The effect of ageing temperatures on microstructure and mechanical properties of GX12CrMoVNbN9-1 (GP91) cast steel

• Autorzy: Golański G. , Kępa J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury starzenia na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne staliwa GX12CrMoVNbN9-1 (GP91

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Increase in the steam parameters, the so-called supercritical parameters, resulted not only in the growth of efficiency of power units, or reduction in the emission of pollutants into the atmosphere, but also it has contributed to the development of heat-resisting steels and cast steels. One of the newly developed and implemented cast steels in the power industry is martensitic GX12CrMoVNbN9-1 (GP91) cast steel, created on the basis of chemical composition of P91 steel. The cast steel of a microstructure and properties similar to the base material replaces in the power industry the grades of steel used previously which do not meet the increasingly high requirements. A study has been made with regard to the effects of ageing at 550 and 600 degree Celsjus and time up to 6000 hrs on the changes in microstructure and mechanical properties of GX12CrMoVNbN9-1 (GP91) cast steel. A detailed microstructural research and the analysis of secondary phases was carried out using the electron microscopy technique, whilst the research on mechanical properties included a hardness test, static tensile test and impact strength measurement. The microstructural observations showed that the lath martensite microstructure was maintained after 6000 hrs. The coarsening of M₂₃C₆ carbides was revealed. Ageing of the investigated cast steel resulted in a slight decrease in the strength properties (Rp_0:2, TS and HV30), i.e. of around 6%, which was accompanied by a significant decrease in impact strength KV. Moreover, in the microstructure of investigated cast steel there were the processes of recovery and polygonization of the matrix observed.

PL

Wzrost parametrów pary do tzw. parametrów nadkrytycznych skutkował nie tylko wzrostem sprawności bloków energetycznych, czy też zmniejszeniem emisji zanieczyszczeń do atmosfery, ale również przyczynił się do rozwoju stali i staliw żarowytrzymałych. Jednym z nowoopracowanych i wdrożonych do energetyki staliw było martenzytyczne staliwo GX12CrMoVNbN9-1 (GP91), które powstało na bazie składu chemicznego stali P91. Staliwo to o mikrostrukturze i właściwościach zbliżonych do materiału bazowego zastępuje w energetyce dotychczas stosowane gatunki staliw, które nie spełniają coraz to wyższych wymagań. W pracy przedstawiono badania wpływu starzenia w temperaturze 550 i 600 stopni Celsjusza oraz czasach wytrzymania do 6000 godzin na zmiany w mikrostrukturze i właściwościach mechanicznych staliwa GX12CrMoVNbN9-1 (GP91). Badania mikrostruktury staliwa GP91 w stanie wyjściowym oraz po starzeniu przeprowadzono za pomocą mikroskopii świetlnej i elektronowej. Wpływ temperatury i czasu starzenia na właściwości badanego staliwa określono za pomocą pomiaru twardości, statycznej próby rozciągania oraz próby udarności. Przeprowadzone badania wykazały: proces zdrowienia i poligonizacji osnowy oraz koagulacje wydzieleń M₂₃C₆. Zmiany w mikrostrukturze zachodzące w czasie starzenia w niewielkim stopniu wpłynęły na właściwości wytrzymałościowe (HV30, R_p0;2, R_m), natomiast przyczyniły sie do znacznego spadku udarności KV badanego staliwa.

Słowa kluczowe

EN

GX12CrMoVNbN9-1 cast steel; ageing process; microstructure; mechanical properties

PL

bloki energetyczne; emisja zanieczyszczeń; staliwa żarowytrzymałe

• 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: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 2
• Strony: 575--582
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Golański G.

autor

Kępa J.

• Institute of Materials Engineering, Czestochowa University of Technology, 42-200 Czestochowa, 19 Armii Krajowej str., Poland

Bibliografia

• [1] A. Hernas, Conditions for the development of the Polish power engineering industry – introduction to monograh, Materials and Technology for Construction of Supercritical Boilers and Waste Plants (A. Hernas ed.), SITPH Publ., Katowice 8-11 (2009).
• [2] G. Golanski, S. Stachura, Characterization of new low alloy steels for power plant, Hutnik – Wiadomosci Hutnicze 9, 679-683 (2009).
• [3] G. Golanski, A. Zielinski, VM12 – new steel with cobalt addition for power industry, Hutnik –Wiadomosci Hutnicze 3, 228-232 (2011).
• [4] K. Kwiecinski, M. Urzynicok, M. Łomzik, Practical experience with welding new generation steel PB2 grade assigned for power industry, Archives of Metallurgy and Materials 56, 1, 37-45 (2011).
• [5] F. A. Schuster, R. Hanus, H. Cerjak, Foundry experience in large turbine casings and valve bodies made of steel castings P91 and G-X12CrMoWVNbN10 11, IMechE 11-22 (1996).
• [6] R. Hanus, Heavy steel casting components for power plants mega – components made of high Cr – steels, 9th Liege Conference: Materials for Advanced Power Engineering 2010, 286-295 (2010).
• [7] G. Golański, High chromium cast steel for the power industry, Energetyka, XXI, 58-61 (2010).
• [8] G. Golański, Microstructure and mechanical properties of G17CrMoV5 – 10 cast steel after regenerative heat treatment, Journal of Pressure Vessel Technology 132, 064503-1-064503-5 (2010).
• [9] J. Dobrzański, A. Zieliński, A. Hernas, Microstructure and properties of new creep – resistance ferritic steels, Materials and Technology for Construction of Supercritical Boilers andWaste Plants (A. Hernas ed.), SITPH Publ., Katowice 47-102 (2009).
• [10] G. Golański, Effect of the heat treatment on the structure and mechanical properties of GX12CrMoVNbN9-1 cast steel, Archives of Mater. Sc. Eng. 46, 2, 88-97 (2010).
• [11] M. S. Laws, P. J. Goodhew, Grain boundary structure and chromium segregation in a 316 stainless steel, Acta Metall. 39, 7, 1525-1533 (1991).
• [12] A. Zielińska-Lipiec, The analysis of microstructural stability of modified martensitic 9%Cr steel during annealing and creep deformation, AGH Publ., Kraków (2005).
• [13] H. K. Danielsen, J. Hald, Influence of Z-phase on long-term creep stability of martensitic 9 to 12% Cr steels, VGB Power Tech. 5, 68-73 (2009).
• [14] G. Golański, Evolution of secondary phases in GX12CrMoVNbN9-1 cast steel after heat treatment, Archives of Mater. Sc. Eng. 48, 1, 12-18 (2011).
• [15] A. Zieliński, J. Dobrzański, G. Golański, Estimation of the residual life of L17HMF cast steel elements after long – term service, JAMME 34, 2, 137-144 (2009).
• [16] F. B. Pickering, Historical development and microstructure of high chromium ferritic steels for high temperature applications, Microstructural development and stability in high chromium ferritic power plant steels (editor Strang A., Gooch D. J.), The Institute of Materials, London 1-29 (1997).
• [17] F. Abe, Strengthening Mechanisms in Creep of Advanced Ferritic Power Plants Steels Based on Creep Deformation Analysis, Advanced Steels (Y. Weng et al. eds.), Springer – Verlag Heidelberg and Metallurgical Industry Press 409-422 (2011).
• [18] ECCC DataSheet (2005).
• [19] Qiang Li, Modeling the microstructure – mechanical property relationship for 12Cr – 2W – V – Mo –Ni power plant steel, Mater. Sc. Eng. A361, 385-391 (2003).
• [20] G. Golański, S. Stachura, M. Jenko, Phosphorus segregation in X10CrMoVNb91 steel after prolonged ageing, Inzynieria Materiałowa 3, 510-512 (2004).
• [21] J. Janovec, Nature of alloy steel intergranular embrittlement, Veda Publ., Bratislava (1999).