Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian làm việc đến tổ chức và tính chất của thép bền nhiệt ASTM A335 2009 03 P91 dùng làm các chi tiết trong bộ hơi quá nhiệt của nhà máy nhiệt điện

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian làm việc đến tổ chức và tính chất của thép bền nhiệt ASTM A335 2009 03 P91 dùng làm các chi tiết trong bộ hơi quá nhiệt của nhà máy nhiệt điện Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian làm việc đến tổ chức và tính chất của thép bền nhiệt ASTM A335 2009 03 P91 dùng làm các chi tiết trong bộ hơi quá nhiệt của nhà máy nhiệt điện luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM HỒNG THÁI ẢNH HƯ NG C A NHI T ĐỘ VÀ THỜI GIAN ÀM VI C Đ NT CH C VÀ T NH CH T C A TH P B N NHI T ASTM A335:2009-03 P91 D NG ÀM CÁC CHI TI T TRONG BỘ H I QUÁ NHI T C A NHÀ MÁ NHI T ĐI N UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT I U KIM OẠI HÀ NỘI – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM HỒNG THÁI ẢNH HƯ NG C A NHI T ĐỘ VÀ THỜI GIAN ÀM VI C Đ NT CH C VÀ T NH CH T C A TH P B N NHI T ASTM A335:2009-03 P91 D NG ÀM CÁC CHI TI T TRONG BỘ H I QUÁ NHI T C A NHÀ MÁ NHI T ĐI N Chuyên ngành : Khoa học kỹ thuật vật liệu kim loại UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT I U KIM OẠI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TH VÂN THANH HÀ NỘI - 2017 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, hình thành phát triển từ quan điểm cá nhân tôi, hướng dẫn TS Nguyễn Thị Vân Thanh có tham khảo thêm tài liệu đáng tin cậy, có nguồn gốc rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hồn tồn xác trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Tác giả luận văn PHẠM HỒNG THÁI Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Vân Thanh, Bộ môn Vật liệu học, xử lý Nhiệt Bề mặt – Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn tơi thực hồn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo Bộ môn Vật liệu học, xử lý Nhiệt Bề mặt, thầy, cô giáo Phịng thí nghiệm kim loại học, Phịng thí nghiệm Kim tương - Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, hỗ trợ từ Phịng thí nghiệm Hiển vi điện tử Vi phân tích (BKEMMA), Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), cho phép đo hệ SEM – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm thử nghiệm kiểm định công nghiệp - Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ - Vinacomin, Phịng thí nghiệm Posco – Hàn Quốc tạo điều kiện giúp tơi hồn thành đề tài Tác giả luận văn PHẠM HỒNG THÁI Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 11 1.1 Tổng quan thép bền nhiệt sử dụng nhà máy nhiệt điện 11 1.1.1 Thép ferit/mactenxit 9-12% Cr ngành nhiệt điện 11 1.1.2 Tổ chức tế vi chế bền dão thép ferit/mactenxit 9-12% Cr 15 1.2 Tổng quan thép ASTM A335-03 P91 17 1.2.1 Tính chất ứng dụng 17 1.2.2 Chế độ xử lý nhiệt 19 1.2.3 Tổ chức tế vi chế bền dão 19 1.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian làm việc đến thép P91 21 1.3 Tình hình hoạt động nhà máy nhiệt điện Việt Nam 27 1.3.1 Thép nhà máy nhiệt điện 27 1.3.2 Các sai hỏng thường gặp đường ống thép P91 nhà máy nhiệt điện 29 1.4 Mục đích nội dung nghiên cứu 30 1.4.1 Mục đích nghiên cứu 30 1.4.2 Nội dung nghiên cứu 30 CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 31 2.1 Quy trình thực nghiệm 31 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 2.2 Phương pháp thực nghiệm 32 2.2.1 Mẫu thí nghiệm 32 2.2.2 Thiết bị thực nghiệm 34 2.2.3 Quy trình xử lý nhiệt 34 2.2.4 Các phương pháp thiết bị phân tích 35 2.2.4.1 Phân tích tổ chức tế vi 35 2.2.4.2 Phân tích pha định tính 37 2.2.4.3 Phương pháp xác định tính 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Tổ chức tế vi tính chất thép bền nhiệt ASTM A335-03 P91 trạng thái ban đầu chưa sử dụng 42 3.1.1 Thành phần hoá học 42 3.1.2 Tổ chức tế vi thép P91 trạng thái ban đầu 42 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tổ chức thép P91 45 3.3 Ảnh hưởng thời gian nung thời gian làm việc đến tổ chức tế vi thép P91 48 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tính thép P91 57 3.5 Ảnh hưởng thời gian nung thời gian làm việc đến tính thép P91 60 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 63 KẾT LUẬN 63 ĐỀ XUẤT 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần mác thép mactenxit 9% Cr [2] 12 Bảng 1.2 Thành phần mác thép mactenxit 12% Cr [2] 13 Bảng 1.3 Thành phần hoá học 18 Bảng 1.4 Cơ tính 18 Bảng 1.5 Các dự đoán thống kê công suất điện từ nguồn khác vào năm 2020 năm 2030 28 Bảng 2.1 Thành phần hóa học mẫu P91 trạng thái chưa sử dụng 32 Bảng 3.1 Thành phần hóa học mẫu ban đầu chưa sử dụng 42 Bảng 3.2 Kết phân tích phổ EDS mẫu ban đầu điểm 1-1 44 Bảng 3.3 Các giá trị tiêu tính mẫu thời điểm ban đầu 45 Bảng 3.4 Kết kiểm tra thử kéo thép P91 theo quy trình xử lý nhiệt 57 Bảng 3.5 Kết kiểm tra độ cứng thép P91 theo thang đo HB khoảng thời gian khác 59 Bảng 3.6 Kết thử kéo mẫu nung nhà máy 61 Bảng 3.7 Kết kiểm tra độ cứng (HB) thép P91 theo thời gian khác 62 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Quá trình phát triển thép 9-12% Cr [1] 12 Hình 1.2 Độ bền dão 100.000 theo nhiệt độ vài mác thép 9-12% Cr điển hình (thành phần mác thép bảng 1.1 1.2, thép X3CrNiMoN17-13 theo tiêu chuẩn DIN chứa 16-18% Cr) [1] 14 Hình 1.3 Tổ chức tế vi tiêu biểu thép ferit/mactenxit crơm cao (a) có mactenxit [3], (b) mactenxit δ-ferit [4] 15 Hình 1.4 Kích thước pha thứ trình tự tiết pha 10Cr-1W-1Mo-VNb [1] 16 Hình 1.5 Vật liệu cho ống dẫn nước nhà máy điện (DIN: 11CrMo9-10, X8CrNiMoNb16-13, X3CrNiMoN17-13, X6CrNi18-11; ASTM: P91, P92, P911; EN: X20CrMoNiV11-1[6] 19 Hình 1.6 Minh hoạ cấu trúc mactenxit sau ram thép 9-12% Cr 20 Hình 1.7 Tổ chức tế vi thép 9Cr-1Mo sau ram (a) ảnh hiển vi quang học, (b) ảnh SEM [7] 21 Hình 1.8 Sự phát triển pha thứ siêu hạt trình thử dão nung [1]22 Hình 1.9 Hình ảnh SEM thép 9Cr-1Mo sau nung nhiệt độ thời gian khác nhau: (a) 773K (500 oC) 500h, (b trên) 873K (600 oC) 500h, (c) 773K (500 oC) 10000h, (d) 873K (600 oC) 10000h [8] 23 Hình 1.10 Sự thay đổi thành phần nển trình nung thử dão điều kiện, nhiệt độ nung, ứng suất thời gian nung khác [1] 23 Hình 1.11 Sự phát triển cacbit tác dụng nhiệt độ thời gian thép 9Cr1Mo [8] 24 Hình 1.12 Sự thay đổi thành phần M23C6 tác dụng nhiệt độ thời gian [8]25 Hình 1.13 Sự thay đổi độ cứng dọc theo hướng kéo mẫu sau thử dão khảo sát (hình trịn đỏ) so với mẫu thép ban đầu lấy từ đường ống (hình vng đen) [10] 26 Hình 1.14 Sơ đồ nhà máy nhiệt điện đốt than 27 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 1.15 Hình ảnh số hư hỏng ống nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả (a) ống bị nứt chiều dày giảm mức cho phép (b) ống bị tách lớp phần bên ngồi 29 Hình 1.16 Dàn ống bị hư hỏng chiều dày bị giảm 29 Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 31 Hình 2.2 Thiết bị phân tích thành phần kim loại hợp kim75/80J MVU 33 Hình 2.3 Các mẫu thử kéo 33 Hình 2.4 Các mẫu kim tương 33 Hình 2.5 Lị nung có khí bảo vệ HTC 08/16 34 Hình 2.6 Quy trình nung mẫu 35 Hình 2.7 Kính hiển vi quang học Axiovert 25 CA 36 Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-7600F 37 Hình 2.9 Máy thử kéo, thử uốn WEB-1000B 39 Hình 2.10 Tiêu chuẩn thiết kế mẫu thử kéo 40 Hình 2.11 Máy đo độ cứng thô đại 751N-Wilson Wolpert 41 Hình 3.1 Tổ chức tế vi thép P91 trạng thái ban đầu (a) ảnh hiển vi quang học (x1000), (b) ảnh hiển vi điện tử quét SEM (x5000) 43 Hình 3.2 Phổ nguyên tố EDS mẫu ban đầu vị trí hạt pha tiết 43 Hình 3.3 Kết phân tích EPMA mẫu ban đầu 44 Hình 3.4 Tổ chức tế vi mẫu nung thời gian ngày (a) 500 oC, (b) 600 oC, (c) 700 oC 46 Hình 3.5 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu thép P91 (a,b) trạng thái ban đầu, (c,d) sau nung 700 oC ngày 46 Hình 3.6 Kết phân tích EPMA mẫu thép P91 sau nung 700 oC ngày 47 Hình 3.7 Tổ chức tế vi thép P91 sau nung 700 oC thời gian khác (a) ngày, (b) ngày, (c) ngày 49 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.8 Tổ chức tế vi thép P91 sau nung 500 oC thời gian khác (a) ngày, (b) ngày, (c) ngày tổ chức tế vi thép P91 (d) 10 ngày, (e) 20 ngày, (f) 30 ngày đặt đường ống với nhiệt độ 530 oC 16,7MPa 50 Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu (a,b) sau nung ngày 500 oC (c,d) đặt đường ống 530 oC 16,7MPa sau 30 ngày 51 Hình 3.10 Kết phân tích EPMA mẫu thép P91 sau nung 500 oC ngày 52 Hình 3.11 Kết phân tích EPMA mẫu thép P91 đặt đường ống có nhiệt độ 530 oC, áp suất 16,7MPa thời gian 30 ngày 53 Hình 3.12 Tổ chức tế vi thép P91 sau nung 600 oC thời gian khác (a) ngày, (b) ngày, (c) ngày (d) tổ chức tế vi thép ống góp nhiệt cuối làm thép P91 với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa sau thời gian làm việc 10 năm 54 Hình 3.13 Ảnh hiển vi điện tử SEM thép ống góp nhiệt cuối làm thép P91 với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa sau thời gian làm việc 10 năm 55 Hình 3.14 Kết phân tích EPMA mẫu ống thép P91 làm ống góp nhiệt cuối với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa, sau thời gian làm việc khoảng 10 năm56 Hình 3.15 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 48h nhiệt độ khác 57 Hình 3.16 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 96h nhiệt độ khác 58 Hình 3.17 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 144h nhiệt độ khác 58 Hình 3.18 Giản đồ đo độ cứng theo thời gian nhiệt độ thép P91 59 Hình 3.19 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 700 oC thời gian khác 60 Hình 3.20 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 nhà máy thời gian khác 61 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.10 Kết phân tích EPMA mẫu thép P91 sau nung 500 oC ngày Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 52 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.11 Kết phân tích EPMA mẫu thép P91 đặt đường ống có nhiệt độ 530 oC, áp suất 16,7MPa thời gian 30 ngày Như nhận thấy rằng, ảnh hưởng thời gian làm việc khảo sát chưa đủ dài để thấy ảnh hưởng đến tổ chức tế vi thép P91 Vì thép P91 loại thép bền nhiệt, chế tạo cho ứng dụng vùng nhiệt độ 600-650 oC, nên vùng nhiệt độ 500 oC, thời gian ngắn khảo sát ảnh hưởng thời gian làm việc chưa đủ lớn đến thay đổi tổ chức tế vi Khi so sánh tổ chức tế vi mẫu sau nung 500 oC 700 oC khoảng thời gian cho thấy ảnh hưởng nhiệt độ lên tổ chức tế vi thép lớn nhiều so với Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 53 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ảnh hưởng thời gian nung Do đó, khuyến cáo với người sử dụng thép bền nhiệt P91 ứng dụng vùng nhiệt độ cao; cần có theo dõi thay đổi tổ chức tế vi định kỳ kết cấu nhà máy nhiệt điện Để khảo sát ảnh hưởng thời gian làm việc thời gian dài đến thay đổi tổ chức tế vi thép P91 Mẫu thép P91 hư hỏng trình vận hành hạng mục ống góp nhiệt cuối với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa, thời gian làm việc khoảng 10 năm kiểm tra tổ chức tế vi để so sánh với tổ chức tế vi mẫu nung 600 oC 2, ngày (a) (c) Pha tiết bị thơ hóa (b) (d) Hình 3.12 Tổ chức tế vi thép P91 sau nung 600 oC thời gian khác (a) ngày, (b) ngày, (c) ngày (d) tổ chức tế vi thép ống góp nhiệt cuối làm thép P91 với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa sau thời gian làm việc 10 năm Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 54 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Từ hình 3.12 cho thấy, nung thép 600 oC thời gian từ ngày đến ngày, tổ chức tế vi khơng có thay đổi đủ lớn để nhận biết ảnh tổ chức tế vi so với mẫu trạng thái ban đầu Cùng khoảng nhiệt độ làm việc, thời gian làm việc kéo dài, tính đến hàng năm thay đổi tổ chức tế vi lớn Hình 3.8d cho thấy, mactenxit hồn tồn khơng cịn tổ chức tấm, mà hình thành hạt với biên hạt rõ ràng Đồng thời, pha tiết nhỏ gần khơng cịn, thay vào rải rác pha tiết kích thước lớn Hơn nữa, tượng tích tụ pha tiết quan sát hiển vi quang học biên hạt rõ ràng quan sát hiển vi điện tử quét (hình 3.13) Trong hình 3.13 thấy rõ, pha tiết tích tụ thơ hóa với kích thước lớn đạt khoảng μm, gấp lần so với kích thước pha tiết tổ chức tế vi trạng thái ban đầu (hình 3.1b) Hình 3.13 Ảnh hiển vi điện tử SEM thép ống góp nhiệt cuối làm thép P91 với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa sau thời gian làm việc 10 năm Xem xét kết phân tích EPMA mẫu thép P91 sau thời gian làm việc 10 năm cho thấy rõ thay đổi thành phần hóa học thay đổi kích thước, số lượng pha tiết (hình 3.14) So với phân tích EPMA mẫu ban đầu, pha tiết M23C6 có tỷ lệ Cr, Mo, Fe tăng lên rõ rệt Hơn nữa, kích thước pha tiết dạng M23C6 (M Fe, Cr, Mo) Cacbo-nitrit MX (M Nb V) lớn lên rõ rệt; số lượng pha tiết cũng tăng lên Như vậy, với thay đổi thành phần hóa học pha tiết thay đổi thành phần hóa học mactenxit, nghèo nguyên tố hợp kim Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 55 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.14 Kết phân tích EPMA mẫu ống thép P91 làm ống góp nhiệt cuối với nhiệt độ làm việc 600-630 oC, áp suất 16,7MPa, sau thời gian làm việc khoảng 10 năm Từ phân tích tổ chức tế vi sau hư hỏng ống thép P91 làm ống góp nhiệt cuối sau thời giam làm việc 10 năm nhiệt độ 600-630 oC 16,7MPa, thấy rõ xu hướng thay đổi tổ chức tế vi thép P91 theo thời gian vận hành Từ đó, có khuyến cáo chung cho người sử dụng thép P91 nhà máy nhiệt điện việc kiểm tra tổ chức tế vi theo định kỳ đường ống dẫn để đề phòng trước phá hủy đường ống Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 56 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tính thép P91 Để xác định ảnh hưởng nhiệt độ nung đến thay đổi tính thép P91, mẫu sau nung nhiệt độ khác 500 oC, 600 oC, 700 oC sau kiểm tra thử kéo để xác định giới hạn bền, giới hạn chảy, độ giãn dài kiểm tra độ cứng Bảng 3.4 hình 3.15, 3.16, 3.17 kết kiểm tra thử kéo mẫu thép Bảng 3.4 Kết kiểm tra thử kéo thép P91 theo quy trình xử lý nhiệt Thơng số Nhiệt độ Mẫu ban đầu Giới hạn bền Giới hạn chảy Độ giãn dài (MPa) (MPa) (%) 48h 96h 681,9 144h 48h 96h 495,1 144h 48h 96h 144h 20,15 500 °C 680,1 665,6 660,4 537,3 504,4 495,8 22,5 21,0 20,0 600 °C 678,1 655,7 654,5 517,1 497,2 488,6 22,0 23,0 18,0 700 °C 657,8 642,7 633,1 478,7 507,7 471,9 20,8 19,4 22,8 Hình 3.15 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 48h nhiệt độ khác Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 57 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.16 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 96h nhiệt độ khác Hình 3.17 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 thời gian 144h nhiệt độ khác Từ kết thử kéo cho thấy: - So với mẫu ban đầu giới hạn bền mẫu sau nung có xu hướng giảm, độ giãn dài có xu hướng tăng lên - Với thời gian nung, mức độ giảm độ bền mạnh nhiệt độ nung tăng Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 58 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Kết hoàn toàn phù hợp với thay đổi tổ chức tế vi mẫu thép phân tích phần 3.2 Khi nhiệt độ nung tăng khoảng khảo sát, thay đổi tổ chức tế vi xảy giảm mật độ lệch mactenxit, cấu trúc lại siêu hạt, giảm nồng độ nguyên tố hợp kim Những thay đổi tổ chức tế vi dẫn đến giảm độ bền tăng độ giãn dài mẫu Ảnh hưởng nhiệt độ không tác động đến độ bền thép mà ảnh hưởng đến độ cứng Bảng 3.5 đồ thị 3.18 kết độ cứng HB mẫu Bảng 3.5 Kết kiểm tra độ cứng thép P91 theo thang đo HB khoảng thời gian khác Thời gian Nhiệt độ 48h 96h 144h Ban đầu oC 228,6 500 oC 227.1 217.3 201.6 600 oC 213.0 215.0 196.7 700 oC 205.7 207.5 194.5 Hình 3.18 Giản đồ đo độ cứng theo thời gian nhiệt độ thép P91 Từ kết độ cứng mẫu cho thấy: - So với mẫu ban đầu, độ cứng mẫu sau nung giảm Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 59 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - Với thời gian nung, nhiệt độ nung cao độ cứng giảm mạnh Như xu hướng ảnh hưởng nhiệt độ tới độ cứng cũng giống ảnh hưởng nhiệt độ tới độ bền thép Khi nhiệt độ nung tăng khoảng khảo sát, mật độ lệch giảm, mactenxit bị phân hủy dẫn đến hóa bền dung dịch rắn giảm Đó nguyên nhân dẫn đến giảm độ cứng tăng độ giãn dài mẫu 3.5 Ảnh hưởng thời gian nung thời gian làm việc đến tính thép P91 Thời gian nung thời gian làm việc cũng ảnh hưởng đến tổ chức tế vi thép thấy phần 3.3, đó, ảnh hưởng đến tính thép Để thấy ảnh hưởng này, mẫu thép nung thời gian khác 48h, 96h 144h Kết kiểm tra thử kéo mẫu đưa bảng 3.4 hình 3.19 Hình 3.19 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 700 oC thời gian khác Để thấy ảnh hưởng thời gian làm việc đến tính thép, mẫu đặt đường ống dẫn nhà máy sau 10 ngày, 20 ngày 30 ngày cũng khảo sát tính Đồng thời, mẫu hư hỏng sau 10 năm làm việc cũng khảo sát tính Kết kiểm tra tính mẫu đưa bảng 3.6 hình 3.20 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 60 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.6 Kết thử kéo mẫu nung nhà máy Thông số Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày 10 năm Độ bền kéo (MPa) 681,9 679,8 668,4 667,2 520,7 Giới hạn chảy dẻo (MPa) 495,1 513,2 499,5 486,8 327,8 Độ giãn dài (%) 20,15 18,75 21,00 18,50 32,0 Hình 3.20 Đồ thị giản đồ kéo mẫu P91 nhà máy thời gian khác Từ kết kiểm tra tính mẫu cho thấy, với khoảng nhiệt độ nung /làm việc thời gian nung thời gian làm việc dài giới hạn bền, giới hạn chảy giảm đi, độ giãn dài tăng lên Thời gian cũng nhiệt độ yếu tố thúc đẩy khuếch tán nguyên tử, đó, làm q trình giảm mật độ lệch, phân hủy dung dịch rắn (nền mactenxit), tiết pha tích tụ pha tiết xảy mạnh Dẫn đến, độ bền giảm độ dẻo tăng theo thời gian nung/thời gian làm việc thép Hơn nữa, chúng làm giảm độ cứng thép kết khảo sát độ cứng mẫu thép bảng 3.7 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 61 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.7 Kết kiểm tra độ cứng (HB) thép P91 theo thời gian khác Thời gian Điều kiện làm việc Ban đầu oC 48h 96h 144h 227.1 217.3 201.6 600 oC 213.0 215.0 196.7 700 oC 205.7 207.5 194.5 16,7MPa 20 30 10 ngày năm 224.0 219.0 215.0 167.8 228,6 500 oC 530 oC, 10 Từ kết kiểm tra tính mẫu cho thấy, ảnh hưởng nhiệt độ đến suy giảm tính thép mạnh so với ảnh hưởng thời gian Vì phân tích phần 3.2 3.3, ảnh hưởng nhiệt độ đến tổ chức tế vi mạnh ảnh hưởng thời gian Tổ chức quyết định đến tính chất vật liệu, dẫn đến, nhiệt độ cũng làm thay đổi tính chất nói chung tính nói riêng mạnh so với thời gian Điều cần khuyến cáo cho ứng dụng thép P91 đường ống có nhiệt độ cao quy định Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 62 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN Với mục đích đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến thay đổi tổ chức tính thép P91, luận văn thực xử lý nhiệt mẫu thép P91 kiểm tra mẫu làm việc nhà máy nhiệt điện Các mẫu nung nhiệt độ 500 oC, 600 oC, 700 oC khoảng thời gian 48h, 96h, 144h Ngồi ra, mẫu cịn đặt đường ống dẫn nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả, thời gian 10 ngày, 20 ngày, 30 ngày điều kiện nhiệt độ 530 oC, áp suất 16,7MPa Mẫu hư hỏng nhà máy hạng mục ống góp nhiệt cuối, thời gian làm việc mẫu khoảng 10 năm (~ 87,600h) điều kiện nhiệt độ 600-630 oC, áp suất 16,7MPa cũng khảo sát Từ kết thực nghiệm cho thấy: - Nhiệt độ nung thời gian nung làm thay đổi tổ chức tế vi thép P91 theo xu hướng giảm mật độ lệch, tái cấu trúc lại siêu hạt, tăng kích thước mactenxít, làm suy giảm nồng độ nguyên tố hợp kim nền, tiết tích tụ pha thứ dẫn đến tính thép bị suy giảm theo hướng giảm độ bền, độ cứng tăng độ dẻo - Nhiệt độ nung cao, thời gian nung dài, thay đổi tổ chức tế vĩ suy giảm tính xảy mạnh mẽ Trong đó, ảnh hưởng nhiệt độ có vai trị lớn - Thời gian làm việc cũng ảnh hưởng đến tổ chức tính tương tự thời gian nung, xu hướng thay đổi tổ chức tế vi tính thấy rõ ràng thời gian làm việc lên đến hàng năm - Các số liệu thực nghiệm luận văn khuyến cáo quan trọng cho người sử dụng thép P91 trình kiểm tra định kỳ tổ chức tế vi cho kết cấu đường ống dẫn nhà máy nhiệt điện Đặc biệt kết cấu đường ống thường xuyên Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 63 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật làm việc nhiệt độ cao (lớn 600 oC), thay đổi tổ chức tế vi, tính xảy thời gian ngắn tuổi thọ cho phép đường ống ĐỀ XUẤT - Luận văn dừng lại nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung thời gian nung đến tổ chức tính thép P91 Do đó, để có đánh giá toàn diện nhiệt độ thời gian làm việc thực tế, khảo sát thực nghiệm nhà máy cần có nhiều số liệu - Thời gian nung ngắn chưa thấy thay đổi tổ chức tế vi đủ lớn để quán sát phân tích phương pháp thơng dụng Do đó, để thấy ảnh hưởng rõ nét thời gian nung cần kéo dài Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 64 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Horst Cerjak, Peter Hofer, Bernhard Schaffernak, The Influence of Microstructural Aspects on the Service Behaviour of Advanced Power Plant Steels, ISIJ International, Vol 39 (1999) No P 874-888, https://www.jstage.jst.go.jp/article /isijinternational1989/39/9/39_9_874/_ article, 1999 Ronald L Klueh; Donald R Harries, Development of High (7-12%) Chromium Martensitic Steels Chapter 2, High-Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications, ASTM Monograph 3, https://www.astm.org/BOOKSTORE /PREVIEWM3/, 2001 Kouichi MARUYAMA, Kota SAWADA, Jun-ichi KOIKE, Strengthening Mechanisms of Creep Resistant Tempered Martensitic Steel, ISIJ International, Vol 41 (2001) No https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational1989 P 641-653, /41/6/41_6_641/ _article, 2001 Qiuzhi Gao, Xin Dong, Chao Li, Zhixiang Lin, Xiaxia Yang, Mei Dai, Microstructure and oxidation properties of 9Cr-1.7W-0.4Mo-Co ferritic steel after isothermal aging, Journal of Alloys and Compounds, https://www.researchgate.net /publication/282680145_ Microstructure_ and _oxidation_properties_of_9Cr-17W-04Mo-Co_ferritic_steel_after_ isothermal _aging, 2015 Fujio Abe, Precipitate design for creep strengthening of 9% Cr tempered martensitic steel for ultra-supercritical power plants, 2008 National Institute for Materials Science, Science and Technology of Advanced Materials, Volume 9, Number http://iopscience.iop.org/article/10.1088 /1468- 6996/9/1/013002/meta, 2008 Kota Sawada, Masaki Taneike, Kazuhiro Kimura, Fujio Abe, Effect of Nitrogen Content on Microstructural Aspects and Creep Behavior in Extremely Low Carbon 9Cr Heat-resistant Steel, ISIJ International, Vol 44 (2004) No P 12431249, https://www.jstage.jst.go.jp/article /isijinternational1989/44/7/44_7_1243/_article, 2004 Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 65 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Krishna Guguloth, Nilima Roy, Creep deformation behavior of 9Cr1MoVNb (ASME Grade 91) steel, Materials Science and Engineering: A, Volume 680, January 2017, Pages 388–404, https://www.sparrho.com/item/creep- deformation-behavior-of-9cr1movnb-asme-grade-91-steel/a947c2/, 2017 V Thomas Paul, S Saroja, M Vijayalakshmi, Microstructural stability of modified 9Cr–1Mo steel during long term exposures at elevated temperatures, Journal of Nuclear Materials, Volume 378, Issue 3, September 2008, Pages 273–281, 2008 A Di Gianfrancesco, S.Tiberi Vipraio, D Venditti, Long Term Microstructural Evolution of 9-12%Cr Steel Grades for Steam Power Generation Plants, Procedia Engineering, Volume 55, 2013, Pages 27-35, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705813005687, 2013 10 C.G Panait, W Bendick, A Fuchsmann, A.-F Gourgues-Lorenzon, J Besson, Study of the microstructure of the Grade 91 steel after more than 100,000 h of creep exposure at 600 °C, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Volume 87, Issue 6, June 2010, Pages 326-335, 2010 11 Lê Công Dưỡng (chủ biên), Nghiêm Hùng, Nguyễn Văn Chi, Nguyễn Trọng Bảo, Đỗ Minh Nghiệp (1986), Kim loại học, Đại học Bách khoa Hà Nội 12 Lê Công Dưỡng (2000), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật 13 Nguyễn Thị Minh Phượng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục 14 Nguyễn Thị Minh Phượng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục 15 Nguyễn Văn Tư (1999) Xử lý bề mặt, NXB Khoa học kỹ thuật 16 Nguyễn Văn Tư (2002), Ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Hồng Thái- KH-KT Vật liệu Kim loại -14BVLKL 66 ... ? ?Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian làm việc đến tổ chức tính chất thép bền nhiệt ASTM A335- 03 P91 dùng làm chi tiết nhiệt nhà máy nhiệt điện? ?? Việc tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian. .. (b) ảnh SEM [7] 1.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian làm việc đến thép P91 a Tổ chức tế vi Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính ống thép sinh hơi, dẫn nhiệt rõ rệt nhà máy nhiệt điện Trong đó, thép P91 thép. .. 3.1.2 Tổ chức tế vi thép P91 trạng thái ban đầu 42 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tổ chức thép P91 45 3.3 Ảnh hưởng thời gian nung thời gian làm việc đến tổ chức tế vi thép P91 48