.
شهادة فحص EN 10204 3.1 هي ما نصدره بشكل قياسي مع طلب F91؛ وعندما يتطلب المشروع اختبارًا مشهودًا، يتم توفير شهادة 3.2 موقعة من مفتش خارجي عند الطلب ويُقدم لها عرض سعر كبند منفصل. تقارير التركيب الكيميائي والاختبارات الميكانيكية، ومخططات المعالجة الحرارية، ومسوحات الصلادة تُرسل مع الشحنة، ورقم الصهر قابل للتتبع من الكتلة الأولية إلى الإرسال. معدات الاختبار ومجموعة الشهادات الكاملة موجودة على القدرات والشهادات.
مواضيع ذات صلة
الأسئلة الشائعة
ما هي مادة F91؟
F91، UNS K90901، هو تسمية المطروقات وفقًا لـ ASTM A182 للدرجة 91: فولاذ بنسبة 9% كروم، و1% موليبدينوم، معدل بالفاناديوم والنيوبيوم والنيتروجين. إنه فولاذ كروم-مولي مارتنزيتي للخدمة في درجات الحرارة العالية، يُستخدم بشكل رئيسي في مكونات أنابيب البخار فوق الحرجة وفوق الحرجة الفائقة. التسمية الأوروبية هي 1.4903، X10CrMoVNb9-1.
ما الفرق بين F91 و P91؟
شكل المنتج والمعيار الذي يحكمه. F91 هو تسمية المطروقات وفقًا لـ ASTM A182، وتُستخدم لأجسام الصمامات والفلنجات والوصلات المطروقة. P91 هو تسمية الأنابيب والمواسير غير الملحومة وفقًا لـ ASTM A335. التركيب الكيميائي من نفس العائلة، لذلك تُستخدم المكونات من كلا التسميتين في خط واحد، لكن جداول الخواص الميكانيكية تختلف: A182 F91 يتطلب حدًا أدنى من مقاومة الشد 620 MPa، وA335 P91 يتطلب 585 MPa.
F91 أم F22، أيهما يجب أن أحدد؟
يتعلق الأمر بدرجة حرارة الخدمة وسماكة الجدار. F22 (2.25Cr-1Mo) هو فولاذ كروم-مولي تقليدي للطرف الأدنى من نطاق درجات الحرارة العالية، مع نطاق أسهل للحام والمعالجة الحرارية. يحتفظ F91 بإجهاد مسموح أعلى بكثير عند نفس درجة الحرارة، لذلك يسمح بجدران أرق ومكونات أخف، على حساب معالجة حرارية وتحكم أكثر صرامة في الصلادة. تحت حوالي 550 °C عادة لا يوجد سبب لدفع تكلفة F91.
ما هي الخواص الميكانيكية لـ ASTM A182 F91؟
الحد الأدنى لمقاومة الخضوع 415 MPa (60 ksi)، الحد الأدنى لمقاومة الشد 620 MPa (90 ksi)، الاستطالة 20% في 50 mm، تقلص المساحة 40%، ونطاق صلابة برينل من 190 إلى 248 HBW. تم تحديد الصلادة كنطاق عن قصد: كلا الطرفين يحمل معلومات عن المعالجة الحرارية.
هل يمكنكم تطريق أجسام الصمامات والفلنجات من F91؟
نعم. F91 هي إحدى الدرجات عالية الحرارة التي نطرقها بانتظام، إلى جانب F22 و F92. نطرق أجسامًا وأغطية وفلنجات وأجزاء حلقية ومشغولات أولية للوصلات من 5 kg إلى 520 kg، ونعالجها حراريًا وفق دورة مسجلة، ونفحص الصلادة بعد المعالجة الحرارية، ونختبر قبل الإرسال. أرسل الرسم مع الدرجة والمعيار ونطاق الاختبار وسنقدم لك عرض سعر.
ما المعالجة الحرارية التي يحتاجها F91؟
التطبيع والمراجعة وفقًا للدورة في ASTM A182 الجدول 1: التطبيع عند 1900–1975 °F [1040–1080 °C]، تبريد بالهواء، ثم المراجعة عند 1350–1470 °F [730–800 °C]. الغرض هو إنتاج البنية المارتنسيتية المُراجَعة التي تعتمد عليها متانة الدرجة وعدم ترك أي مارتنسيت غير مُراجَع. تسمح المواصفة أيضًا بالإخماد والمراجعة (التقسية والمراجعة) لوصلات F91 ذات مقطع يزيد عن 3 بوصات، حسب اختيار الصانع، ويمكن لأمر الشراء تحديد دورته الخاصة بموجب المتطلبات التكميلية للمواصفة. يؤكد فحص الصلادة بعد المعالجة الحرارية النتيجة، ويُشحن السجل مع الشهادة.
هل تُظهر الشهادة الفاناديوم والنيوبيوم والنيتروجين؟
نعم. هذه العناصر الثلاثة هي ما يميز الدرجة 91 عن 9Cr-1Mo العادي، لذا فهي جزء من التحليل الكيميائي المُبلغ عنه في الشهادة، لكل صهرة، من مطيافنا الخاص وليس من تحليل ورقي من مورد.