Study of heterogeneous welds of heat resistant steels with artificially increased nitrogen content by combination of experimental and computational techniques

• Autorzy: Jan V. , Zlamal B.

Warianty tytułu

PL

Badanie wielofazowych spoin spawalniczych w stalach żarodpornych ze sztucznie podwyższoną zawartością azotu metodami ekperymentalnymi i obliczeniowymi

• Konferencja: "Discussion Meeting on Thermodynamics of Alloys - TOFA 2008" (June 22-27, 2008; Kraków, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of experimental and simulational survey of weld joints of steels with enhanced nitrogen content. The steels CSN15128 (13MoCrV6), P91(X12CrMoWVNbN10-l) and 6CrMoV8-3-2 depicted as T25 were nitrided at 500 °C for 80 hours and then homogenized. Experiments and simulations were performed for annealing temperatures rating from 500 to 900 °C and times from 1000 to 16 hours. Thermodynamical calculations showed higher MX and M7C3 content in the Iow alloyed steels after nitriding. For P91 the calculation showed displacing of M23C6 by M2X and MX. Activity calculations for nitrogen and carbon in all materials yielded activity gradients aiming to the high alloyed steel in temperaturę rangę up to 900°C. Experimentally all the joints showed simultaneous diffusion of carbon and nitrogen to the P91 materiał. Nitrogen was concentrated close to the welding boundary, while carbon penetrated deeper into P91. MX and M7C3 were identified in the Iow alloyed materials, M7C3 being gradually dissolved with lowered carbon content. P91 being further enriched with carbon and nitrogen shows growing population of MX and M2X. Experimentally acąuired values are compared to values achieved by simulations using DICTRA software package.

PL

Artykuł przedstawia wyniki analizy połączeń spawanych stali o podwyższonej zawartości azotu na podstawie badań doświadczalnych i symulacji. Stale CSN15128 (13MoCrV6), P91 (X12CrMoWVNbN10-l) oraz 6CrMoV8-3-2, oznaczona jako T25 były aztowane w temperaturze 500 °C przez 80 godzin, a następnie homogenizowane. Eksperyment oraz symulacja dotyczyły temperatur wygrzewania z zakresu 500 do 900 °C oraz czasów od 1000 do 16 godzin. Obliczenia termodynamiczne wykazały wyższą zawartość MX oraz M7C3 w stali niskostopowej po azotowaniu. Dla stali P91 obliczenia wykazały, że M23C6 jest zastępowany przez M2X i MX. Z obliczeń aktywności azotu i węgla we wszystkich stalach wyznaczono gradienty ich aktywności w zakresie temperatur do 900 °C. Eksperyment wykazał, że we wszystkich połączeniach wystąpiła dyfuzja węgla i azotu do stali P91. Azot występował w pobliżu granicy spawu, natomiast węgiel penetrował głębiej do stali P91. MX oraz M7C3 zostały zidentyfikowane w stalach niskostopowych, przy czym M7C3 ulegał stopniowemu rozpuszczeniu w stali niskostopowej. Stal P91, która była dalej wzbogacana w węgiel i azot wykazuje rosnącą populację MX i M2X. Wartości uzyskane na drodze eksperymentu zostały porównane z wartościami uzyskanymi z symulacji przy pomocy pakietu oprogramowania DICTRA.

Słowa kluczowe

EN

CALPHAD; diffusion profile; creep-resistant steel; weld joint

PL

CALPHAD; dyfuzja; stal żaroodporna; złącze spawane

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 4
• Strony: 1165--1171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jan V.

autor

Zlamal B.

• BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING, CZECH REPUBLIC

Bibliografia

• [1] F. Matsuyama, Trends in power engineering in Japan and reąuirements for improved materials and com-ponents. In proc.of Materials for advanced power engineering 2002, Liege, France 1767-1782 (2002).
• [2] K. H. Mayer, Development of new steels for ad-vanced steam power plants. In proc.of Materials for advanced power engineering 2002, Liege, France 1385-1397 (2002).
• [3] S. J. Brell, Type III cracking in l/2CrMoV steam pipe work systems. Science and Technology of Welding and Joining 9,1, 41-45 (2004).
• [4] R. Foret, Structural stability of dissimilar weld joints of steel P91. Science and Technology of Welding and Joining 6, 6, 405-411 (2001).
• [5] J. Hald, Creep Resistant 9-12% Cr Steels - Long-term Testing, Microstructural Stability and Development Potentials. In Proc. of Conf. Super-High Strength Steels [CD-ROM]. Roma, Italy, November 2-4, (2005).
• [6] C. Sudha, et al., Systematic study of formation of soft and hard zones in dissimilar weldments of Cr-Mo steels. Journal of Nuclear Materials 302, 4, 193-205, (2002).
• [7] N. Saunders, A. P. Miodownik, CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams): A Comprehensive Guide. Cambridge: Elsevier Science Ltd., 1998. ISBN 0-08-0421296.
• [8] J. O. Anderson, et al, ThermoCalc and DICTRA, computational tools for materiał science. CALPHAD 26, 273-312 (2002).
• [9] A. Borgenstan, A. Engstron, et al, DICTRA, A tool for Simulation of Diffusional Transformations in Alloys, J.Phase Eąuilibria 21(3), 269-280 (2000).
• [10] J. S. Kirkaldy, D. J. Young, Diffusion in the Condensed State.The Institute of Metals, London (1985).
• [11] A. Engstrom, et al. Computer Simulation of Diffusion in Multiphase System. Metallurgical and Materials Transactions A 25A, 2 1127-1134 (1994).
• [12] J. SoppuSek, et al. Simulation of dissimilar weld joints of steel P91, Science and Technology of Welding and Joining 9/1, 59-63 (2004).
• [13] A. Kroupa,et al. Phase diagram in the iron-rich corner of the Fe-Cr-Mo-V-C system below 1000K, Journal of Phase Eąuilibria 22, 3, 312-323 (2001).
• [14] P. Unucka, Study of equilibria in multicomponent systems C-Cr-Fe-Mo-X. Doctoral thesis. Brno, BUT, 93p ,in Czech, (2004).
• [15] F. Foret, el al: Structural stability of heterogeneous weld joint of 6CrMoV 8-3-2 and X12CrMoV 10-1 steels with increased nitrogen content, In proc.of Materials for advanced power engineering 2006, Liege, France 1449-1458 (2006).