P91 çeliğinin sürünme ve kırılma özelliklerinin small punch testiyle belirlenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında bir minyatür test tekniği olan Small Punch (SP) Testi kullanılarak P91 (9Cr-1Mo) çeliği kaynaklı bağlantısının esas metal, kaynak metali, ısı tesiri altındaki ince ve kaba tane yapılı bölgelerinin sürünme ve kırılma özellikleri incelenmiştir. P91 kaynaklı bağlantısının farklı bölgeleri için SP sürünme testi kullanılarak elde edilen sonuçların geleneksel test sonuçlarıyla korelasyonu SP testi için oluşturulmuş Avrupa Standartlar Komitesince belirlenmiş Uygulama İlkelerine (CEN Code of Practice-CEN CoP) göre yapılmıştır. SP sürünme testi sonuçlarının yorumlanmasında ayrıca membran şekil değişimi teorisi temeline dayanarak geliştirilmiş olan yeni bir yöntem kullanılmıştır ve bu yöntemin geçerliliğine dair olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Kaynak bağlantısının tüm bölgeleri için farklı sıcaklıklarda SP kırılma testleri yapılarak bölgelere ait sünek-gevrek geçiş sıcaklıkları belirlenmiştir. Esas metal ve kaynak metaline ait SP geçiş sıcaklıklarının Charpy V çentik Darbe testi sonuçlarından elde edilen geçiş sıcaklıklarıyla korelasyonu yine Code of Practice İlkelerine göre yapılarak literatürde P91 çeliği için henüz belirlenmemiş olan SP-Charpy geçiş sıcaklığı korelasyon katsayıları belirlenmiştir. Standart SP numunelerinden farklı olarak çevresel yönde açılmış çentiğe sahip yeni bir SP numunesi kullanılarak, çentik etkisinin SP geçiş sıcaklığına etkisi incelenmiştir. P91 çeliğinin SP sürünme ve SP kırılma testleri esnasındaki mekanik davranışı deneysel sonuçlarla doğrulanmış sonlu elemanlar modelleriyle incelenmiştir. Bu modeller aynı zamanda deneysel ekipmanın optimizasyonunda ve çentikli SP numunelerin davranışının incelenmesinde de kullanılmıştır. P91 kaynaklı bağlantısının mikroyapısının incelenmesi için optik mikroskop yöntemi, SP kırılma test numunelerinin kırılma yüzeylerinin incelenmesi için ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) yönteminden faydalanılmıştır.

Within the scope of this thesis creep and fracture mechanical properties of different zones of a P91 (9Cr-1Mo) steel weldment, namely weld metal, base metal, Heat Affected Zone-Fine Grained and Heat Affected Zone-Coarse Grained were determined by Small Punch (SP) Test which is a miniaturized testing technique. The obtained experimental results of the SP creep tests for the different zones of the P91 weldment were correlated with the conventional test results in accord with the guidelines of the CEN Code of Practice (CEN CoP) for SP testing. The evaluation of the SP creep test results was also performed according to a new approach originating from the membrane stretching theory and promising results were acquired validating the applicability of this approach. Ductile to Brittle Transition Temperatures were evaluated from SP fracture tests for all of the zones. The SP transition temperatures of base metal and weld metal were correlated with the transition temperatures obtained from Charpy V notch tests according to the Code of Practice and SP-Charpy transition temperature correlation coefficients were determined for P91 steel which weren?t available in the literature. As well as conventional SP specimens, a new type of SP specimen with a circular notch was used for SP fracture tests to investigate the notch effect on the SP transition temperature. The mechanical behaviour of P91 steel during SP creep and SP fracture tests was investigated by finite element models which were validated according to the experimental results. These models were also utilised in the optimization of the experimental equipment and understanding the mechanical behaviour of the notched SP discs. Optical microscopy was used for investigating the microstructure of the P91 weldment and scanning electron microscopy (SEM) was employed to study the fracture surfaces of the SP fracture discs.