Drahomír Schwarz, Jaroslav Koukal, Martin Sondel

Ve vyspělých průmyslových zemích se již řadu let projevuje snaha zvýšit účinnost energetických zařízení cestou konstrukce zařízení se superkritickými parametry páry, tj. s pracovní teplotou páry nad 600 °C a tlakem nad 26 MPa. Očekává se, že u těchto zařízení stoupne účinnost z dnešních 35% na 42% až 43%. Pro jejich konstrukci není výhodné používat klasické energetické materiály, ale nové progresivní žárupevné materiály na legující bázi Cr - Mo - V - Nb - N, jejichž vývoj a ověřování v současné době probíhá.
Tyto materiály jsou nejčastěji zkráceně označovány jako oceli P(T, F)91. Nejslabším místem každého energetického zařízení namáhaného v oblasti creepu jsou svarové spoje. Ke snížení žárupevnosti dochází jak ve svarovém kovu, tak i v jednotlivých pásmech tepelně ovlivněného pásma (TO) svarového spoje. Vlastnosti jednotlivých pásem TOO svarových spojů nelze s ohledem na jejich malé rozměry studovat klasickými metodami, ale pouze pomocí modelovací techniky. Nutnou podmínkou pro využití modelovací techniky je znalost teplotních cyklů, kterými jsou jednotlivá pásma TOO vystavena.

Výsledky studia

Detailní studium jednotlivých oblastí svarového spoje umožní určit nejslabší místo svarového spoje jak z hlediska základních mechanických vlastností, tak i z hlediska dlouhodobé teplotní expozice při creepu. Tyto znalosti pak mohou být využity pro optimalizaci technologie svařování, zvýšení životnosti a spolehlivosti energetických zařízení. Umožní dále konstrukci energetickýchzařízení se superkritickými parametry páry, které přinese podstatné zvýšení jejich účinnosti. V příspěvku jsou uvedeny výsledky studia TOO svarových spojů oceli P91 svařených technologii 111. Při dalším řešení úkolu budou vlastnosti jednotlivých pásem TOO porovnány s vlastnostmi svarového kovu a definovány závěry pro zpřesnění technologie svařování oceli P91. Příspěvek byl zpracován na základě výsledků řešení grantu GAČR GA 323454 registrační číslo 106 / 01 / 0556.

Experimentální materiál

Pro experimentální práce byla použita varianta oceli P91, tj. ocel typu 0,1C 9Cr 1Mo V Nb N, označovaná podle DIN X10CrMoVNb 91, USA - A200; A213; A335; A336; A387, SRN - X10 Cr Mo V Nb 91, Francie - NFA 49213; NFA 49219, ČR - VN 417119. Ve Vítkovicích pod označením 17 119. Chemické složení použitého experimentálního materiálu je uvedeno v tabulce I a jeho mechanické vlastnosti v tabulce II. Základní požadavky při použití oceli P91 lze shrnout následovně:

Měření teplotních cyklů

V literatuře nejsou uváděny teplotní cykly v TOO svarových spojů, změřené přímo na oceli P91 při ručním svařování obalenou elektrodou, která je v energetice stále dominantní technologií, zejména při svařování trubek s větší tloušťkou stěny. Proto bylo provedeno měření teplotních cyklů v TOO svarových spojů oceli P91. Měření bylo provedeno na deskách o rozměru 265 x 310 x 32 mm, ve kterých byly vyfrézovány drážky, simulující tupý svarový spoj. Do zkušebních desek byly do různých vzdáleností od plochého dna drážky vyvrtány otvory o o3,5 mm podle obr. 1 pro přivaření termočlánků Ni - NiCr o o 0,5 mm. Měření bylo provedeno při teplotě předehřevu v rozsahu 220 až 250 °C podle skutečných údajů termočlánků. Vzdálenost plochého dna vývrtu o o3,5 mm (umístění termočlánku) od hranice ztavení navařené svarové housenky byla ve všech případech odměřována na makrovýbrusech. Zkušební svarové housenky byly navařeny elektrodou FOX C9 MV o o 4 mm. Pro vyhodnocení průběhů teplotních cyklů bylo použito softwaru P SCOPE.