Microstructure-property relationships of creep-resistant 2.25Cr-1Mo-0.25V submerged-arc weld metal

Titel in Übersetzung: Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen von kriechfestem 2,25Cr-1Mo-0,25V Unterpulverschweißgut

Hannah Schönmaier

    Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

    Abstract

    Der Stahl 2.25Cr 1Mo 0.25V wird hauptsächlich für große wasserstoffführende Druckbehälter wie Hydrocracking-Reaktoren in der petrochemischen Industrie verwendet. Druckbehälter dieser Art weisen hohe Wandstärken von mehreren 100 mm auf, weshalb sie in der Regel durch das Zusammenfügen mehrerer Komponenten mittels Hochleistungsprozessen, wie dem Unterpulverschweißen, hergestellt werden. Aufgrund der hohen Anwendungstemperaturen von 400 bis 450 °C in Kombination mit hohen Drücken ist ein ausgewogenes Verhältnis von Zähigkeit und Kriechfestigkeit des Grundwerkstoffs und Schweißguts für eine sichere Anwendung über mehrere Jahre erforderlich. Darüber hinaus erfordert die Forderung der Industrie nach höherer Prozesseffizienz und geringeren Material- und Transportkosten eine weitere Verbesserung der Kriechfestigkeit des Stahls 2.25Cr 1Mo 0.25V bei gleichzeitiger Beibehaltung der hohen Zähigkeit, um die Prozesstemperatur zu erhöhen oder die Wandstärke des Reaktors zu reduzieren. Obwohl die mechanischen Eigenschaften stark von der Stabilität der Mikrostruktur beeinflusst werden, wurde diese bisher nur wenig untersucht. Diese Dissertation widmet sich der Analyse des Einflusses zahlreicher Faktoren, wie der Schweißwärmeeinbringung, sowie der Wärmebehandlungstemperatur oder -zeit, auf das Mikrogefüge des 2,25Cr 1Mo 0,25V Unterpulverschweißguts. Dies wird durch die Kombination grundlegender Charakterisierungsmethoden, wie Lichtmikroskopie, mit neuartigen Methoden, wie in-situ Hochtemperatur Laserkonfokalmikroskopie und hochauflösenden Methoden, wie Atomsonden-Tomographie und hochenergetischer Röntgenbeugung, erreicht. Die Korrelation der mikrostrukturellen Veränderungen auf allen Längenskalen, vom Lagenaufbau bis zur Versetzungsstruktur, mit den mechanischen Eigenschaften des Schweißguts, verbessert das Verständnis für die grundlegenden Beziehungen zwischen Verarbeitung und Gefügeeigenschaften. Es wurde festgestellt, dass das 2,25Cr-1Mo-0,25V-Schweißgut neben oberem, unterem und koalesziertem Bainit auch geringe Mengen an intragranularem Azikularferrit enthält. Die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts hängen wesentlich von der Wärmebehandlungszeit und -temperatur nach dem Schweißen sowie vom Lagenaufbau und daher von der Wärmezufuhr beim Unterpulverschweißen ab. Die Abnahme der Festigkeit und der Zeitstandbruchzeit und die Zunahme der Kerbschlagarbeit des Schweißgutes bei längerer Glühzeit oder höherer Glühtemperatur ist auf die fortschreitende Erholung der Versetzungsstruktur zurückzuführen, die mit der starken Vergröberung der feinen V- und Nb reichen MX-Karbonitride zusammenhängt. Die Umwandlungssequenz der Ausscheidungen während des Glühens bei 690 bis 720 °C ist M3C → M3C+M7C3+MX → M3C+M7C3+MX+M2C+M23C6 → M7C3+MX+M2C+M23C6. Längeres Glühen bewirkt die Auflösung der M7C3-Karbide zugunsten der MX-Karbonitride. Die Mikrohärteverteilung über den Querschnitt des Schweißguts ändert sich während der Wärmebehandlung. Glühzeiten von mehr als 12 Stunden bei 705 °C bewirken eine erhöhte Anlassbeständigkeit der Wärmeeinflusszonen zwischen den Schweißraupen des Mehrlagenschweißgutes, was mit einer feineren ehemaligen Austenit- und Ferritkorngröße, einer Verringerung von Schweißspannungen durch Reaustenitisierung und einem höheren Anteil größerer Karbide verbunden ist. Die in dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für künftige Anpassungen der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts 2,25Cr 1Mo 0,25V um sowohl die Kriechfestigkeit als auch die Zähigkeit zu erhöhen.
    Titel in ÜbersetzungMikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen von kriechfestem 2,25Cr-1Mo-0,25V Unterpulverschweißgut
    OriginalspracheEnglisch
    QualifikationDr.mont.
    Gradverleihende Hochschule
    • Montanuniversität
    Betreuer/-in / Berater/-in
    • Enzinger, Norbert, Mitbetreuer (extern), Externe Person
    • Sonderegger, Bernhard, Beurteiler B (extern), Externe Person
    • Schnitzer, Ronald, Betreuer (intern)
    • Mayr, Peter, Beurteiler A (extern), Externe Person
    PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

    Bibliographische Notiz

    nicht gesperrt

    Schlagwörter

    • CrMoV-Stahl
    • kriechbeständiger Stahl
    • Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen
    • Mikrostrukturcharakterisierung
    • hochauflösende Charakterisierung
    • Ausscheidungssequenz
    • Atomsondentomographie
    • hochenergetische Röntgendiffraktometrie
    • Hochtemperatur Laserkonfokalmikroskopie

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