33374

اثر عمليات حرارتي بر رفتار تغيير شكل گرم فولاد مقاوم به حرارت A335-P91

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1401

1403/11/17

دكتر حميدرضا عابدي

دكتر حميدرضا عابدي

مهندسي مواد و متالورژي

پژوهش حاضر به بررسي اثر عمليات حرارتي بر رفتار تغيير شكل گرم و خواص مكانيكي فولاد مقاوم به حرارت A335-P91 پرداخته است. در اين مطالعه، نمونه‌هاي دريافتي ابتدا تحت فرآيند خم‌كاري قرار گرفتند و سپس به منظور حذف تاريخچه ترمومكانيكي، عمليات حرارتي بر روي آن‌ها انجام شد. عمليات حرارتي شامل نرماله در دمايͦC 1055 و تمپر در دماي ͦC 760 بود. زمان‌هاي اجراي عمليات براي نرماله 4، 30و 51 دقيقه و براي تمپر15 دقيقه، 30 دقيقه، 1 ساعت و 4 ساعت تعيين شدند. آزمون‌هاي مكانيكي مانند فشار گرم، كشش تك‌محوره و تنش گسيختگي بر روي نمونه‌هاي اوليه، خم شده و عمليات حرارتي شده انجام گرفت. در آزمون كشش تك‌محوره، تغييرات قابل توجهي در تنش تسليم مشاهده شد. كمترين تنش تسليم مربوط به نمونه‌ نرماله شده به مدت 51 دقيقه و تمپرشده به مدت 4 ساعت با مقدار MPa333 و بيشترين مقدار مربوط به نمونه‌ نرماله شده به مدت 30 دقيقه و تمپر شده به مدت 15 دقيقه با مقدار MPa 703 بود. نمونه خم‌شده نيز تنش تسليمي برابر باMPa 412 داشت. در آزمايشات فشار گرم بيشترين ميزان نرم‌شوندگي در كرنش 0.35 متعلق به نمونه خم‌شده با ٪33.74 كسر نرم‌شوندگي بود؛ در مقابل، كمترين ميزان نرم‌شوندگي به نمونه هاي نرماله شده به مدت 30 دقيقه و تمپر شده به مدت 15 دقيقه و 1 ساعت اختصاص داشت كه به ترتيب داراي درصدهاي 12.6 و 14 درصد بودند. بررسي آزمون فشار گرم نشان داد كه ميزان كسر نرم‌شوندگي به شرايط عمليات حرارتي وابسته است. كاهش زمان تمپر از 4 ساعت به 15 دقيقه در نمونه‌هاي نرماله شده به مدت 51 دقيقه منجر به افزايش عمر گسيختگي در دماي 620 درجه سانتي گراد و تنش 200 مگاپاسكال از 6 دقيقه به 37 ساعت شد. بررسي اثر عمليات نرماله بر ريزساختار نشان داد كه افزايش زمان اين عمليات منجر به افزايش اندازه دانه‌ها شد، اگرچه اين افزايش محسوس نبود. همچنين افزايش زمان نرماله به انحلال رسوبات منجر گرديد. عمليات حرارتي تمپرتاثير چشم‌گيري بر اندازه دانه‌ها نداشت اما باعث تغيير درصد، كسر و حتي نوع رسوبات شد. اين نتايج مي‌توانند راهنمايي براي انتخاب بهينه دما و زمان عمليات حرارتي در صنايع مرتبط با بويلرها و سيستم‌هاي پايپينگ ارائه دهند.

1404/02/22

Unveiling the effect of heat treatment on the warm deformation behavior of heat resistant A335-P91 steel

2/5/2025 12:00:00 AM

The present study investigates the effect of heat treatment on the hot deformation behavior and mechanical properties of heat-resistant A335-P91 steel. Initially, the received samples were subjected to a bending process and then underwent heat treatment to eliminate thermomechanical history. The heat treatment process included normalization at 1055°C and tempering at 760°C. The durations for normalization were set at 4, 30, and 51 minutes, while tempering times were 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, and 4 hours. Mechanical tests, including hot compression, uniaxial tensile, and rupture stress tests, were conducted on the initial, bent, and heat-treated samples. In the uniaxial tensile test, significant variations in yield stress were observed. The lowest yield stress was observed for the sample normalized for 51 minutes and tempered for 4 hours, with a value of 333 MPa. The highest yield stress was observed for the sample normalized for 30 minutes and tempered for 15 minutes, with a value of 703 MPa. The bent sample exhibited a yield stress of 412 MPa. In the hot compression tests, the highest softening fraction at a strain of 0.35 belonged to the bent sample, with a softening fraction of 33.74%. In contrast, the lowest softening fractions were observed for the samples normalized for 30 minutes and tempered for 15 minutes and 1 hour, with softening fractions of 12.6% and 14%, respectively. The hot compression test indicated that the softening fraction is dependent on heat treatment conditions. Reducing the tempering time from 4 hours to 15 minutes for samples normalized for 51 minutes led to an increase in rupture life from 6 minutes to 37 hours. Microstructural analysis showed that increasing the normalization time resulted in grain growth, although this increase was not significant. Moreover, extending the normalization time led to the dissolution of precipitates. The tempering process had no significant effect on grain size but caused changes in the percentage, fraction, and even type of precipitates. These results can serve as a guide for selecting optimal heat treatment temperatures and durations in industries related to boilers and piping systems.

فولادهاي مقاوم به حرارت‌ , A335-P91 , عمليات حرارتي , رفتارسيلان , فشار گرم , گسيختگي

Heat-resistant steels , A335-P91 , heat treatment , flow behavior , hot compression , creep rupture

Rasoul Ghasempour

Hamid Reza Abedi