服役的hk40炉管抗蠕变裂纹扩展能力

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1、服役的HK40炉管抗蠕变裂纹扩展能力

2、第1内容加载中...巩建鸣　涂善东　凌　祥　陈嘉南　徐　平　潘文越　陈世陵　　摘要　在全面分析已服役10年的HK40炉管损伤状况的基础上，研究了HK40炉管母材和焊接接头的蠕变裂纹扩展速率，评价了这2种不同部位抗蠕变裂纹扩展的能力。结果表明在长期正常的运行中，特别是服役后期，下部炉管焊缝中的蠕变裂纹扩展比母材裂纹扩展快，微观组织损伤和焊缝中的应力集中是致使焊缝蠕变裂纹扩展较快的2个重要因素。　　关键词　炉管　焊缝　蠕变裂纹扩展　损伤　　分类号　TQ052.603ResistanceofHK40furnacetubesagainstcreepcrackgr

3、oing　　Professor　TuShandongViceReasearcher　LingXiang　　Engineer　ChenJia，nan(NanjingUniversityofChemicalTechnology，Nanjing　210009)SeniorEngineer　XuPing　　SeniorEngineer　Pan>　　SeniorProfeesor　ChenShiling(JinlingPetrochemicalpany,Nanjing　210037)　　Abstract　Onthebasisofmetallographicalstudyofdamagestatesof

4、aHK40tubeetalandentslocatedintheloetalafteralongperiodofoperation,especiallyinthelaterserviceperiod.Microstructuredamageandstressconcentrationintheportantfactorscontributingtofastercreepcrackgroage　　制氢转化炉是用来实现烃类水蒸汽转化生产氢气的装置，离心铸造的HK40炉管是该装置中关键部件。通常，高温下HK40炉管的断裂失效是由于材料劣化产生蠕变孔洞，孔洞之间的连接形成微观裂纹，进而发展成宏观裂纹

5、，最终穿透管壁［1，2］。研究表明炉管带裂纹服役的时间几乎占炉管总寿命的50%［3］，形成的裂纹既有母材上的纵向裂纹，也有焊缝金属和热影响区的环向裂纹［4，5］。因此，蠕变裂纹扩展对炉管服役寿命有着重要影响，是决定炉管剩余寿命的主要因素之一。　　目前，以高温断裂力学理论为基础，对蠕变裂纹扩展行为的研究已有相当的发展［6］，形成了蠕变裂纹扩展寿命评价方法，并应用于高温构件的安全评定和寿命评价［7，8］。笔者在评价服役10年的整根HK40炉管损伤的基础上，取有代表性的母材和焊接接头进行蠕变裂纹扩展试验，针对不同组织状况和结构形式，研究抗蠕变裂纹扩展的能力，为炉管的寿命预测提供依据。1　试验1.1

6、　试样选择　　根据众多的HK40炉管检测分析结果，蠕变损伤通常引起炉管母材产生纵向裂纹，而焊接接头处焊缝或热影响区产生环向裂纹。因此，为研究炉管抗蠕变裂纹扩展能力，在母材横截面上取C形试样模拟纵向裂纹，用带焊缝的单边裂纹试样（简称SEN试样）模拟炉管焊接接头处焊缝金属中的环向裂纹，这不仅能模拟裂纹的受力情况，而且试样的宽度就是炉管的壁厚，能计及壁厚的损伤状况。　　蠕变裂纹扩展试验的C形试样和SEN试样分别从已服役8万h的炉管下部母材（G11）和焊接接头（E5）上截取，G11的微观组织碳化物沿晶呈链状析出，碳化物发生粗化。E5焊缝的组织状况是晶界碳化物粗化严重呈块状，而且从内壁到中间部位，晶界

7、上存在孔洞和微裂纹，显然E5焊缝组织的损伤比G11母材组织损伤更为严重。通过上述选择，可以反映不同组织损伤状况和材料不均匀性对蠕变裂纹扩展速率的影响，而且对炉管的寿命评价有一定的指导意义。炉管尺寸为€€127mm×12mm，C形试样形状和尺寸见图1，SEN试样形状和尺寸见图2。图1　G11母材C形试样图2　E5焊接接头的SEN试样1.2　试验方法　　蠕变裂纹扩展试验在改造的RD2-3型蠕变试验机上进行。加载点位移是通过引伸仪由试验炉引出，再转化为电位信号，经标定0.1mm的位移转化为1mV的电位值。蠕变裂纹长度与扩展量的测量采用直流电位法。直流电位法测量裂纹长度的精度通过电模拟法加以验证，C

8、形试样的精度小于5%［9］。在本研究中，SEN试样电模拟标定值与理论计算值的最大相对误差小于9%，那么，对于C形和SEN试样，采用直流电位法测量蠕变裂纹长度都能够获得较好的精度。C形试样的厚度为6mm，初始裂纹用0.1mm钼丝线切割加工，长度是4.0mm。SEN试样的厚度为4.5mm，初始裂纹加工方法与C形试样相同，长度是5.0mm。各取2个G11母材和E5焊接接头试样，试验载荷分2个级别，试验温度根据炉管实