奥氏体不锈钢压力容器裂纹分析及处理.pdf

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1、设备管理奥氏体不锈钢压力容器裂纹分析及处理1234刘福才张以勇袁玲杨扬(1,2.沈阳东方钛业股份有限公司3,4.京鼎工程建设有限公司)摘要:奥氏体不锈钢出现裂纹是不锈钢压力容器常见的失效（a）硅烷分离罐封头形式，常导致严重的经济损失，甚至造成安全事故。本文针对在使用过程中常出现的两种裂纹形式：氢致裂纹和应力腐蚀裂纹，结合实例，对其失效过程进行了具体分析。关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；裂纹；冷加工硬化；氢；应力腐蚀固溶处理前言随着石油化工行业的发展，国内大型项目的不断建设和相继投产，如大型PTA项目，丁基橡胶项目等，化工设备使用奥氏体不锈钢的情况也越来越多，用量也越来越大，但不

2、锈钢设备出现（b）1#裂纹（c）2#裂纹裂纹失效的事例也越来越多。对这些裂纹失效事例进行分析，认图1封头裂纹图片清其产生机理，采取相应措施，提高不锈钢压力容器设计水平，减2.裂纹分析少裂纹事故的发生，具有重要的经济效益和社会效益。为弄清设备裂纹产生的原因，我公司委托具有检测资质的单奥氏体不锈钢制压力容器是化学工业中的常用设备，其工作位对封头进行裂纹检测，根据检测结果从以下几个方面对裂纹进环境多具有低温或高温、高压及腐蚀性强等的特点。如果设备存行分析：在裂纹等缺陷，在运行过程中随时有可能扩展引起容器破裂，影（1)材料化学成分响正常生产，甚至给生命和财产带来危害。根据制造单位提供的

3、材质证明，材料符合GB/T4237-92的本文针对奥氏体不锈钢出现的两种裂纹，并结合我公司设计相关规的某不锈钢压力容器出现的裂纹，对其产生机理进行分析。定，不存在材料使用方面的问题。一、氢致裂纹(2）金相及马氏体含量定性定量奥氏体不锈钢制作的容器，因采用的加工制作方法不同，在对裂纹面断口的形貌进行分析，裂纹是从内表面距离熔合线加工过程中可能会出现表层的冷加工硬化，使用过程中在有氢分（焊趾）5.5~6mm的位置起裂，并向外表面和封头方向扩展，裂纹压的介质中可能会出现氢致裂纹。没有扩展进入焊缝区。整个裂纹表面比较清洁，没有腐蚀。分析我公司签订的多晶硅项目，其中硅烷分离罐就是采用S3

4、0408结果表明裂纹具有低应力脆性裂纹特征，起裂位置在距离焊缝约制造的低温容器，其设计压力为1.379/-0.1Mpa,设计温度为6mm的热影响区。而裂纹面断口附近的内表面则没有明显的腐148.9/-170.6℃，介质为硅烷、氢气等，设备上封头采用14mm蚀和其它异常缺陷。厚的钢板冷旋压成形。根据裂纹的起裂位置，对裂纹附近的内壁和焊缝附近进行金1.封头裂纹的发现相组织分析。通过金相分析发现，内壁和焊缝区的金相组织为奥该设备在制造厂经压力试验合格后运至现场进行安装，系统氏体，有少量铬化物析出，沿晶界网状分布，而在热影响区发现了安装完毕后于2010年10月13号通入常温状态氢气进行

5、系统吹孪晶奥氏体和大量诱导应变马氏体。通过马氏体含量的定量分扫，于2010年10月15日开始利用上游液氮换热器将氢气逐步降析检测，热影响区母材马氏体含量为35.8%；而且裂纹处磁性也温，温度降至最强，也说明含有大量的应变诱导马氏体。-500C时，进行检查发现该设备上封头出现2处裂纹，立即紧（3）封头内压力引起的应力急停车，此时温度在-500C~-600C，整个过程压力始终在图纸给定封头名义厚度12mm，不含加工减薄量。假设加工0.627MPa。该封头裂纹位于母材区垂直于环焊缝的轴向裂纹，减薄量为12%，材料的厚度附加量为0.8mm，使用14mm厚的钢如图1（图示1#，2#），裂

6、纹一端达于焊趾，但是没有进入焊缝板冷旋压成形，则加工成形后封头的厚度δ为：区。裂纹贯穿壁厚，呈较规整的直线形，两裂纹之间距离200mmδ=14-14X0.12-0.8=11.52mm左右。1#裂纹外表面观测长度40mm，内壁观测长度22mm；2#设计温度下材料的许用应力为137MPa，则根据标准椭圆封裂纹外表面观测长度27mm，内壁观测长度12mm。头的计算公式（GB150）计算使用压力引起的内应力σ：σ=K*Pc*Di/(2δ)+0.25Pc=1X0.627X445/(11.52X2)+0.25X0.627=12.27MPa封头实际计算出的内应力12.27MPa远低于材料强度

7、137MPa，因此也排除了由强度超载引起的开裂。从上述各项结果和裂纹形貌分析，裂纹是无变形的脆性开裂，属于低应力裂纹，与母材组织和工作介质有关，从断口特征分析具有氢致脆性开裂的特征。而且对此处材料的硬度测试结果发现此处母材硬度达到HB400左右，估算材料强度达到1100MPa以上（标准中0Cr18Ni9材料的硬度为小于等于HB187，抗拉强度为520MPa），虽然强度很高，但其脆性更大，对使用环境变得更加敏感，特别是氢致脆性环境。封头开裂是在氢气环境下发生的，而发生开裂的位置正是封头加工变形