Il Grade 91, indicato come ASTM A182 F91 nella specifica di forgiatura, è un acciaio al 9 % di cromo con molibdeno e piccole aggiunte di vanadio, niobio e azoto, strettamente controllate. Ne risulta un acciaio 9Cr-1Mo-V modificato, UNS K90901, con le sollecitazioni ammissibili più elevate della famiglia cromo-molibdeno. Longrui Forging forgia l’F91 in corpi valvola, coperchi, flange, parti anulari e abbozzi per raccordi da 5 kg a 520 kg per pezzo, nella contea di Yunhe, Zhejiang, Cina.
Il Grade 91 è il motivo per cui le moderne centrali supercritiche possono far lavorare il vapore a temperature più alte: il vanadio, il niobio e l’azoto formano carbonitruri fini che bloccano la microstruttura alle temperature di esercizio, così l’acciaio mantiene la sua resistenza dove il 2.25Cr-1Mo (F22) inizia a cedere. Il prezzo di questa prestazione è la disciplina, perché le proprietà risiedono nella struttura dopo trattamento termico e non nella sola composizione chimica.
Che cos’è l’F91
L’F91 è un acciaio cromo-molibdeno martensitico, non un acciaio inossidabile. Il 9 % di cromo gli conferisce resistenza all’ossidazione ad alta temperatura, e le microleghe gli conferiscono resistenza allo scorrimento viscoso. Viene normalizzato e rinvenuto prima dell’impiego, e questo trattamento fa parte della specifica, non è una fase di finitura.
| Elemento | Intervallo (%) | Elemento | Intervallo (%) |
|---|---|---|---|
| Carbonio | 0.08 – 0.12 | Cromo | 8.0 – 9.5 |
| Manganese | 0.30 – 0.60 | Molibdeno | 0.85 – 1.05 |
| Silicio | 0.20 – 0.50 | Vanadio | 0.18 – 0.25 |
| Fosforo | 0.020 max | Niobio (Cb) | 0.06 – 0.10 |
| Zolfo | 0.010 max | Azoto | 0.030 – 0.070 |
| Nichel | 0.40 max | Alluminio | 0.02 max |
Gradi e designazioni che indicano tutti lo stesso materiale: UNS K90901, EN 1.4903 (X10CrMoVNb9-1), Grade 91, e F91 quando si tratta di un forgiato. La densità è indicata tra 7.6 e 7.8 g/cm³ nelle schede tecniche dei fornitori, valore sufficientemente preciso per la stima del peso ma non da riportare su un disegno.
F91, P91, WP91 e C12A: quale designazione si applica
Questo emerge in quasi ogni richiesta relativa al Grade 91, e la risposta determina quale tabella di proprietà utilizzerà l’ispettore:
| Designazione | Norma | Forma di prodotto |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | Forgiati: corpi valvola, flange, raccordi forgiati, parti anulari |
| P91 | ASTM A335 | Tubi e tubazioni senza saldatura |
| WP91 | ASTM A234 | Raccordi a saldare di testa ottenuti per deformazione plastica |
| C12A | ASTM A217 | Fusioni |
Una sola composizione chimica accomuna tutte e quattro le designazioni, quindi una linea dal collettore alla valvola di intercettazione della turbina è dello stesso materiale dall’inizio alla fine. Ciò che cambia è la norma di prodotto e, con essa, le tabelle di accettazione: A182 F91 richiede 415 MPa di snervamento minimo e 620 MPa di carico di rottura minimo nel forgiato, mentre il grado per tubi A335 P91 ha lo stesso snervamento con un carico di rottura minimo di 585 MPa. Se una richiesta cita il valore di 585 per una flangia, significa che la tabella dei tubi viene applicata a un forgiato, ed è meglio chiarirlo prima dell’ordine anziché al ricevimento della merce.
Proprietà meccaniche e intervallo di durezza
| Proprietà | ASTM A182 F91 minimo |
|---|---|
| Carico di snervamento (0.2 %) | 415 MPa (60 ksi) |
| Resistenza a trazione | 620 MPa (90 ksi) |
| Allungamento in 50 mm | 20 % |
| Strizione | 40 % |
| Durezza Brinell | 190 – 248 HBW |
La durezza viene controllata da entrambi gli estremi su questo grado, ed entrambi gli estremi sono significativi. Una durezza troppo elevata indica martensite non rinvenuta rimasta nel pezzo, che è un rischio di cricche in esercizio; una durezza troppo bassa indica un rinvenimento eccessivo che ha già consumato parte della resistenza allo scorrimento per cui il grado è stato acquistato. Ecco perché F91 viene normalmente ordinato con un controllo di durezza su ogni pezzo o ogni lotto, e perché il registro del trattamento termico accompagna il certificato.
Quando F91 non è la risposta
- Al di sotto di circa 550 °C. Il grado 91 viene acquistato per la resistenza allo scorrimento. In una linea che non si riscalda mai, F22 o F11 svolgono il lavoro a un costo inferiore e con una finestra di saldatura molto più ampia.
- Servizio umido o con cloruri. Il cromo da solo non rende un acciaio inossidabile. Dove il servizio è corrosione invece che temperatura, la risposta è un grado inossidabile o duplex, non un acciaio 9Cr.
- Dove nessuno controllerà il trattamento termico. F91 saldato con la procedura sbagliata, o rinvenuto alla temperatura sbagliata, perde le proprietà che lo giustificavano. I progetti che specificano F91 si aspettano trattamento termico documentato, controlli di durezza e disciplina PWHT da ogni fornitore della catena.
- Sezioni sottili che non ne hanno bisogno. Il vantaggio di resistenza si manifesta nello spessore della parete e nel peso. Su un pezzo piccolo e poco sollecitato non offre alcun vantaggio.
Cosa forgiamo in F91
- Corpi valvola e coperchi per impiego con vapore ad alta temperatura e in centrali elettriche
- Flange e parti ad anello secondo ASME B16.5 e dimensioni di progetto
- Abbozzi per raccordi e componenti lavorati a disegno
- Da 5 kg a 520 kg per pezzo, su presse da 2.000 T fino alla pressa multidirezionale da 6.000 T
- Forniti come forgiati, sgrossati o finiti a disegno, con rapporti dimensionali sulle parti lavorate
- Controlli UT, MT, PT e VT, con ambito di prova concordato sull’ordine
Controllo della forgiatura e del trattamento termico
Il grado 91 ha una finestra di forgiatura ristretta. Resiste alla deformazione in temperatura, quindi necessita di capacità di pressa e di una squadra che lavori il pezzo in un’unica calda invece di riscaldarlo ripetutamente. Dopo la forgiatura, il pezzo viene normalizzato e rinvenuto per costruire la struttura per cui il grado è specificato, con temperatura del forno e raffreddamento monitorati e registrati per ogni lotto.
Cosa controlliamo su un ordine F91:
- Intervallo di temperatura di forgiatura mantenuto e registrato, senza lavorazione al di sotto del minimo
- Normalizzato e rinvenuto secondo il ciclo della Tabella 1 di ASTM A182 per F91: normalizzare 1900–1975 °F [1040–1080 °C], raffreddare in aria, rinvenire 1350–1470 °F [730–800 °C], su ciclo registrato; dove l’ordine di acquisto indica una propria temperatura di rinvenimento, lavoriamo a quella
- Durezza controllata dopo il trattamento termico, non al posto di esso
- Chimica verificata sul nostro spettrometro per ogni colata, incluse le aggiunte di vanadio, niobio e azoto che distinguono il grado 91 dal semplice 9Cr-1Mo
- Esame UT e superficiale prima della spedizione, con ambito concordato in anticipo
Norme, documenti e collaudo
I pezzi fucinati F91 sono realizzati secondo ASTM A182, la specifica per flange per tubazioni, raccordi, valvole e parti in acciaio legato e inossidabile, fucinati o laminati, per servizio ad alta temperatura. I tubi si ordinano secondo A335, i raccordi secondo A234 e le fusioni secondo A217; lo stesso materiale arriva sotto ciascuna di queste norme, e il certificato indica la norma secondo cui è stato prodotto.
Un certificato di ispezione EN 10204 3.1 è quello che emettiamo di serie con un ordine F91; quando il progetto richiede prove con testimone, un 3.2 controfirmato da un ispettore esterno viene fornito su richiesta e quotato come voce separata. I rapporti di composizione chimica e delle prove meccaniche, i diagrammi del trattamento termico e i rilievi di durezza accompagnano la spedizione, e il numero di colata è tracciabile dalla billetta alla spedizione. Le apparecchiature di prova e la serie completa di certificati sono su Capacità e Certificazioni.
Approfondimenti
- Forgiature in duplex, acciaio inox e acciai speciali
- Fucinati in Inconel 718 (Alloy 718)
- Controllo qualità forgiatura
Domande frequenti
Che cos’è il materiale F91?
F91, UNS K90901, è la designazione per forgiati ASTM A182 del grado 91: un acciaio al 9 % di cromo e 1 % di molibdeno modificato con vanadio, niobio e azoto. È un acciaio cromo-molibdeno martensitico per servizio ad alta temperatura, utilizzato principalmente per componenti di tubazioni del vapore supercritico e ultra-supercritico. La designazione europea è 1.4903, X10CrMoVNb9-1.
Qual è la differenza tra F91 e P91?
La forma del prodotto e la norma che la disciplina. F91 è la designazione per forgiati secondo ASTM A182, utilizzata per corpi valvola, flange e raccordi fucinati. P91 è la designazione per tubi e tubazioni senza saldatura secondo ASTM A335. La composizione chimica appartiene alla stessa famiglia, quindi componenti di entrambe le designazioni vengono utilizzati in una stessa linea, ma le tabelle delle proprietà meccaniche differiscono: A182 F91 richiede una resistenza a trazione minima di 620 MPa, A335 P91 ne richiede 585 MPa.
F91 o F22, quale devo specificare?
Dipende dalla temperatura di esercizio e dallo spessore di parete. F22 (2.25Cr-1Mo) è un acciaio cromo-molibdeno convenzionale per la fascia bassa dell’intervallo delle alte temperature, con un profilo di saldatura e trattamento termico più agevole. F91 sopporta una tensione ammissibile molto più elevata alla stessa temperatura, quindi consente pareti più sottili e componenti più leggeri, al costo di un controllo molto più severo del trattamento termico e della durezza. Sotto circa 550 °C di solito non c’è motivo di pagare per F91.
Quali sono le proprietà meccaniche dell’ASTM A182 F91?
Carico di snervamento minimo 415 MPa (60 ksi), resistenza a trazione minima 620 MPa (90 ksi), allungamento 20 % su 50 mm, strizione 40 %, e un intervallo di durezza Brinell da 190 a 248 HBW. La durezza è specificata come intervallo di proposito: entrambi gli estremi portano informazioni sul trattamento termico.
Potete fucinare corpi valvola e flange in F91?
Sì. F91 è uno dei gradi per alta temperatura che fuciniamo regolarmente, insieme a F22 e F92. Fuciniamo corpi, coperchi, flange, parti ad anello e abbozzi per raccordi da 5 kg a 520 kg, li sottoponiamo a trattamento termico secondo un ciclo registrato, controlliamo la durezza dopo il trattamento termico e testiamo prima della spedizione. Inviate il disegno con il grado, la norma e l’ambito delle prove e ve lo quoteremo.
Quale trattamento termico richiede l’F91?
Normalizzazione e rinvenimento secondo il ciclo in ASTM A182 Tabella 1: normalizzare a 1900–1975 °F [1040–1080 °C], raffreddare in aria, poi rinvenire a 1350–1470 °F [730–800 °C]. Lo scopo è produrre la struttura martensitica rinvenuta da cui dipende la resistenza del grado e non lasciare martensite non rinvenuta. La norma consente anche tempra e rinvenimento per raccordi F91 con sezione superiore a 3 in., a scelta del produttore, e un ordine di acquisto può indicare il proprio ciclo secondo i requisiti supplementari della specifica. Un controllo di durezza dopo il trattamento termico conferma il risultato, e il registro viene spedito con il certificato.
Il certificato riporta vanadio, niobio e azoto?
Sì. Quei tre elementi sono ciò che rende il Grade 91 diverso dal semplice 9Cr-1Mo, quindi fanno parte dell’analisi chimica riportata sul certificato, per colata, dal nostro spettrometro anziché da un’analisi cartacea di un fornitore.