制氢转化炉法兰损伤分析

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1、制氢转化炉管与法兰异质焊接接头失效原因的研究巩建鸣涂善东南京化工学院（江苏省南京市210009）江小平江苏省锅炉压力容器检测中心所（江苏省南京市210010）徐平金陵石化公司南京炼油厂（江苏省南京市210033）摘要:针对用奥407焊条悍接HK4）炉管和Cr5Mo法兰的异预焊接接文•在高温运行期间亓谿址汕的情况，采用光学显微镜、扫描电镜等手段进行了失效分析.结果麦明在K期漓温运行中碳从低铅林料向髙佑功料扩敬迁移，在熔合区邻近Cr5Mo钢母材…信至成脱谈层，其殖体因贫務软化，强度降祗・id±Cr5Mo钢和奥氏体焊缝金厲的线岛赤乐数有较大差异，嵐泯下变形不

2、协谒，烷合线界闻上应力集中，导致在熔合区邻近Cr5Mo钢母材侧脱於层上前生蚕纹，井枱脱碳展扩展，穿透内外壁，造成泄漏.主题词：制氢炉管法兰合金钢髙温脱碳熔合纹1前喜某炼油厂制氢转化炉管（HK40）与法兰（Cr5Mo）的焊接采用奥氏体不锈钢焊条，这种焊接属于珠光体■奥氏体异质钢焊接，焊后无需热处理，便于现场施工■因而在石油化工等行业中得到广泛的应用（_耳・该转化炉约运行到89000小时,其炉管和法兰焊接接头处靠法兰侧发生泄漏，于是将法兰从焊接接头处割下，焊上新法兰・该转化炉中有上百根HK40炉管均与Cr5Mo钢法兰焊接,这种异质焊接接头的长期完好性对该装

3、置的安全运行是极为重要的.而经常更换法兰，車新与炉管焊接•其费用及劳动力消耗大，检修周期长.为此，査明导致该异质焊接接头泄漏的失效原因，提岀相应的预防措施，是十分必要的.HK40转化炉管与Cr5Mo钢法兰的焊接用奥407焊条现场对接施焊，焊接结构如图i所示，转化炉管内装有催化剂，入口氢含量10V%.基本参数为：管内压力2~25MPa,入口温度450〜460°C,内径©103mm,壁厚13mm.图1炉管与法兰焊接结构2•检测与结果该转化炉自运行以来，生产基本正常，开停车一年一次，偶尔两次.运行到89000小时左右时，发现一炉管与法兰对接焊缝处靠Cr5Mo

4、钢侧有泄漏。采取修复措施，在焊接接头处割下法兰，重新焊接上一个新法兰.随后，对割下的带焊缝法兰进行检测査证.2.1宏观检查Q1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse*Allr愆割军的沟兰，在焊缝外表面上进行多次渗透着色探伤，结果表明在留下的焊缝上没有穿透性裂纹，可以断定穿透裂纹位于事先割下的焊缝上.于是，在现有的焊缝上•靠近所缺的焊缝位置处，用线切割割下约40mm长的分析试样，该试样保留了焊缝以及与焊缝相连的一部分法兰，宏观观察表明：Cr5Mo钢母材和焊缝金属焊接熔合情况良好，试样上有

5、一个完全沿熔合线开裂的环向面型主裂纹，没有穿透内外管壁，裂纹在管壁厚度方向，沿熔合线大约长10mm;另外靠焊接根部熔合线，位于Cr5Mo母材粗晶热影响区有一环向面型小裂纹，约3mm长，和主裂纹即将连接起来，如图2所示。对带有主裂纹和焊根小裂纹的试样进行磨制和机械勉光后，用4%硝酸酒精显示剂显示Cr5Mo钢的显微组织，再用草酸水溶液电解浸蚀显示焊缝金属的显微组织。结果表明，母材Cr5Mo钢在高温下使用较K时间后，组织基本正常，为铁素体和片状珠光体，未发现姝光体球化等组织劣化现象。焊缝金属的金相组织为典型的柱状树枝晶凝固组织，也届正常.在邻近熔合区的Cr5

6、M。钢母材侧，晶界上也没有发现蠕变空洞，这表明长期髙温运行下，材料没有受到蠕变损伤，仍处丁蠕变的初期阶段.靠近管外壁妁主裂纹上端裂尖有一部分沿焊缝奧氏体晶界扩展一小段后，又回到熔合区的母材侧；靠近管内壁的主裂纹在熔合区邻近Cr5Mo钢侧，从壁厚的中间部位开裂同时向外壁和内吐扩展.小裂纹位于焊根部的Cr5Mo母材侧粗晶热影响区•从内壁起裂并沿晶界呈多分枝扩展.2.3显微硬度测量在金相观察的同吋，测量了熔合区周围（包括焊缝、热影响区HAZ和母材）的显微硬度■如图3斫示.母材与熔合区中心距离/mm0B3运行过的CrSMo钢与奥氏体焊缱的显微硬度分布熔合区邻近

7、焊缝侧硬度Hv为344.8,而邻近Cr,Mo钢母材侧硬度Hv为3026显微硬度分布表明经长时间的高温运行，熔合区中靠Cr5Mobnm丄丄tOAvt—”・心rf04Mth.iifX-rn：/U期珂M网至怦祕？G,菲吴风怦炸粧谢述怦叹？G。2.4断口分析将金相观寮的试样在低温下仃断，宏观观察结果清楚地表明，斯口上有深色的腐蚀产物，熔合线上的主裂纹即将和焊根小裂纹连接起来，两个裂纹面之间有打断时形成的撕裂韧带，撕裂面色泽新亮.-整介断面匹凸不平，好细观好I看到明显的解理台阶.打断的断口用扫描电镜（SEM）进行微观观察分析，断面上有典型的解理断裂台阶，断口上还

8、发现了少量的沿晶二次裂纹，这与主裂纹以及焊根小裂纹岀现少数分叉相吻合.断口可观察到校厚的腐蚀产