Soudage du matériau P91 et de l’électrode/charge TIG-MIG pour P91

Qu’est-ce que l’acier P91 ?

Le P91 ou communément appelé 9Cr-1Mo-V est un acier allié ferritique à résistance au fluage améliorée (CSEF). Ces aciers alliés sont conçus pour conserver leur résistance à des températures extrêmement élevées. Le matériau P91 signifie 9 pour cent de chrome, 1 pour cent de molybdène et de vanadium ou communément appelé acier 9Cr-1Mo-V dans les centrales pétrolières et gazières/électriques.

Le P91 est utilisé dans les canalisations de vapeur à haute température et haute pression, non seulement parce qu’il conserve sa résistance à température élevée, mais aussi parce qu’il résiste aux défaillances dues au «fluage», qui est la tendance d’un matériau solide à se déplacer lentement ou à se déformer de façon permanente sous l’influence de contraintes mécaniques. Le P91 résiste également mieux à la corrosion que les alliages d’acier utilisés auparavant dans ces applications. En raison de ces avantages, le P91 est largement utilisé dans les applications de production d’électricité, telles que les lignes de vapeur à haute pression.

Le matériau est désigné comme P91 pour le tuyau, T91 pour le tube, F91 pour le forgeage, C12 A pour le moulage, etc.

Les CSEF sont une famille d’aciers ferritiques dont la résistance au fluage est améliorée par la création d’une microstructure précise, en particulier de la martensite ou de la bainite, qui est stabilisée pendant le revenu par la précipitation contrôlée de carbures, de carbonitrures ou d’autres phases stables inviolables. & c’est différent des autres aciers Cr-Mo.

Spécification matérielle pour l’approvisionnement

ASME P Nombre de matériau P91 :  15E, Groupe 1

ASTM-182 F91, ASTM-213 T91, ASTM-217 C12A, ASTM-234 WP91, 

ASTM-335 P91, ASTM-336 F91, ASTM-356 12A, ASTM-369 FP91, ASTM-387 91 Cl.2, ASTM-691 91 etc.

Propriétés chimiques du P91

ÉlémentCMnPSSiCrMoAutres
Teneur, %0,08-0,120,30-0,600.0200,0100,20-0,508.00-9.500,85-1,05*

*V:0,18-0,25, N:0,030-0,070, Ni:≤0,040, Al:≤0,020, Cb:0,06-0,10, Ti:≤0,01, Zr:≤0,01.

Propriétés mécaniques de P91

StandardClasseLimite d’élasticité min.
MPa[ksi]
Résistance à la traction min.
MPa[ksi]
Allongement min.
%
Dureté Max.
HB
ASTM A213/A335T91/P91415[60]585[85]20250

Comment souder le matériau P91

Le grade 91 (également connu sous le nom de P91) est un matériau spécialement modifié à 9 % de chrome, 1 % de molybdène et amélioré au vanadium (9Cr-1MoV). Comme le P91 est modifié avec du vanadium, du nickel, de l’aluminium, du niobium et de l’azote, il développe une dureté très élevée.
Les éléments résiduels de tramp dans cet acier, tels que le phosphore, le soufre, le plomb, l’étain, le cuivre, l’antimoine et d’autres éléments se sépareront aux joints de grains lors de la solidification de la soudure, et, comme le métal de soudure est très dur, il se fissurera assez facilement. Le soudage du matériau P91 est une tâche fastidieuse. Le soudage du matériau P91 nécessite généralement un préchauffage dans le joint, le maintien de la température entre les passes, des cuissons à l’hydrogène et un traitement thermique post-soudage. Si le matériau refroidit en dessous de la température de préchauffage minimale entre les passes, des problèmes de retenue peuvent survenir ou l’hydrogène peut contaminer la soudure. La fragilisation par l’hydrogène peut entraîner une fissuration à froid de la soudure finie.

soudure p91

1. Sélection des consommables de soudage pour le soudage P91 :

Une autre clé du succès lors du soudage du P91 est de choisir le bon métal d’apport pour l’application. Les performances des soudures P91 dépendent de la composition chimique correcte du métal fondu ; par conséquent, il est fortement recommandé d’acheter les métaux d’apport avec des rapports de test montrant une analyse chimique réelle pour la combinaison spécifique chaleur/lot que l’on a achetée.

En outre, le contrôle de l’hydrogène dans la soudure pour éviter la fissuration induite par l’hydrogène est important avec tout alliage à haute résistance, et P91 ne fait pas exception. Recherchez des métaux d’apport à faible teneur en hydrogène conçus pour être utilisés avec des matériaux chrome-molybdène à haute résistance.

Les fiches techniques de tous les métaux d’apport chrome-molybdène doivent fournir une désignation de facteur X typique pour le produit. Cette formule mesure la résistance d’un assemblage soudé à la fragilisation par trempe. Le nombre est calculé à partir des quantités de quatre contaminants clés (éléments) dans l’acier : le phosphore, l’antimoine, l’étain et l’arsenic, qui, ensemble, ont le plus grand impact sur la sensibilité d’un assemblage soudé à la fragilisation. Voici la formule :  X = (10P + 5Sb + 4Sn + As)/100 .

Il est particulièrement important de connaître le facteur X d’un métal d’apport lors du soudage de certains aciers au chrome-molybdène, comme le P91. Recherchez un métal d’apport avec un facteur X inférieur à 15 pour les applications de soudage P91.

soudure P91

2. Préchauffage et interpasse pour le matériel P91 :

Une température de préchauffage d’au moins 204 °C doit être appliquée et maintenue pendant le processus de soudage. Le chauffage doit être effectué par une méthode de résistance électrique/appareils de chauffage à induction pour permettre un chauffage uniforme. la même température de préchauffage doit être appliquée pour le soudage par points. La température entre les passes doit être de 600 °F (315 °C) maximum pour le soudage du matériau P91.

Température de préchauffage recommandée pour les matériaux de grade 91 selon divers codes et normes :

205 °C (annexe « R » non obligatoire, ASME Section VIII Div.1)

200°C (Tableau 131.4.1-1, ASME B31.1 & Tableau 330.1.1 de ASME B31.3)

150°C pour épaisseur ≤13 mm & 205°C pour épaisseur > 13 mm (Tableau PW-38-1, ASME Section 1)

Vous pouvez utiliser notre  calculateur de préchauffage de soudage en ligne  pour trouver la bonne température de préchauffage pour la variété de matériaux en fonction de la chimie de l’alliage, de l’épaisseur de la plaque et du niveau d’hydrogène.

3. Traitement thermique post-soudage :

Température PWHT selon divers codes et normes :

1. 705-785°C (selon le tableau PW-39-5, ASME Section 1)

2. 705°C Minimum et pour Max. temp. voir ci-dessous (selon le tableau UCS 56-11, ASME Section VIII Div.1)

Pour les soudures réalisées avec un métal d’apport de grade 91 correspondant (par exemple, AWS A.5.5 E90xx-B91, ISO EN CrMo91), la température de maintien maximale doit être déterminée comme suit :

1. Si la teneur en Ni+Mn du métal d’apport 1,0 %, la température PWHT maximale doit être de 790 °C.

 2. Si la teneur en Ni+Mn du métal d’apport > 1,0 % mais ≤ 1,2 %, la valeur max. La température PWHT doit être de 780 °C.

 3. Si la teneur en Ni+Mn du métal d’apport > 1,2 %, la température maximale de PWHT doit être d’au moins 10 °C inférieure à la température critique de transformation inférieure (Ac1).

4. 705-775°C (Tableau 132.1.1-1, ASME B31.1 & Tableau 331.1.1 de ASME B31.3).

La température PWHT recommandée pour le matériau P91 est comprise entre 740 et 760 °C (1375 à 1425 °F) avec un temps de maintien minimum de 2 heures.