Grade 91, в спецификации на поковки обозначаемая как ASTM A182 F91, представляет собой сталь с 9 % хрома и молибденом, а также с малыми, строго контролируемыми добавками ванадия, ниобия и азота. Это делает её модифицированной сталью 9Cr-1Mo-V, UNS K90901, с наиболее высокими допускаемыми напряжениями в семействе хромомолибденовых сталей. Longrui Forging штампует из F91 корпуса клапанов, крышки, фланцы, кольцевые детали и заготовки фитингов массой от 5 кг до 520 кг за штуку в уезде Юньхэ, Чжэцзян, Китай.
Именно благодаря Grade 91 современные суперкритические электростанции могут работать с более горячим паром: ванадий, ниобий и азот образуют мелкие карбонитриды, которые закрепляют микроструктуру при температуре, поэтому сталь сохраняет прочность там, где 2.25Cr-1Mo (F22) начинает сдавать. Платой за такие характеристики служит дисциплина, поскольку свойства определяются структурой после термической обработки, а не только химическим составом.
Что такое F91
F91 представляет собой мартенситную хромомолибденовую сталь, а не нержавеющую сталь. 9 % хрома обеспечивают ей стойкость к окислению при высокой температуре, а микролегирующие добавки придают сопротивление ползучести. Перед применением её нормализуют и отпускают, и эта обработка является частью спецификации, а не отделочной операцией.
| Элемент | Диапазон (%) | Элемент | Диапазон (%) |
|---|---|---|---|
| Углерод | 0.08 – 0.12 | Хром | 8.0 – 9.5 |
| Марганец | 0.30 – 0.60 | Молибден | 0.85 – 1.05 |
| Кремний | 0.20 – 0.50 | Ванадий | 0.18 – 0.25 |
| Фосфор | 0.020 макс. | Ниобий (Cb) | 0.06 – 0.10 |
| Сера | 0.010 макс. | Азот | 0.030 – 0.070 |
| Никель | 0.40 макс. | Алюминий | 0.02 макс. |
Марки и обозначения, которые указывают на один и тот же материал: UNS K90901, EN 1.4903 (X10CrMoVNb9-1), Grade 91 и F91, когда речь идёт о поковке. Плотность в технических описаниях поставщиков указывается в диапазоне от 7.6 до 7.8 г/см³, что достаточно для оценки массы, но это не число для нанесения на чертёж.
F91, P91, WP91 и C12A: какое обозначение применимо
Этот вопрос возникает почти в каждом запросе по Grade 91, и ответ определяет, какой таблицей свойств будет пользоваться инспектор:
| Обозначение | Стандарт | Вид продукции |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | Поковки: корпуса клапанов, фланцы, кованые фитинги, кольцевые детали |
| P91 | ASTM A335 | Бесшовные трубы и трубки |
| WP91 | ASTM A234 | Кованые фитинги для стыковой сварки |
| C12A | ASTM A217 | Отливки |
Одна и та же химия проходит через все четыре, поэтому линия от коллектора до стопорного клапана турбины полностью выполнена из одного материала. Меняется стандарт на продукцию, а вместе с ним и таблицы приёмки: A182 F91 требует минимального предела текучести 415 МПа и минимальной прочности на растяжение 620 МПа для поковки, тогда как трубная марка A335 P91 имеет тот же предел текучести при минимальной прочности на растяжение 585 МПа. Если в запросе для фланца указана цифра 585, значит, к поковке применяют трубную таблицу, и это стоит уточнить до заказа, а не при приёмке.
Механические свойства и окно твёрдости
| Свойство | Минимум по ASTM A182 F91 |
|---|---|
| Предел текучести (0,2 %) | 415 МПа (60 ksi) |
| Предел прочности | 620 МПа (90 ksi) |
| Относительное удлинение на 50 мм | 20 % |
| Относительное сужение | 40 % |
| Твёрдость по Бринеллю | 190 – 248 HBW |
За твёрдостью на этой марке следят с двух сторон, и обе стороны важны. Слишком высокая твёрдость указывает на неотпущенный мартенсит, оставшийся в детали, а это риск образования трещин при эксплуатации; слишком низкая указывает на переотпуск, который уже израсходовал часть прочности при ползучести, за которую эту марку и покупали. Именно поэтому F91 обычно заказывают с проверкой твёрдости на каждой детали или в каждой партии, и поэтому протокол термической обработки идёт вместе с сертификатом.
Когда F91 не подходит
- Ниже примерно 550 °C. Марку Grade 91 покупают ради прочности при ползучести. В линии, которая никогда не нагревается, F22 или F11 справляются с задачей дешевле и с гораздо более широким окном сварки.
- Влажная среда или среда с хлоридами. Один хром ещё не делает сталь нержавеющей. Там, где определяющим является коррозия, а не температура, ответом будет нержавеющая или дуплексная марка, а не сталь 9Cr.
- Там, где никто не будет контролировать термическую обработку. F91, сваренная по неправильной технологии или отпущенная при неправильной температуре, теряет свойства, которые её оправдывали. Проекты, в которых указана F91, ожидают от каждого поставщика в цепочке документально подтверждённой термической обработки, проверок твёрдости и дисциплины послесварочной термической обработки (PWHT).
- Тонкие сечения, где она не нужна. Преимущество в прочности проявляется в толщине стенки и массе. На небольшой, малонагруженной детали платить не за что.
Что мы куём из F91
- Корпуса клапанов и крышки клапанов для высокотемпературного пара и энергетики
- Фланцы и кольцевые детали по ASME B16.5 и размерам проекта
- Заготовки фитингов и механически обработанные детали по чертежу
- От 5 кг до 520 кг на деталь, на прессах от 2 000 т до многонаправленного пресса 6 000 т
- Поставка в состоянии после ковки, после черновой или чистовой механической обработки по чертежу, с отчётами по размерам на обработанные детали
- Контроль UT, MT, PT и VT, объём контроля согласовывается при заказе
Контроль ковки и термической обработки
У марки Grade 91 узкий температурный интервал ковки. Она сопротивляется деформации при температуре, поэтому нужны мощность пресса и бригада, которая отрабатывает деталь за один нагрев, а не подогревает её многократно. После ковки деталь нормализуют и отпускают, чтобы получить структуру, на которую эта марка нормирована; температура печи и охлаждение контролируются и записываются для каждой партии.
Что мы контролируем в заказе на F91:
- Диапазон температур ковки соблюдается и записывается, без обработки ниже минимума
- Нормализация и отпуск по циклу Таблицы 1 ASTM A182 для F91: нормализация 1900–1975 °F [1040–1080 °C], охлаждение на воздухе, отпуск 1350–1470 °F [730–800 °C], по записанному циклу; если в заказе на поставку указана своя температура отпуска, работаем по ней
- Твёрдость проверяется после термической обработки, а не вместо неё
- Химический состав проверяется на нашем собственном спектрометре для каждой плавки, включая добавки ванадия, ниобия и азота, которые отличают марку Grade 91 от обычной 9Cr-1Mo
- Контроль UT и поверхностный контроль перед отгрузкой, объём согласовывается заранее
Стандарты, документы и испытания
Поковки F91 изготовляются по ASTM A182, спецификации на кованые или катаные фланцы, фитинги, клапаны и детали трубопроводов из легированной и нержавеющей стали для высокотемпературной эксплуатации. Трубы заказываются по A335, фитинги по A234, отливки по A217; один и тот же материал поставляется по каждому из них, и в сертификате указывается стандарт, по которому он изготовлен.
Сертификат инспекции EN 10204 3.1 мы выдаём стандартно к заказу F91; если проект требует испытаний с участием инспектора, сертификат 3.2, подписанный внешним инспектором, предоставляется по запросу и включается в коммерческое предложение отдельной позицией. Отчёты о химическом составе и механических испытаниях, графики термической обработки и протоколы измерения твёрдости отправляются вместе с партией, а номер плавки прослеживается от заготовки до отгрузки. Испытательное оборудование и полный комплект сертификатов перечислены на Возможности и Сертификаты.
Смежные разделы
Часто задаваемые вопросы
Что такое материал F91?
F91, UNS K90901, это обозначение поковки по ASTM A182 для Grade 91: сталь с 9 % хрома, 1 % молибдена, модифицированная ванадием, ниобием и азотом. Это мартенситная хромомолибденовая сталь для высокотемпературной эксплуатации, применяемая главным образом для компонентов паропроводов сверхкритических и ультрасверхкритических параметров. Европейское обозначение: 1.4903, X10CrMoVNb9-1.
В чём разница между F91 и P91?
Форма продукта и стандарт, который её регулирует. F91 это обозначение поковки по ASTM A182, применяемое для корпусов клапанов, фланцев и кованых фитингов. P91 это обозначение бесшовных труб и трубок по ASTM A335. Химический состав относится к одному семейству, поэтому компоненты обоих обозначений используются в одной линии, но таблицы механических свойств различаются: A182 F91 требует минимальный предел прочности при растяжении 620 МПа, A335 P91 требует 585 МПа.
F91 или F22, что мне указывать?
Всё сводится к рабочей температуре и толщине стенки. F22 (2.25Cr-1Mo) это обычная хромомолибденовая сталь для нижней части высокотемпературного диапазона, с более простыми условиями сварки и термической обработки. F91 выдерживает значительно более высокое допустимое напряжение при той же температуре, поэтому позволяет уменьшить толщину стенок и массу компонентов, ценой гораздо более строгого контроля термической обработки и твёрдости. Ниже примерно 550 °C обычно нет причин платить за F91.
Каковы механические свойства ASTM A182 F91?
Минимальный предел текучести 415 МПа (60 ksi), минимальный предел прочности при растяжении 620 МПа (90 ksi), относительное удлинение 20 % на базе 50 мм, относительное сужение 40 %, и диапазон твёрдости по Бринеллю от 190 до 248 HBW. Твёрдость указана диапазоном намеренно: обе его границы несут информацию о термической обработке.
Можете ли вы ковать корпуса клапанов и фланцы из F91?
Да. F91 одна из высокотемпературных марок, которые мы регулярно куём, наряду с F22 и F92. Мы куём корпуса, крышки, фланцы, кольцевые детали и заготовки фитингов массой от 5 кг до 520 кг, подвергаем их термической обработке по регистрируемому циклу, проверяем твёрдость после термической обработки и испытываем перед отгрузкой. Пришлите чертёж с указанием марки, стандарта и объёма испытаний, и мы подготовим коммерческое предложение.
Какая термическая обработка требуется для F91?
Нормализация и отпуск по циклу из таблицы 1 ASTM A182: нормализация при 1900–1975 °F [1040–1080 °C], охлаждение на воздухе, затем отпуск при 1350–1470 °F [730–800 °C]. Цель состоит в том, чтобы получить отпущенную мартенситную структуру, от которой зависит прочность этой марки, и не оставить неотпущенного мартенсита. Стандарт также допускает закалку и отпуск для фитингов F91 с сечением более 3 дюймов, на выбор изготовителя, а заказ на покупку может указывать собственный цикл в соответствии с дополнительными требованиями спецификации. Проверка твёрдости после термической обработки подтверждает результат, и протокол поставляется вместе с сертификатом.
Указаны ли в сертификате ванадий, ниобий и азот?
Да. Именно эти три элемента отличают Grade 91 от обычной стали 9Cr-1Mo, поэтому они входят в химический анализ, указанный в сертификате, для каждой плавки, по данным нашего собственного спектрометра, а не бумажного анализа поставщика.