جوشکاری تعمیری فولاد ۹Cr1Mo

گزارش مپسا از تاثیر جوشکاری تعمیری فولاد ۹Cr1Mo بر ریزساختار آن در این مقاله بررسی میگردد. ﯾﮑﯽ از ﭘﺮﮐﺎرﺑﺮدﺗﺮﯾﻦ ﻓﻮﻻدﻫﺎي ﺑﮑﺎر رﻓﺘﻪ در ﺑﻮﯾﻠﺮﻫﺎي ﻧﯿﺮوﮔﺎﻫﯽ ﻓﻮﻻد ۹Cr1Mo اﺳﺖ.

ﻧﻈﺮ ﺑﻪ اﯾﻨﮑﻪ ﯾﮑﯽ از ﻧﯿﺎزﻫﺎي ﮐﺎرﺑﺮدي ﺑﺮاي اﺳﺘﻔﺎده از اﯾﻦ ﻓﻮﻻد، ﺗﻌﻤﯿﺮات دوره آن است. 

اﻣﺮوزه در ﺳﺮاﺳﺮ دﻧﯿﺎ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﮔﺴﺘﺮده ﻣﻮﻟﯿﺒﺪن در ﺻﻨﻌﺖ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺑﺮق و اﻧﺮژي اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽﺷﻮد. این فولاد ﺑﻪ دﻟﯿﻞ داﺷﺘﻦ ﻫﺪاﯾﺖ ﺣﺮارﺗﯽ زﯾﺎد، ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺒﺴﺎط  ﺣﺮارﺗﯽ  ﮐﻢ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﻪ ﺧﻮردﮔﯽ زﯾﺎد، ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺧﻮب، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎﻻ ﺑﻪ ﺗﺮكﻫﺎي ﺧﻮردﮔﯽ ﺗﻨﺸﯽ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﻮب ﺑﻪ اﮐﺴﯿﺪاﺳﯿﻮن ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺟﺎﯾﮕﺰﯾﻦ ﻣﻨﺎﺳﺒﯽ ﺑﺮاي ﻓﻮﻻدﻫﺎي زﻧﮓ ﻧﺰن در ﻧﯿﺮوﮔﺎهﻫﺎ و در ﻣﺤﺪوده دﻣﺎﯾﯽ°C 650-600 اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽﺷﻮد.

با افزودن مقادیر اندک عناصرﮐﺎرﺑﯿﺪزا و ﻧﯿﺘﺮﯾﺪزا ﻣﺎﻧﻨﺪ واﻧﺎدﯾﻮم وﻧﯿﻮﺑﯿﻮم ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﮐﻨﺘﺮل ﻣﯿﺰان ﻧﯿﺘﺮوژن، مقاومت خزشی این فولاد اﻓﺰاﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘﻪ و اﯾﻦ ﻓﻮﻻد ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺑﻬﺒﻮد یافته و با نام Grade 91 (X10CrMoVNb 9-1) داریم. P91 در پایپ، T91 برای تیوب و A387 ASTM ﺑﺮاي ﺻﻔﺤﻪ ﺷﻨﺎﺳﺎﯾﯽ ﻣﯽﺷﻮد.

وﺟﻮد ﻧﯿﻮﺑﯿﻮم و واﻧﺎدﯾﻮم در اﯾﻦ ﻓﻮﻻد، ﺳﺒﺐ اﯾﺠﺎد ذرات رﯾﺰ ﮐﺎرﺑﯿﺪي و ﮐﺎرﺑﻮﻧﯿﺘﺮﯾﺪي واﻧﺎدﯾﻮم و ﻧﯿﻮﺑﯿﻮم ﺑﻪ ﺻﻮرت ﭘﺮاﮐﻨﺪه در ﺳﺎﺧﺘﺎر می شود. این ترکیبات کاربیدی ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﺣﻔﻆ و ﭘﺎﯾﺪاري ﺳﺎﺧﺘﺎر و  اﺳﺘﺤﮑﺎم ﺑﺎﻻ در زﻣﺎنﻫﺎي ﻃﻮﻻﻧﯽ و دﻣﺎﻫﺎي ﺑﺎﻻ ﻣﯽﺷﻮد.

فولاد P91 قابلیت جوشکاری وسط روش های مختلف ﻗﻮﺳﯽ از ﺟﻤﻠﻪ ﺟﻮﺷﮑﺎري ﻗﻮﺳﯽ ﺑﺎ اﻟﮑﺘﺮود دﺳﺘﯽ، ﺟﻮﺷﮑﺎري ﻗﻮﺳﯽ ﺑﺎ اﻟﮑﺘﺮود ﺗﻨﮕﺴﺘﻦ ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﮔﺎز ﻣﺤﺎﻓﻆ و جوشکاری زیرپودری را دارد.

۴ نمونه برای بررسی های جوشکاری با شرایط زیر مطابق تصویر آماده سازی گردیده و بررسی ها بر روی آن ها صورت گرفته است.

آماده سازی و شکل قطعات فولادی P91 مطابق زیر صورت گرفت: 

هر فرایند جوشکاری که سبب تغییر ساختار گردد باید با فرایند عملیات حرارتی اصلاح گردد. فرایند جوشکاری روی P91 تغییر ساختار را به همراه دارد. 

فرایند ﭘﯿﺶ ﮔﺮم، ﮐﻨﺘﺮل دﻣﺎﯾﯽ ﺑﯿﻦ ﭘﺎسﻫﺎي ﺟﻮﺷﮑﺎري و ﻋﻤﻠﯿﺎت ﺣﺮارﺗﯽ ﭘﺲ از ﺟﻮﺷﮑﺎري، ﺟﻬﺖ ﺑﺪﺳﺖ آوردن ﭼﻘﺮﻣﮕﯽ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﻪ ﺧﺰش ﻣﻄﻠﻮب، ﻣﻮرد ﻧﯿﺎز اﺳﺖ.

ﮐﻨﺘﺮل دﻣﺎﻫﺎي ﭘﯿﺶ ﮔﺮم و ﺑﯿﻦ ﭘﺎسﻫﺎ و ﺣﺘﯽ ﭘﺲ ﮔﺮم ﺑﺮاي ﺟﻠﻮﮔﯿﺮي از ﺑﺎﻗﯽ ﻣﺎﻧﺪن ﻫﯿﺪروژن و ﻣﺸﮑﻞ ﺗﺮك ﺑﺴﯿﺎر ﺿﺮوري اﺳﺖ. در اﯾﻦ ﺧﺼﻮص ﻣﯽﺗﻮان از روشﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﻈﯿﺮ، ﺷﻌﻠﻪ، ﮔﺮم ﮐﺮدن در ﮐﻮره، ﻣﻘﺎوﻣﺖ اﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ و روش اﻟﻘﺎي اﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﮐﺮد. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﯾﻨﮑﻪ ﻧﻈﺎرت دﻣﺎﯾﯽ و گرادیان دما بسیار اهمیت دارد، روش های نظیر گرم کردن موضعی و گرم کردن با شعله توصیه نمی شود.

عملیات حرارتی پس گرم یکی از مهمترین ﻓﺎﮐﺘﻮرﻫﺎ در ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻣﻮﻓﻖ ﻗﻄﻌﺎت ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺷﺪه اﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﺎﯾﺪ با اطمینان کامل از اینکه تمام نقاط جوش به دمای مناسب رسیده اند ، انجام گردد. در واقع این فرایند یک عملیا حرارتی تمپر (بازپخت) رئی ساختار مارتنزیتی برای رسیدن به چقرمگی مناسب است. 

با توجه به بررسی های واحد تحقیق و توسعه مپسا باید گفت در فولاد ۹Cr1Mo دو ناحیه فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) مستعد ترک های هیدروژنی هستند.

در فرایند جوشکاری فولاد های با استحکام بالا و کوینچ تمپر باید به این نکته توجه داشت که مواد مصرفی جوشکاری نقش مهمی در پیدایش ترک های هیدروژنی دارند.

با بررسی های انجام شده مشخص شد، ﻣﻨﻄﻘﻪ درﺷﺖ داﻧﻪ ﻣﺘﺎﺛﺮ از ﺣﺮارت ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﮐﻞ ﻣﻨﻄﻘﻪ ﻣﺘﺎﺛﺮ از ﺣﺮارت، ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﺴﺘﻌﺪ ﺗﺮك اﺳﺖ؛ ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﭘﯿﺶﮔﺮم ﮐﺮدن و ﮔﺮﻣﺎي ورودي ﺑﺎﻻ، ﺑﺎﻋﺚ ﮐﺎﻫﺶ ﺗﻤﺎﯾﻞ ﺑﻪ ﺗﺮك در ﻓﻠﺰ ﻣﯽﺷﻮد.

ﯾﮑﯽ از ﺑﺰرﮔﺘﺮﯾﻦ ﻧﮕﺮاﻧﯽﻫﺎ در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﻧﯿﺮوﮔﺎﻫﯽ، ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺗﻌﻤﯿﺮي در ﺳﺎزهﻫﺎي ﻓﻠﺰي بویژه ﺑﻮﯾﻠﺮﻫﺎ اﺳﺖ ﮐﻪ ﻋﻤﻮﻣﺎً در آن از ﻓﻮﻻدﻫﺎي آﻟﯿﺎژي ﭘﺮ ﮐﺮوم اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽﺷﻮد. در ﺑﻮﯾﻠﺮﻫﺎي ﻧﯿﺮوﮔﺎﻫﯽ ﻣﮑﺎﻧﯿﺰمﻫﺎي ﺗﺨﺮﯾﺐ ﻓﺮاواﻧﯽ ﻧﻈﯿﺮ، ﺧﺰش، ﺧﻮردﮔﯽ، ﺧﺴﺘﮕﯽ، اﮐﺴﯿﺪاﺳﯿﻮن و ﻏﯿﺮه ﺳﺒﺐ زوال اﺟﺰاء آن ﻣﯽﺷﻮد و در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺗﻤﺎم ﯾﺎ ﺑﺨﺸﯽ از آن   اﺟﺰاء  ﺑﺎﯾﺴﺘﯽ  ﺗﻌﻮﯾﺾ  ﮔﺮدد.  در  اﯾﻦ  ﺣﺎﻟﺖ  اﻧﺠﺎم ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺗﻌﻤﯿﺮي اﺟﺘﻨﺎب ﻧﺎﭘﺬﯾﺮ اﺳﺖ؛ ﻟﺬا ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﯾﻨﮑﻪ اﻧﺠﺎم ﻫﺮ ﺑﺎر ﺟﻮﺷﮑﺎري و ﻋﻤﻠﯿﺎت ﺣﺮارﺗﯽ ﻣﺘﻌﺎﻗﺐ آن ﺑﺮ رﯾﺰﺳﺎﺧﺘﺎر ﻗﻄﻌﺎت ﻓﻠﺰي ﺗﺎﺛﯿﺮﮔﺬار اﺳﺖ، بنابراین سیکل های جوشکاری تعمیری و عملیات حرارتی پس از آن بسیر حائز اهمیت است که در گروه مپسا این مهم و تاثیر آن بر ریزساختار بررسی گردید.

گزارش مپسا از نتایج بررسی تاثیر جوشکاری تعمیری بر ریز ساختار ۹Cr1Mo :

1. انجام عملیات حرارتی پس گرم روی این فولاد باعث افزایش کاربید کروم M23C6 و کاربید آهن MX در فلز جوش و HAZ می شود.
2. جوشکاری تعمیری باعث افزای استحکام تسلیم می شوداﺳﺘﺤﮑﺎم ﺗﺴﻠﯿﻢ ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﯾﮏ و دو ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺗﻌﻤﯿﺮي ﺷﺪه اﻧﺪ، ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪهاﯾﯽ ﮐﻪ ﺗﻌﻤﯿﺮات ﻧﺪاﺷﺘﻪ اﺳﺖ، ﺑﯿﺶ از ﺑﻪ ﺗﺮﺗﯿﺐ ۳۰ و ۴۲ درﺻﺪ اﻓﺰاﯾﺶ داﺷﺘﻪ اﺳﺖ.

3. ﺑﺮ اﺳﺎس ﻧﺘﺎﯾﺞ آزﻣﻮن ﺿﺮﺑﻪ، ﭘﺲ از اﻧﺠﺎم دو ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺗﻌﻤﯿﺮي، ﭼﻘﺮﻣﮕﯽ ﻓﻠﺰ ﭘﺎﯾﻪ و HAZ تغییر خاصی نداشته است در حالیکه چقرمگی فلز جوش نزدیک به ۷۰% افزایش داشته است، این مهم یک نتیجه ایده ال صنعتی است.(WMفلزجوش –  BMفلزپایه  –  HAZمنطقه متاثر ازحرارت)

4. ﺟﻮﺷﮑﺎريﻫﺎي ﻣﺠﺪد در ﮐﻞ ﺑﺎﻋﺚ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦ ﺳﺨﺘﯽ در ﻓﻠﺰ ﺟﻮش و ﻧﺎﺣﯿﻪ ﻣﺘﺎﺛﺮ از آن ﻣﯽﺷﻮد و ﮔﺮادﯾﺎن ﺳﺨﺘﯽ در اﯾﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎ ﺑﺎﻻﺗﺮ اﺳﺖ، ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪاي ﮐﻪ ﯾﮏﺑﺎر ﺟﻮﺷﮑﺎري ﺷﺪه اﺳﺖ، وﻟﯽ ﺗﺎﺛﯿﺮ ﻧﺎﻣﻄﻠﻮﺑﯽ  روي ﭼﻘﺮﻣﮕﯽ ﺟﻮش  ﻧﮕﺬاﺷﺘﻪ اﺳﺖ.
5.  
6. عملیات پس گرم ﻗﺒﻞ از ﺟﻮﺷﮑﺎري ﻣﺠﺪد ﺑﺎﻋﺚ ﻣﯽﺷﻮد، ﺳﺨﺘﯽ ﻓﻠﺰ ﺟﻮش و ﻧﺎﺣﯿﻪ ﻣﺘﺎﺛﺮ از آن ﺑﻪ طﻮر ﻣﺤﺴﻮﺳﯽ ﭘﺎﯾﯿﻦﺗﺮ آﯾﺪ و اﺧﺘﻼف ﺳﺨﺘﯽ ﮐﻪ ﻗﺒﻞ از اﻧﺠﺎم ﻋﻤﻠﯿﺎت ﭘﺲﮔﺮم ﺣﺪود ۲۷۰ وﯾﮑﺮز ﺑﻮد، ﺑﺎ اﻧﺠﺎم ﭘﺲﮔﺮم ﺑﻪ ﮐﻤﺘﺮ از ۵۰ وﯾﮑﺮز رﺳﯿﺪ.

گزارش مپسا از نتایج فوق توسط دکتر واثقی در مجله علمی پژوهشی چاپ گردیده است.