1

UVOD Jedan od glavnih izazova s kojima se suočavaju energetska postrojenja je postizanje ciljeva za povedanom efikasnosti zahtjevanih i u ekonomski razvijenim zemljama i u zemljama u razvoju. Glavne pokretačke sile su propisi o zaštiti okoline koji zahtjevaju smanjenje emisija CO2, povezani s neizbježnim pritiskom na pouzdanost, dostupnost i održavanje. Razvoj materijala, posebno naprednih čelika otpornih na puzanje za visokotemperaturne tlačne komponente, i dalje ima značajnu ulogu u novim projektima kao i u poboljšanju postojedih postrojenja, kao što je prikazano na slici 1. Modificirani 9CrMo čelik (T/P91) je ved dobro utemeljen i u upotrebi je širom svijeta. Trenutno je pažnja usmjerena na još naprednije varijante poput T/P92, i ovaj čelik je ved iskorišten na nekim projektima, te se njegova upotreba razmatra i za mnoge druge projekte, tablica 1. P92 je još uvijek relativno novi materijal i nastavlja se razvijati i istraživati, pogotovo u područjima zavarivanja, izrade i performansi u pogledu puzavosti komponenti koje su u radnoj službi. Zajednički europski projekt COST 522 i 536 je projekt koji se bavi naprednim materijalima za moderna postrojenja i mnogi proizvođači osnovnih i dodatnih materijala su aktivni članovi ovog projekta. Među ostalim, firma Metrode je napravila znatan doprinos u razvoju dodatnih materijala pogodnih za zavarivanje P92. Prednost ovog čelika se može iskoristiti bilo za smanjenje u debljinama stijenki i težini za određene operativne uvjete, bilo za povedanje projektiranih/radnih temperatura s posljedničnim poboljšanjem u pogledu toplinske učinkovitosti. Takve prednosti mogu se u potpunosti iskoristiti samo ako čelici mogu biti zavareni s odgovarajudim dodatnim materijalima koji daju spojeve koji nede ugroziti integritet i operativni radni vijek postrojenja. Ovaj tehnički dokument predstavlja raspon dodatnih materijala firme Metrode napravljenih posebno za zavarivanje P92 čelika, zajedno s informacijama o specifikacijama, postupcima zavarivanja i svojstvima.

Slika 1 – Vremenska evolucija toplinske učinkovitosti energetskih postrojenja

2

Tablica 1 – Neka postrojenja koja su koristila P92

Država Projekt Dimenzije

( D x t ),mm Komponenta

Temperatura pare, °C

Tlak pare, bar

Godina

Danska Vestraft Unit 3

240 x 39 Glavna parna

cijev 560 250 1996

Danska Nordjyllands

ET 160 x 45 Komora 582 290 1996

Njemačka Keil/GK

480 x 28 Komora 545 53 1997

Njemačka Westfalen 159 x 27 Parni čvor 650 180 1998

Danska Avedøre 2/

Elkraft 400 x 25 490 x 30

Glavni parni cjevovodi

580 600

300 1999 2001

1. POZADINA KREIRANJA LEGURE P92 je razvijen od danas dobro ustrojene legure P91. P91 (9%Cr-1%Mo) plus mikrolegirni sastav, je modificiran smanjenjem sadržaja molibdena na oko 0,5% i dodavanjem oko 1,7% wolframa zajedno s nekoliko ppm (čestica u milion komada) bora. Kontrolirano mikrolegiranje u obliku niobija, vanadija i dušika je zadržano. Ovaj modificirani sastav dovodi do vrlo stabilnih karbida i karbo-nitrida koji poboljšavaju dugotrajnu vremensku čvrstodu i otpornost na puzanje. Ovaj čelik je dizajniran za rad na temperaturama do 625°C i tvrdi se da su visokotemperaturne vremenske čvrstode do 30% vede nego kod P91. Za primjer, na 600°C, i trajanju ispitivanja od 100 000h, vremenska čvrstoda P91 osnovnog materijala je oko 95MPa, dok je kod P92 123 MPa. Eksploatacija P92 je relativno ograničena i daljnju pouzdanost i iskustvo u proizvodnji ove legure i dalje treba razvijati. No međutim, brojna postrojenja su završena u kasnim 90-tim, i još postrojenja se gradi ili se planira izgraditi. Neka odabrana postrojenja koja su koristila P92 su prikazana u tablici 1. P92 je izvorno razvijen u Japanu u 1990-tim kao NF 616 i naknadno je uključen u ASTM i ASME kod kao Grade 92. Paralelni razvoji u Europi rezultiraju razvojem čelika označenog kao E911 u kojem je molibden održan na oko 1% i dodano je 1% wolframa.

1.1 P92: Specifikacije i oblici proizvoda ASTM/ASME specificirani raspon kemijskog sastava je dan u tablici 2, a razni oblici proizvoda, zahtjevana svojstva i toplinske obrade su dane u tablici 3. Uobičajeno korišteni opisi su dani u nastavku i napomena da de se u ostatku ovog dokumenta materijal označavati kao P92. T92 (ASTM/ASME A213): 92 cijev (tube) P92 (ASTM/ASME A335): 92 cijev (pipe) F92 (ASTM/ASME A182): 92 otkivak

Tablica 2 – Specificirani kemijski sastav za P92 čelike

C Mn Si S P Cr Ni Mo W Nb V N Al B

min 0.07 0.30 - - - 8.50 - 0.30 1.50 0.04 0.15 0.03 - 0.001

max 0.13 0.60 0.50 0.01 0.02 9.50 0.40 0.60 2.00 0.09 0.25 0.07 0.04 0.006

3

Tablica 3 – Toplinska obrada i zahtjevi za mehanička svojstva za P92 čelike

ASTM/ASME specifikacije

Legura

Toplinska obrada Vlačna

čvrstoda, MPa

Konvencionalna granica

razvlačenja 0,2%, MPa

Longitudinalno izduljenje, %

Tvrdoda, HB Normalizacijska

temp., °C

Temperatura popuštanja,

°C

A213-A335 T/P92 ≥1040 ≥730 ≥620 ≥440 ≥20 ≤250

A182 F92 ≥1040 ≥730 ≥620 ≥440 ≥20 ≤269

2. POSTUPCI ZAVARIVANJA

Odabir postupka zavarivanja ovisi o brojnim faktorima, uključujudi:

Veličinu i debljinu komponenti koje de se zavarivati

Radioničku izradu ili terensku montažu/reparaturu

Dostupnost pogodne opreme

Neophodnu vješinu osoblja

Dostupnost pogodnih dodatnih materijala

Zahtjevana mehanička svojstva, pogotovo žilavost Tablica 4 prikazuje elektrolučne opcije postupaka zavarivanja za visokotemperaturna postrojenja.

Tablica 4 – Opcije postupaka zavarivanja za P92 čelike za energetska postrojenja

Komponenta Vrsta spoja Mogudi elektrolučni postupci

zavarivanja

Kotlovski paneli (cijevi malih promjera)

Zavarivanje na terenu/reparatura

Ručni TIG i REL Ručni/orbitalni TIG i REL

Pregrijači Dogrijači Ekonomajzeri (cijevi malih promjera)

Cijev – cijev

Umetci i priključci

Terensko zavarivanje

Orbitalni TIG Ručni TIG i REL

Ručni TIG i REL

Ručni TIG i REL Orbitalni TIG

Parni cjevovodi i komore

Sučeljeni zavari

Ubod na komoru i cijev-komora (sučeljeni zavari)

Terensko zavarivanje

TIG, REL, MAG i EPP

Ručni TIG/REL, MAG, Mehanizirani TIG/MIG

Ručni TIG i REL

Orbitalni TIG, MAG

Tlačne posude npr. parni bubnjevi

Sučeljeni zavari TIG, REL, MAG i EPP

Kudišta ventila Sučeljeni zavari Uglavnom TIG, REL, MAG i

mogude EPP

Čvorevi cijevi Sučeljeni zavari

Terensko zavarivanje

Uglavnom TIG, REL i mogude EPP

TIG, REL, MAG

NAPOMENA MAG zavarivanje se odnosi samo na zavarivanje praškom punjenim žicama

4

3. KEMIJSKI SASTAV METALA ZAVARA Kemijski sastav P92 osnovnog materijala je u osnovi 0,1% ugljika, 9% kroma, 0,5% molibdena, 1,7% wolframa, s kontroliranim mikrolegiranjem u obliku vanadija, niobija, dušika i bora da bi se dobila dugotrajna visokotemperaturna vremenska čvrstoda. Kemijski sastav je pažljivo uravnotežen da daje potpuno martenzitnu strukturu sa malo ili bez ostataka delta ferita. Mikrostruktura je kreirana da bude popušteni martenzit čvrste otopine ojačan sa Mo i W, sa M23C6 karbidima i V/Nb karbo nitridima za visokotemperaturnu vremensku čvrstodu.

Kemijski sastavi depozita zavara su dizajnirani da budu što je bliže mogude osnovnom P92 čeliku u nastojanju postizanja optimalnih svojstava, zavarljivosti i mikrostrukture. Rad na potpuno podudarnim svojstvima je pokazao da žilavost metala zavara, posebno kod korištenja postupaka pod zaštitom praška, je relativno niska. Žilavost metala zavara se može poboljšati povedanjem vremena trajanja i temperature PWHT, ali je važno da se ne prijeđe Ac1 temperatura. Da bi se postigla optimalna ravnoteža puzajudih svojstava i žilavosti, metali zavara se malo razlikuju od kemijskog sastava osnovnog materijala kako slijedi: Niobij Rad na dodatnim materijalima za P91 i P92 je pokazao da smanjenje niobija prema donjoj granici specifikacijskog raspona osnovnog materijala ima koristan učinak na žilavost. Iz tog razloga vedina depozita zavara ima sadržaje niobija od 0,04 ili 0,05%. Iznimka je puna žica za P92 koja daje depozite sa nešto boljom inherentnom žilavosti, i ima karakterističan sadržaj Nb od 0,06%. Nikl Koristan je u poboljšanju žilavosti iz dva razloga; smanjuje Ac1 temperaturu i to Poboljšava reakciju na popuštanje i smanjuje sklonost za neželjene delta ferit formacije. Međutim, previše nikla (>1%) je štetno u smislu da može sniziti Ac1 ispod PWHT temperature i to rezultira stvaranjem friškog nepopuštenog martenzita. Previše nikla može rezultirati smanjenjem puzajudih svojstava. Stoga je nikl kontroliran na razini od oko 0,5%.

5

Kobalt Sadržaj Ni+Mn mora biti ograničen jer ako je sadržaj Ni+Mn prevelik, može sniziti Ac1 temperaturu. Utvrđeno je da Co može biti zamjena za Ni da bi osigurao više dosljedniju žilavost. Mangan Opdenito je kontroliran s višim sadržajem nego u osnovnom materijalu da

pripomogne dezoksidaciji i osigura ispravni depozit zavara. Svakako je važno da kombinacija mangana i nikla nije tako velika da je smanjena Ac1 temperatura pa postoji opasnost od reformacije austenita na višim PWHT temperaturama. Mogude je da de neke budude specifikacije ograničiti Mn+Ni na 1,5% ili manje, kao što je slučaj sa P91.

Silicij On je bitan dezoksidant i vezan s kromom pridonosi, u maloj mjeri, oksidacijskoj otpornosti legure na višim temperaturama pare. No niže razine silicija su korisne za žilavost zavara. Dodatni materijal proizvođača Metrode opdenito ima razinu silicija u rasponu od 0,2 do 0,3%. Vanadij Svi imaju neznatan utjecaj na žilavost, osim ako je neipravan razmjer doveo do Ugljik formacije ferita. Stoga vrijednosti i rasponi su u suštini isti kao i kod P92 osnovnog Dušik materijala da bi se održala dobra puzajuda svojstva.

4. PREDGRIJAVANJE, MEĐUPROLAZNA TEMPERATURA, DOGRIJAVANJE I PWHT Ovo poglavlje razjašnjava situaciju u pogledu raznih toplinskih operacija u pogledu praktičnih razmatranja.

4.1 Predgrijavanje i međuprolazna temperatura Zavarivanje P92 zahtjeva predgrijavanje da bi se izbjegao rizik od vodikovih pukotina. Iako je prokaljivost P92 veda nego kod P22 (10CrMo9-10) i blago veda nego kod P91, zahtjevano predgrijavanje za eliminaciju vodikovih pukotina u Y-žlijebu je niže nego ono koje se zahtjeva za P22 i samo mrvicu vede nego ono zahtjevano za P91, kao što je prikazano na slici 2. Ovo se može objasniti nižim transformacijskim temperaturama i P92 i P91 u kombinaciji sa korisnim utjecajem malo zaostalog austenita unutar temperaturnog raspona predgrijavanje-međuprolaz. Osim mogudnosti za neke TIG aplikacije, predgrijavanje od 200°C je standardno, bez obzira na debljinu materijala. Kod TIG zavarivanja, s vrlo niskim potencijalnim vodikom, to se može smanjiti na 100-150°C. Maksimalna međuprolazna temperatura je obično ograničena na oko 300°C da se osigura da se svaki prolaz zavara čvrsto transformira u martenzit koji de biti djelomično popušten sljededim prolazima (vidi sliku 3 koja prikazuje CCT dijagram za P92).

6

Slika 2 – P92 rezultati testa na pukotine u Y-žlijebu koji prikazuju povezanost sklonosti

pukotinama/temperatura predgrijavanja, u usporedbi sa P22, P91 i P122

4.2 Dogrijavanje Dogrijavanje je izraz koji se koristi za opis prakse održavanja temperature predgrijavanja ≈ 200°C kroz 2-4 sata, ili dulje za vrlo debele proizvode, nakon završetka zavarivanja. Ova procedura je napravljena radi uklanjanja difuzijskog vodika i da bi dopustila sigurno hlađenje debelih zavarenih spojeva do sobne temperature. Da bi bilo učinkovito kod P92, djelomično ohlađivanje ispod temperature predgrijavanja je neophodno da se eliminira netransformirani austenit prije zagrijavanja za naknadnu toplinsku obradu , jer je vodik zarobljen u austenitu i izlazi iz njega daleko sporije nego iz martenzita. Sredom, za razliku od ranijih viših ugljičnih legura X20 (12CrMoV), dogrijavanje se ne smatra neophodno za P92 (i P91), te u praksi zavari tanji od 50mm mogu se lagano ohladiti do sobne temperature bez problema. Međutim, treba paziti da se izbjegnu mehanički i toplinski šokovi sve dok se komponente ne podvrgnu PWHT-u. Za sekcije deblje od 50mm trenutna preporuka je da se ne hlade na niže od 80°C. Nepopušteni zavareni spojevi mogu biti izloženi pukotinama zbog korozijskih naprezanja ako su izloženi vlažnim stanjima u bilo kojem vremenskom trajanju.

Slika 3 – CCT (dijagram kontinuiranog hlađenja) dijagram za P92

7

5.3 Naknadna toplinska obrada (PWHT) Tvrdoda transformiranog martenzitnog P92 metala zavara i zone utjecaja topline je slična onoj od P91 i iznosi oko 400-450HV, tako da je PWHT obavezna bez obzira na debljinu. Pri završetku zavarivanja važno je ohladiti ispod 100°C prije potpune PWHT; ovo osigurava da je kompletirana transformacija martenzita prije PWHT koja rezultira popuštanjem. CCT dijagram prikazan na slici 3 pokazuje da početna temperatura nastajanja martenzita(Ms) leži između 300 i 400°C, a završna temperatura nastajanja martenzita (Mf) između 200 i 300°C, ovisno o brzini hlađenja. Prikazani podaci odnose se na osnovni materijal, a ispitivanja na P92 metalima zavara su pokazala Mf temperature niskima (105°C). Preporučeno je da se proizvodi ohlade ispod ≈ 100°C minimalno 2 sata prije PHWT. Postoje određena ograničenja postavljena na odabir prikladne PWHT temperature. Minimalna temperatura ne bi trebala biti manja od 730°C prema ASME kodu, ali u praksi za popuštanje metala zavara koje de se održati u razumnom vremenskom periodu, temperatura treba biti znatno iznad ovog minimuma, npr. 760°C. Neki proizvođači osnovnog materijala popuštaju osnovni materijal u rasponu od 750-780°C. Neke specifikacije daju maksimalnu temperaturu ali u bilo kojem slučaju PWHT ne smije prijedi Ac1 temperaturu jer de to rezultirati formiranjem friškog austenita i stoga nepopuštenim martenzitom pri hlađenju koje slijedi. Postoje neke nesigurnosti o točnoj Ac1 temperaturi za metal zavara ali je vjerovatno da je manja od 845°C koja je obično navedena za osnovni materijal. Vrijednosti za metale zavara koje sadrže znatne količine mangana i nikla (oba snižavaju Ac1 temperaturu) mogu biti niže od ove temperature. Mjerenja provedena na Metrode depozitima (REL, EPP i MAG) pokazuju Ac1 temperature u rasponima od 790-810°C. Ovo rezultira vrlo uskim dopuštenim PWHT temperaturnim rasponom i 760°C je najčešde odabrana PWHT temperatura. Popuštanje P92 je takvo da je preporučljiva PWHT od minimalno 2 sata, a 4 sata se preferira za sve druge postupke zavarivanja osim TIG-a. Krada trajanja mogu biti prikladna za tankostijene cijevne zavare (pola sata je primjenjljivo za P91) ali treba znati da popuštanje (a time i tvrdoda/žilavost) ovise o temperaturi i trajanju PWHT.

5. RASPON METRODE DODATNIH MATERIJALA ZA P92

Tablica 5 daje pregled Metrode-ovih dodatnih materijala za P92. Kratak opis svakog dodatnog materijala je dan u ovom poglavlju zajedno sa bitnim parametrima zavarivanja, gdje je primjenjivo. Tipični kemijski sastav depozita zavara za svaki tip dodatnog materijala je dan u tablici 6, koja također sadrži, radi usporedbe, specifični raspon kemijskog sastava za leguru P92.

Tablica 5 – Metrode P92 dodatni materijali za P92

Metrode trgovačko ime Postupak zavarivanja Specifikacija

Chromet 92 REL elektroda Ne postoji još specifikacija

9CrWV TIG šipka Ne postoji još specifikacija

Supercore F92 MAG (praškom punjena žica) Ne postoji još specifikacija

9CrWV EPP žica Ne postoji još specifikacija

LA491 EPP prašak

BS EN 760 SA FB 2 55 AC

LA 492 EPP prašak

BS EN 760 SA FB 1 55 DC

9CrWV + LA 491 EPP žica + prašak Ne postoji još specifikacija

8

Tablica 6 – Tipični P92 kemijski sastav depozita zavara

Kemijski element, wt%

C Mn Si S P Cr Ni Mo W Nb V N Al B

P92 legura min.

0.07 0.30 - - - 8.50 - 0.30 1.50 0.04 0.15 0.03 - 0.001

P92 legura max.

0.13 0.60 0.50 0.01 0.02 9.50 0.40 0.60 2.00 0.09 0.25 0.07 0.04 0.006

9CrWV žica1

0.12 0.71 0.29 0.008 0.009 9.00 0.50 0.50 1.70 0.06 0.20 0.05 <0.01 0.003

9CrWV TIG depozit

0.10 0.74 0.23 0.006 0.007 8.50 0.50 0.40 1.70 0.05 0.17 0.03 <0.01 0.002

Chromet 92 REL depozit

0.11 0.60 0.25 0.008 0.008 9.00 0.60 0.50 1.70 0.05 0.20 0.03 <0.01 0.003

Supercore F92 MAG depozit2

0.11 0.80 0.29 0.006 0.017 9.00 0.50 0.50 1.70 0.04 0.20 0.04 <0.01 0.003

9CrWV/ LA491 EPP depozit3

0.09 0.76 0.29 0.005 0.01 8.50 0.50 0.40 1.70 0.04 0.16 0.04 <0.015 0.001

NAPOMENE:

1 kemijski sastav pune žice/šipke za TIG/EPP 2 Zaštitni plin: Ar + 20%CO2 3 Prašak: LA491

5.1 REL – Chromet 92 Rel zavarivanje je još uvijek najprilagodnije od elektrolučnih postupaka i stoga se široko koristi za konstrukcijske i izradbene radove, posebno kod reparaturnih radova na terenu. Tipična područja primjene su prikazana u tablici 4. Tipična analiza depozita je dana u tablici 6, a mehanička svojstva su pokrivena u poglavlju 7. P92 čelici su potpuno martenzitni pod gotovo svim uvjetima hlađenja, i stoga kod zavarenih spojeva vrijednosti tvrdoda su visoke (≈450HV). Ovo znači da su pogotovo važne mjere opreza za izbjegavanje vodikovih pukotina. Zahtjevi za predgrijavanjem su prikazani u točci 5.1, ali kod REL elektroda, kritični su vlažnost obloge, a prema tome i mogudnost vodika. Da se osigura niski udio vlage, kod dostave, i nakon nekog vremena izloženosti atmosferi, elektrode se proizvode koristedi posebno dizajnirani sustav za vezivanje praška. Chromet 92 elektrode se dostavljaju u hermetički zatvorenim metalnim limenkama kao što je definirano u AWS A5.5, paragraf 22.2. Sadržaj vlage u zapakiranim elektrodama je ≤0.15%, a sadržaj vlage kod izloženosti je ≤0.40%, kao što je navedeno u AWS A5.5 (27°C – 85% relativna vlažnost zraka). U AWS terminologiji, ove elektrode su klasificirane sa sufiksom H4R. Chromet 92 je bazična niskovodična elektroda sa oblogom otpornom na vlagu napravljena kako bi dala niske razine vodika u metalu zavara. Elektroda je proizvedena s potpunim podudaranjem pune žice za P92 leguru. Elektroda radi na DC+ (istosmjerna struja, +pol), ali i na AC (izmjenična struja), ali se DC+ preferira za vedinu primjena. Elektrodom se može zavarivati u svim položajima, osim vertikalno-dolje, i pogodna je za zavarivanje učvršdenih cijevovoda u 5G/6G položajima.

9

5.2 TIG – 9CrWV Postoji potreba za punu žicu za zavarivanje P92 pogodnu za TIG zavarivanje. Ovaj postupak se obično koristi za korijeno zavarivanje i za cijevi malih promjera. Neki proizvođači su uložili u opremu za orbitalno (automatsko TIG) zavarivanje, posebno za zavarivanje tankih zidnih cijevi. Za ove aplikacije žica je dostupna u malim promjerima na kolutima.

5.2.1 9CrWV Tig žica – analiza U tablici 6 su navedeni tipična analiza TIG žice i depozita. U nekim normama, za primjer P91, klasifikacija pune žice se bazira na analizi žice. Kao što se vidi u tablici 6, analiza depozita može biti blago drukčija od certificiranog kemijskog sastava žice. Kod TIG postupka, žica je rastaljena u metalnoj kupci i stoga su vrlo mali gubici glavnih legirajudih elemenata; ali ipak mali gubici dezoksidanata, Mn, Si i C se mogu pojaviti. Uobičajeni gubitak sadržaja ugljika može biti 0.01-0.02%.

5.2.2 Proceduralni aspekti TIG zavarivanje P92 koristedi 9CrWV se provodi uz korištenje čistog argona sa wolfram elektrodom na DC- polaritetu. Pošto su mnoge primjene za depozit korijenih prolaza, važno je osigurati ispod-površinsku zaštitu prolaza zavara koristedi formir plin, koji treba koristiti za barem prva tri prolaza. Najčešde korištena veličina za ručno TIG korjeno zavarivanje je 2.4mm promjer korišten zajedno sa sličnim promjerom 2% torirane wolfram elektrode. Uz korištenje DC-, tipični parametri su oko 90A, 12 V, sa brzinom protoka plina od oko 10l/min.

5.3 MAG praškom punjena žica – Supercore F92 Metrode praškom punjene žice za CrMo čelike otporne na puzanje su sada dobro ustrojene i vrlo iskoristive zbog lakode korištenja i produktivnih prednosti koje se mogu ostvariti. Ove prednosti se pokazuju i u radioničkim i terenskim aplikacijama, ali glavni interes je u produktivnim prednostima koji se može postidi u zavarivanju debelih zidnih cijevi u učvršdenim 5G/6G položajima zavarivanja. Supercore F92 praškom punjena žica je razvijena posebno za ovaj tip aplikacije.

5.3.1 Proceduralni aspekti Ar-20%Co2 plinska mješavina je preferirani zaštitni plin za korištenje kod zavarivanja sa Supercore F92. Može se postidi poboljšana žilavost uz malo slabije karakteristike luka korištenjem Ar-5%CO2. Za slučajeve gdje Ar-20%CO2 zaštitni plin nije lako dostupak, Supercore F92 se može zavarivati i sa 100% CO2, ali se zahtjeva nešto vedi (za 2V) napon luka. Tipična analiza Supercore F92 depozita sa Ar-20%CO2 je dana u tablici 6. Zavarivati treba na DC+ i treba notirati da optimalni uvjeti zavarivanja ovise o položaju zavarivanja. Preporučeni uvjeti zavarivanja su navedeni u tablici 7.

Tablica 7 – Parametri zavarivanja za Supercore F92

Zaštitni plin

Slobodni kraj žice (mm)

Jakost struje (A) Napon (V)

Raspon parametara

Ar-20%CO2

10-25 140-280 24-30

Zavarivanje prema dolje - tipično

15-20 200 28

5G/6G tipično 15 150 25

Raspon parametara

100%CO2

10-25 140-280 26-32

Zavarivanje prema dolje - tipično

15-20 200 30

5G/6G tipično 15 150 27

10

6.4 EPP kombinacija žica+prašak – 9CrWV + LA491/LA492 Za komponente gdje je praktično mehanizirano zavarivanje i spojevima se može manipulirati u horizontalnom položaju (ili rotirajudim), EPP se često preferira, a EPP je ujedno i najproduktivniji postupak zavarivanja. Korištenje žice od promjera 2.4mm 9CrWV u kombinaciji sa Metrode LA492 praškom je preporučljivo, ali se također može koristiti i LA491. 9CrWV žica se dostavlja na kolutima za EPP zavarivanje pod istim uvjetima dostave kao i za TIG zavarivanje. Tipični EPP kemijski sastav metala zavara je naveden u tablici 6. Postoji mali utjecaj praška, ali kemijski sastav je vrlo blizu ostalim Metrode P92 dodatnim materijalima. Može se primjetiti da je blago smanjen sadržaj ugljika i da postoji mali gubitak silicija zbog praška.

6.4.1 Proceduralni aspekti 9CrWV EPP žica se dostavlja prema standardnom promjeru od 2.4mm. Tipični parametri zavarivanja za 2.4mm promjer, DC+ sa LA491 praškom su dani u tablici 8.

Tablica 8 – Parametri zavarivanja za P92 sa EPPpostupkom

Prašak Promjer žice

(mm) Slobodni kraj

žice (mm) Jakost struje

(A) Napon (V)

Brzina zavarivanja (mm/min)

LA491 Ili

LA492 2.4 20-25 350-500 (DC+) 28-32 400-500

LA491 prašak pruža dobro otpadanje troske i dobar izgled prolaza zavara. LA491 prašak je floridni bazični aglomerirani prašak sa bazičnim indeksom od otprilike 2.7. LA492 pruža odlično otpadanje troske i kozmetički izgled prolaza zavara. LA492 je kalcijev-silikatni aglomerirani prašak sa bazičnim indeksom od oko 2.2. Kao kod EPP zavarivanja bilo kojeg niskolegiranog čelika, važna je kontrola vodika (vidi točku 6.1 za REL) što znači da obavezno ispravno skladištenje praška. Dijagram toka koji ocrtava opdi proces rukovanja praškom je prikazan na slici 4. Ako je prašak recikliran, lijevak uređaja za zavarivanje treba periodično puniti s novim praškom da bi se spriječilo nakupljanje grudica praška. Prašak koji ima vlage ili je bio izložen atmosferi 10 sati ili dulje, potrebno je ponovo pedi na 350-400°C u trajanju od 2 sata.

Slika 4 – Kontrola i skladištenje LA491 ili LA492 EPP praška

11

6. MEHANIČKA SVOJSTVA METALA ZAVARA

6.1 Vlačna svojstva na sobnoj temperaturi Visoka otpornost omekšavanju pomodu PWHT (otpor na popuštanje) je bitna značajka P92 metala zavara. To je također svojstvo visoko temperaturne (superkritične) zone utjecaja topline zavarenih spojeva. Stoga , sve vlačne čvrstode zavarenih spojeva de uvijek nadmašiti osnovni materijal P92 i poprečno ispitivanje zavara obično pada u osnovnom materijalu, izvan otvrdnute zone utjecaja topline. Tipična vlačna svojstva zavarenih spojeva na sobnoj temperaturi, za metale zavara učinjene sa Metrode P92 su navedena u tablici 9. Opde sličnosti sa P91 metalima zavara su prikazane na slici 5 preko povezanosti između čvrstode i tvrdode uzete iz srednje sekcije zavarenih komada. U tablici 9, podaci za TIG i REL metale zavara su dani nakon PWHT na 760°C za 2 i 4 sata, dok je za MAG i EPP zavarivanje prikazano samo za 4 sata. Može se vidjeti da postoji mali efekt u smanjenju vlačne čvrstode kod produženja vremena PWHT i da su čvrstode vrlo slične za sve postupke. Jedina vidljiva razlika je nešto bolje izduljenje koje se pokazuje kod TIG zavara. Tablica 9 – Vlačna svojstva Metrode P92 metala zavara na sobnim i povišenim temperaturama

Dodatni materijal

PWHT temp/vrijeme

°C/sati

Ispitna temperatura

°C

Vlačna čvrstoda

MPa

0,2% granica

razvlačenja MPa

Izduljenje 4d%

Redukcija područja

%

Tvrdoda srednje sekcije zavara

HV

9CrWV TIG

760/2 20 766 650 25 25 256

760/4

20 550 600 650

751 455 387 312

645 374 282 200

29 25 11 28

70 82 85 89

259 - - -

Chromet 92 REL

760/2 20 752 627 21 49 246

760/4

20 550 600 650

764 511 422 340

635 419 320 229

22 15 20 20

50 64 73 80

245 - - -

Supercore 92 MAG

760/4

20 550 600 650 700

774 471 400 308 215

649 358 294 194 125

21 19 25 27 26

50 68 77 81 86

252 - - - -

9CrWV+LA491 EPP

760/4 20 715 584 24 62 241

9CRWV+L2N EPP

760/4 20 722 590 20 50 247

12

Slika 5 - Povezanost između čvrstode (vlačna čvrstoda i 0,2% granica razvlačenja) i tvrdode za P92. Naznačene točke su za P92 i za usporedbu dvije linije pokazuju istu povezanost za P91

6.2 Vlačna svojstva na povišenim temperaturama Za leguru dizajniranu za rad na 500-625°C, visoko temperaturna svojstva P92 metala zavara su od velike važnosti. Vruda vlačna ispitivanja ne predstavljaju dugotrajne radne uvjete za P92 metale zavara zbog kratkotrajne prirode ispitivanja, ali ona omoguduju prikladnu metodu za usporedbu metala zavara sa osnovnim materijalom izvedena pod sličnim uvjetima. Viskotemperaturni vlačni podaci u rasponu od 550-700°C su dani u tablici 9, a i prikazani su iscrtkani usporedno s podacima za osnovni materijal na slikama 6 i 7. Može se vidjeti da su vlačne čvrstode i 0,2% granica razvlačenja Metrode metala zavara, za sve P92 dodatne materijale, vede od onih minimalnih za osnovni materijal u temperaturnom području interesa. Međutim, tu je neka približnost rezultata na temperaturama koje se približavaju 700°C, a na temperaturama preko 600°C rezultati metala zavara su niži od prosječnih za 0,2% granicu razvlačenja osnovnog materijala. Izvješda o ispitivanjima zavarenih spojeva vrudim vlačnim ispitivanjem su provedena na uzorcima s izmjerenim promjerom od samo 5 mm. Postoje neki dokazi da vrijednosti čvrstoda na uzorcima malih promjera mogu biti konzervativni u usporedbi sa uzorcima vedih promjera. Ispitni rezultati su od uzdužnih eprueta metala zavara, dok su vlačna ispitivanja provedena poprečno na zavarene spojeve pala u osnovnom materijalu na vlačnoj čvrstodi jer su se pokazale niže vrijednosti oko 10-15% na osnovnom materijalu.

13

Slika 6 - Podaci o vlačnoj čvrstodi na povišenim temperaturama za Metrode P92 metale zavara

uspoređeni sa osnovnim materijalom

Slika 7 - Podaci o 0,2% granici razvlačenja na povišenim temperaturama za Metrode P92 metale

zavara uspoređeni sa osnovnim materijalom

14

6.3 Svojstva puzanja Ispitivanja vremenske čvrstode na uzorcima zavarenih spojeva pokazuju da su svojstva unutar obujma osnovnog materijala i opdenito na ili iznad prosjeka osnovnog materijala. Slika 8 prikazuje Larson-Millerovu krivulju usporedbe TIG, REL, MAG i EPP metala zavara s osnovnim materijalom.

Slika 8 - Ispitivanja vremenske čvrstode zavarenih spojeva

6.4 Žilavost metala zavara Može se tvrditi da je žilavost P92 metala zavara, koja je dizajnirana za rad u temperaturnom rasponu od 500-625°C predmet nevažnog razmatranja, jer je daleko iznad temperature gdje postoji rizik od krtog loma. Ali ipak postoje situacije u kojima komponente mogu biti tlačene ili strukturno opteredene na sobnim temperaturama tokom ispitivanja ili izgradnje. Jedan primjer je hidrostatsko ispitivanje, koje ovisi o zahtjevima normi, i može se provesti na temperaturama između 0 i 30°C. ASME smjernice preporučuju minimalno hidrostatsko ispitivanje na 20°C. Radi sigurnosti za ovakve situacije, od nekih tijela je razmatrano da metal zavara treba prijedi minimalnu žilavost na 20°C. Prilog u AWS A5.5 predlaže da se pogodni kriteriji za ispitivanje mogu dogovoriti između dobavljača i kupca, ako se zahtjeva. S druge strane, europska specifikacija BS EN 1599 zahtjeva minimalnu prosječnu vrijednost od 47J i minimalnu pojedinačnu vrijednost od 38J na 20°C za P91 REL metal zavara. Mogude je da de budude specifikacije za P92 biti sličnih vrijednosti, ali referenca na tablicu 10 de pokazati da de takve vrijednosti biti teško postidi sa nekim dodatnim materijalima u kombinaciji sa realnim PWHT temperaturama i vremenima trajanja. PWHT temperature i vrijeme dani u tablici su oboje vede od onih korištenih za P91 i odražavaju vedu otpornost na popuštanje nego P92. Kao što je ved rečeno, PWHT temperatura je ograničena Ac1 temperaturom i PWHT trajanje reflektira praktična i ekonomska razmatranja. Osim toga, može biti teško opravdati potrebu za vedim Charpyevim vrijednostima od onih specificiranih u istom BS EN standardu kao za X20 (12CrMoV); dobro uspostavljeni metal zavara sa zahtjevima od 34J prosjek i 22J minimalnu pojedinačnu vrijednost na 20°C.

15

Tablica 10 – Tipične vrijednosti žilavosti zavarenih spojeva za P92 dodatne materijale

Dodatni materijal

Plin ili prašak PWHT °C/h

Ispitna temperatura

°C

Žilavost1

J mm

9CrWV TIG

Čisti Argon

760/2 0 90 1.08

20 168 2.06

760/4 0 182 2.13

20 212 2.25

Chromet 92 REL

-

760/2 20 50 0.80

760/4 0 37 0.61

20 70 1.10

Supercore F92 MAG

Argon-20%CO2 760/4

20 26 0.39

70 60 0.94

760/8 20 69 0.41

9CrWV EPP

LA491 760/2 20 35 0.52

760/4 20 43 0.76

NAPOMENA: 1 Neizbježno je da de biti određeni stupanj varijacija u udarnim svojstvima od šarže do šarže, ali vrijednosti navedene iznad su

reprezentativne za trenutna ispitivanja.

Iako je ispitna temperatura od 20°C obično specificirana za udarna ispitivanja, manje varijacije u ovoj ispitnoj temperaturi mogu rezultirati značajnim promjenama u udarnim vrijednostima. To nastaje zbog prijelazne temperature za REL P92 metal zavara i javlja se u temperaturnom rasponu od 0-40°C. Tipična udarna svojstva dosegnuta sa Metrode P92 dodatnim materijalima su prikazana u tablici 10. Može se vidjeti da su TIG i REL dodatni materijali sposobni dosedi prosjek od 47J na 20°C, iako REL depoziti tek dosežu ovu vrijednost. MAG i EPP zavari malo opadaju od ovog osobitog zahtjeva. Pregled povezanosti pronađen između Charpyeve apsorbirane energije i bočnog širenja je prikazan na slici 9. Ovaj printani zapis uključuje rezultate ispitivanja na 0°C i na 20°C i dodatne statistike od razvijenih podataka. Bočno širenje obično se „proziva“ kao zarezni kriterij duktilnosti za energetske materijale ili zavare, ali ovdje se čini da pri usporedbi s prosječnim tendencijama za P91 metal zavara, P92 zavari mogu imati malo vedu zareznu duktilnost.

16

Slika 9 - Povezanost između Charpyeve udarne radnje loma i bočnog širenja za P92 metale

zavara u usporedbi sa prosječnim pravcem za P91 metale zavara Postoje 4 faktora koja imaju utjecaj na žilavost metala zavara: kemijski sastav, PWHT, postupak zavarivanja i mikrostrukturna usklađenost. Oni su detaljnije opisani u sljededim točkama. Veda otpornost na popuštanje je također jedan faktor koji otežava postizanje dobre žilavosti u P92 depozitima sa realno kratkim PWHT režimima ili na nižim temperaturama unutar dopuštenog raspona popuštanja. Modifikacije kemijskih sastava za metale zavara, o kojima se ved raspravljalo u poglavlju 4 su primarno dizajnirani da poboljšaju žilavost pružajudi bržu reakciju na popuštanje.

6.4.1 Kemijski sastav Opdenito, oni elementi koji su korisni u poboljšanju puzajudih svojstava su štetni u pogledu žilavosti; npr. Nb, V, W i u manjoj mjeri N i Si. Kemijski sastav uravnotežen radi ograničenja formiranja delta ferita, također šteti žilavosti, no daje potpuno martenzitnu strukturu i pomaže doprinosu optimalne žilavosti i puzajudih osobina.

6.4.2 PWHT Bitno je ne propisati PWHT na prevelike temperature zbog opasnosti od reformacije austenita i naknadne transformacije u friško nepopušteni martenzit, posebno kod metala zavara koji sadrže nikl i mangan. U praksi za P92 metale zavara PWHT temperatura od 760°C se treba koristiti kroz period od 2 do 4 sata, ovisno o debljini i postupku zavarivanja. Ovo bi trebalo dati zadovoljavajude rezultate i osigurati da su tvrdode ispod 300 HV kroz zavareni spoj i tipično 250 HV u metalu zavara.

6.4.3 Postupak zavarivanja Odabir postupka zavarivanja može imati dramatični učinak na žilavost P92 metala zavara zbog efekata od prašaka i zaštitnih plinova. Iz tablice 10 može se vidjeti da su najvede žilavosti postignute sa TIG postupkom koji daje niski sadržaj kisika metalu zavara, tipično manje od 100-200 ppm. Postupci pod zaštitom praška poput REL-a, MAG-a i EPP-a daju sadržaj kisika u rasponu od 400 do 800 ppm, i ti vedi sadržaji kisika rezultiraju znatnim smanjenjem vrijednosti žilavosti.

17

6.4.4 Mikrostrukturna usklađenost Iako ovdje nije detaljno opisana, mikrostrukturna usklađenost, koja je pod utjecajem unosa topline, veličine prolaza i redoslijeda prolaza može također utjecati na žilavost metala zavara. To opdenito vrijedi za metale zavara koji su prošli austenitnu transformaciju tokom hlađenja i dogrijavanje kod višeprolaznog zavarivanja. Ispitivanja pokazuju da tanji zavari rezultiraju superiornom usklađenosti metala zavara i time daju bolja udarna svojstva. Za P91 REL depozite, ispitivanja su pokazala da ovo rezultira u poboljšanjima do 50% u udarnim vrijednostima na 20°C. Ispitivanja provedena od strane Metrode-a nisu pokazala tako jasne razlike u udarnim svojstvima kod varijacija u veličini i smještaju prolaza. Niz ispitivanja proveden korištenjem Chromet 92 REL elektroda je bio osmišljen da se provjere ekstremne varijacije u proceduri zavarivanja, u opsegu od prolaza napravljenih šetanjem, AWS klasifikacijske procedure i širokog njihanja sa različitim debljinama prolaza (1,5 mm do 4 mm debljine). Prosječna žilavost na 20°C je u rasponu od 63J do 77J čak i kod znatnih varijacija u proceduri. Najvedu prosječnu žilavost daje zavarivanje prolaza šetanjem.

7. ZAVARIVANJE P92 S RAZNORODNIM MATERIJALIMA

P92 se logično primjenjuje gdje je njegova kombinacija svojstava najprikladnija. Stoga je neizbježno da de se u mnogim slučajevima zahtjevati zavari između P92 i drugih raznorodnih čelika otpornih na puzanje. Ovo može uključiti P91 ili niže legirane feritno-bainitne tipove poput P22 (2 ¼ Cr-1Mo) ili neke od legura koje naginju CrMoV čeliku otpornom na puzanje. Ponekad se zavareni spojevi mogu zahtjevati između P92 i austenitnih nehrđajudih vatrootpornih čelika poput 316H.

7.1 P92 s P91 Vrlo je vjerovatno da de se na bilo kojem projektu gdje se koristi P92 također koristiti komponente od P91, što se mora međusobno zavariti. S obzirom na sličnosti između dva materijala treba biti mogude ostvariti dobre zavarene spojeve između P92 i P91 koristedi ili P92 ili P91 dodatni materijal. Zbog relativnih troškova i bolje dostupnosti P91 dodatnih materijala, oni de vjerovatno biti najšire korišteni za raznorodne spojeve između P92 i P91. PWHT se stoga može provesti po normalnim režimima, npr. na 760°C.

7.2 P92 s P22 ili drugim niže legiranim čelicima

Druge specifikacije koje nude relativne smjernice za zavarivanje raznorodnih čelika otpornih na puzanje su AWS D10.8 i BS 2633. U AWS D10.8 navedene su 4 mogude opcije za kompoziciju metala zavara, a to su:

1) odgovarajuda niža legura, 2CrMo 2) odgovarajuda viša legura, P92 3) srednje prijelazna kompozicija, mogude 5CrMo ili 9CrMo 4) različito od bilo koje od navedenih, u praksi niklom bazirana legura

Prednost se daje korištenju niže legure na temelju toga da bi to trebalo biti dovoljno da odgovara slabijem od dva materijala koji se spajaju. Sličan pristup je prikazan i u BS 2633, ali je tamo predloženo da se koristi prijelazna kompozicija tipa 9CrMo za raznorodne spojeve koji uključuju P91, pa bi to vjerovatno trebalo uzeti i za spojeve koji uključuju P92. U BS 2633 je vedi naglasak dan za razmatranje niklom baziranog dodatnog materijala, dok se u AWS D10.8 ovaj pristup smatra nepotrebnim osim onda kada su uključeni osnovni materijali tipa niklene legure ili nehrđajudi čelici. Korištenje niklenih legura također ograničava opseg za NDT metode. Također je važno uzeti u obzir najprikladnije PWHT režime da se usklade različiti optimalni rasponi za P92 (730-790°C), P22 (obično 680-730°C) i metala zavara. BS 2633 pojašnjava da je PWHT

18

temperatura kompromisna i opdenito se primjenjuje na najnižoj temperaturi za više legirani materijal, iako za optimalna puzajuda svojstva bi se trebala koristiti najviše dozvoljena temperatura za niže legirani materijal. Stoga temperatura oko 720-730°C, kroz 1 do 3 sata, se predlaže za spojeve između P92 i P22. To je dovoljno za popuštanje P92 zone utjecaja topline bez prevelikog popuštanja P22, a također je i zadovoljavajuda temperatura za zavare bilo sa 2CrMo, bilo sa 9CrMo dodatnim materijalima. Međutim, to je preniska temperatura za zadovoljavajude popuštanje ako je metal zavara tipa P91/P92, za koje se predlaže 746°C > 2 sata ili oko ½ sata za male cijevi debljina stijenki <10mm. PWHT je naravno neophodna za popuštanje napetosti i za dobivanje zadovoljavajude duktilnosti i žilavosti zavarenih spojeva. Postoji i tendencija za PWHT (i dugotrajni rad na radnim temperaturama) da bi se potpomogla migracija ugljika oko granica taljenja u prema leguri s vedim sadržajem kroma. Uslijed toga, oslabljena zona osiromašena ugljikom se razvija u pridruženom materijalu s nižim sadržajem kroma, što se može locirati u metalu zavara ili osnovnom materijalu, ovisno o kemijskom sastavu metala zavara. Ako ovo nije previše ozbiljno, krajnji neuspjeh se može očekivati u niže legiranom osnovnom materijalu (npr. u P22 – u osnovnom materijalu uz rub zone utjecaja topline). Čini se da sastav metala zavara preferiran od različitih strana je pod utjecajem njihovih procjena ovih faktora.

7.3 P92 s austenitnim ili više legiranim čelicima Nema znatnih razlika u mišljenima u pogledu na ove kombinacije. Temeljeno na dugogodišnjem iskustvu sa raznorodnim zavarima između feritnih i austenitnih nehrđajudih čelika, niklom bazirani dodatni materijali se koriste jer oni pružaju zahtjevanu metaluršku kompaktibilnost, dugotrajnu vremensku čvrstodu i duktilnost. Iako postoji strmi kompozicijski gradijent u P92 granici taljenja, migracija ugljika ovdje je puno sporija s legurama na bazi nikla i PWHT se može provesti bez problema. U spojevima s austenitnim nehrđajudim čelicima treba se razmotriti utjecaj PWHT na nehrđajudi čelik. Ako se ovo mora izbjedi, P92 treba biti premazan i podvrgnut PWHT-u da bi se popustila zona utjecaja topline prije nego se spoj zavari, osim u slučaju ako je prihvatljiva eliminacija PWHT. Korištenje 309 dodatnih materijala sa modificiranim sadržajem ferita je naznačeno u AWS D10.8 za zavarivanje feritno/martenzitnih čelika sa austenitnim čelicima gdje je radna temperatura spoja ispod 315°C. Iznad ove temperature, pretjerana migracija ugljika, mikrostrukturalna nestabilnost i visoki koeficijent ekspanzije u odnosu na niže legirani materijal vodi nezadovoljavajudim performansama. Odgovarajudi Metrode dodatni materijali, koji odgovaraju srodnim 2CrMo, 5CrMo, 9CrMo, 309 i niklom baziranim dodatnim materijalima, opisanim u ovom poglavlju, su navedeni u tablici 11.

19

Tablica 11 – Metrode dodatni materijali za raznorodne spojeve koji uključuju P92

Legirna grupa Proizvod Postupak AWS BS EN

2CrMo Chromet2 REL E9018-B3 E CrMo2B

2CrMo TIG/MIG ER90S-G CrMo2Si

ER90S-B3 ER90S-B3 -

SA2CrMo EPP EB3 CrMo2

La436 EPP prašak - SA AB 1 67 AC

Cormet 21 MAG E91T1-B3 -

5CrMo/9CrMo Chromet 5 REL E8015-B6 E CrMo5 B

5CrMo TIG/MIG ER80S-B6 CrMo5

Cormet 5 MAG E81T1-B6M -

Chromet 9 REL E8015-B8 E CrMo9 B

9CrMo TIG/MIG ER80S-B8 CrMo9

Cormet 9 MAG E81T1-B8M -

3092 Thermet 309CF REL E309-16 -

309S94 TIG/MIG ER309 309S94

SSB EPP prašak - SA AF2 DC

Niklom bazirana Nimrod 182KS3 REL ENiCrFe-3 E Ni6182

Nimrod AKS4 REL ENiCrFe-2 E Ni6092

EPRI P875 REL - -

20.70.Nb TIG/MIG ENiCrFe-3 S Ni6082

NiCr EPP prašak - SA FB 2

NAPOMENE: 1 Cormet 2 (MAG) praškom punjena žica se pokazala da ima puzajuda svojstva koja prelaze ona od P22 osnovnog materijala, kao

rezultat kontroliranog mikro legiranja 2 Ovi tipovi 309 imaju kontrolirani ferit i modificirani sadržaj ferita i obično se preferiraju na nisko ugljične 309L tipove za rad na

povišenim temperaturama 3 Nimrod 182KS sa visokim sadržajem mangana je najčešde specificirana, posebno za zavare između P92 i austenitnih nehrđajudih

čelika 4 Nimrod AKS koja ima niski sadržaj mangana i niži koeficijent toplinske ekspanzije od Nimrod 182KS može se preferirati za zavare

između P92 i P22 ili niklom baziranih legura 5 EPRI P97 kemijski sastav je specijalno razvijen da se pruži metal zavara sa manjom tendencijom za precipitaciju karbida na

granicama taljenja, koeficijent toplinske ekspanzije koji bolje odgovara osnovnom materijalu i s visoko temperaturnim svojstvima usporedno s novim 9CrMo legurama.