Livslängdsbedömning av blandskarvar

Transkript

1 Livslängdsbedömning av blandskarvar DTU IPL SydTek Jan Storesund, Weilin Zang, Kristian Vinter Dahl, Kjeld Borggreen, John Hald 1

2 Etapp 1 Litteraturstudie och erfarenhetsinventering Blandskarvar mellan martensitiska och låglegerade stål vanligast i Nordiska anläggningar och de blir allt fler Relativt få studier av denna typ i litteraturen samtidigt som de är överrepresenterade i skadestatistiken 2

3 Mål och Nytta av projektet Klargöra långtidsegenskaperna hos blandskarvar mellan martensitiska och låglegerade stål - tre olika typer av svetstillsatsmaterial studeras. Grundmaterial HAZ Avkolad zon Uppkolad zon Svetsgods 2,25Cr1Mo 1. 5Cr 2. 12CrMoV 3. Ni-bas 12CrMoV 3

4 Mål och Nytta av projektet Lösa skadeproblem i blandskarvar Ge rekommendationer om lämpligast svetstillsatsmaterial och värmebehandling Utforma relevanta rutiner angående förutsägelse av återstående livslängd och svetsreparation. 4

5 Projektets uppläggning Tillverkning av tre olika blandskarvar med vardera två olika avspänningsglödgningstemperaturer, 650 och 750 C. Värmebehandling i 1000 timmar vid 4 olika temperaturer mellan C som motsvarar samma värmepåverkan som timmar i drifttemperatur. 5

6 Projektets uppläggning Hårdhetsmätning och metallografiska studier av de olika varianter som ingår i försöksmatrisen. Bestämning av kolhaltsprofiler vid de av- och uppkolade zonerna vid blandskarvarnas smältgränser för ett urval av proverna. Termodynamiska simuleringar av kolhalt och utskiljningar hos av- och uppkolade zonerna för ett urval av både värmebehandlade och driftpåkända fall. 6

7 Projektets uppläggning Simulering av de tre svetsarnas krypbeteende vid drifttemperatur med finita element beräkningar. Särskilt effekterna av systemspänningar och den avkolade zonens storlek studeras. Sammanställning av de olika momenten. Utfärdande av slutrapport med rekommendationer 7

8 Resultat - hårdhet 2,25Cr 5Cr 12Cr; 650 C/2h 2,25Cr 5Cr 12Cr; 750 C/2h 8

9 Resultat - hårdhet 2,25Cr 5Cr 12Cr; 650 C/2h C/1000 h 2,25Cr 5Cr 12Cr; 750 C/2h C/1000 h 9

10 100 Avkolade zonens bredd Höjd av tvärsnitt [%] Cr AG650 5Cr AG750 12Cr AG650 12Cr AG750 Ni AG650 Ni AG Storlek på avkolad zon [um] 10

11 Avkolade zonens bredd 11

12 Kolhaltsprofiler - WDS 0,450 0,45 0,400 0,40 0,350 0,35 0,300 0,30 0,250 0,200 C wt. % 0,25 0,20 Profil 1 Profil 2 0,150 0,15 0,100 0,10 0,050 0,05 0,000 0,00-2,50-2,00-1,50-1,00-0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00-2,50-2,00-1,50-1,00-0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 mm mm 12Cr - 2,25Cr 650 C/2h 12Cr - 2,25Cr 650 C/2h C/1000h 12

13 Termodynamiska simuleringar 12Cr - 2,25Cr 650 C/2h 12Cr - 2,25Cr 650 C/2h C/1000h 13

14 Termodynamiska simuleringar 5Cr1Mo 2,25Cr1Mo 14

15 Termodynamiska simuleringar Avspänningsglödgning 750 C/2h + drift vid 540 C 15

16 Termodynamiska simuleringar Beräknade fasfraktioner efter värmebehandling vid 750 C/2h + drift vid 580 C / h; 5Cr1Mo 2,25Cr1Mo 16

17 Krypsimulering dε dt cr ij 3 1 n [( 1 ρ) + ρ( D) ] υ n = Bσ e 1 2 dd dt D crit [ ασ + (1 α ) σ ] A I = g φ + 1 (1 D) = 1 1/( φ + 1) ( 1 g) φ υ e Skadebildning i 2,25Cr - 12Cr - 12Cr blandskarv med V-fog 17

18 Krypsimulering 2,25Cr 12Cr 12Cr; Spänningsfördelning U-fog 18

19 Krypsimulering 2,25Cr 12Cr med 0,2 mm avkolad zon, utan extra axiell last 19

20 Krypsimulering Fall Svets Avkolad zon (mm) Svetstillsatsmaterial F Brottid (h) X X X X X X Cr Cr Cr med X20 grundmtrl Ni-bas Ni-bas Ni-bas

21 Rekommendationer Svetstillsatsmaterial av 5Cr1Mo till blandskarvar mellan låglegerade stål och 9-12Cr stål. Avspänningsglödgningstemperaturen ska vara så låg som möjligt/tillåtet. Blandskarvar ska utföras med U- eller tulpanfog. En kurvig smältgräns i övrigt genom en stor inträngning samt en utökad bredd av det övre lagret av svetssträngar. 21

22 Rekommendationer Ultraljudsprovning som komplement till magnetpulver- och replikprovning Kontroll av selektiv korngränskorrosion i den avkolade zonen. Reparationssvetsning; HAZ och avkolad zon ska avlägsnas i sin helhet på den kritiska sidan av en svets. Krypskador kan klassificeras enligt Nordtest TR 302 för de studerade typerna av blandskarvar. Hälften av motsvarande tidsintervall för artlika svetsar i Nordtest TR 348 [21] kan rekommenderas tills vidare för de studerade typerna av blandskarvar. 22

23 Utvecklingsmöjligheter Optimering av foggeometri och avspänningsglödgning Införskaffande av erfarenhet av krypskadeutvecklingen från blandskarvar av typen 2,25Cr/P91 med hjälp av replikprovning och mätning av avkolade zoner. Införskaffande av erfarenhet av krypskadeutvecklingen från andra blandskarvar med hjälp av replikprovning och mätning av avkolade zoner. Utveckling av standardiserade metoder för uppmätning av bredden av avkolade zoner. 23

24 Utvecklingsmöjligheter Genomföra krypsimuleringar på blandskarvar med avkolade zoner som har föreslagna geometrier, utöver U- eller tulpanfog även breddat lager av strängar överst i svetsen och vågig smältgräns i övrigt. Utföra kompletterande termodynamiska simuleringar där svetsgodsets verkliga sammansättning samt analyserade karbidtyper och -morfologi tas med i indata för simuleringarna. 24