加氢反应器材料脆化损伤模式及其研究现状.pdf

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1、750化工机械2015年加氢反应器材料脆化损伤模式及其研究现状4杨元庆料吴开斌(武汉市锅炉压力容器检验研究所)摘要介绍了加氢反应器材料的损伤模式，分别探讨了回火脆和氢脆两种材料损伤模式的研究现状，现有的研究结果表明：服役18年的材料仍在安全范围内。关键词加氢反应器材料脆化失效形式回火脆氢脆中图分类号TQ052．4文献标识码A文章编号0254_6094(2015)06m750旬4作为炼化工厂核心设备的加氢反应器操作工况十分苛刻，容易发生安全隐患。某加氢反应器操作温度343—482℃，压力6．9—28．

2、OMPa，介质中含有H：和H：s，即在高温、高压、临氢条件(温度大于250℃，氢分压大于1．4MPa)下工作。设备选材一般选用使用温度高、强度级别高、抗氢、抗回火脆性和冲击韧性好的2．25crlMo、2．25CrlMoV或3crlMoV钢制造。在如此苛刻的使用工况下，CrlMo钢的主要失效形式为高温、临氢条件下的材料脆化现象。我国目前还没有专门针对加氢反应器形成相关的设计、制造、检验检测及管理使用等环节的法规标准，导致对加氢反应器的安全状态缺乏科学的监管和判定。笔者从加氢反应器材料的失效形式出发，介

3、绍其失效形式的损伤模式，从回火脆化、氢脆、回火脆和氢脆的共同作用这3个方面介绍国内外的研究现状。1材料脆化的损伤模式失效形式和损伤模式的区别在于损伤是一个过程参量，在设备使用过程中一直发生；但失效是损伤积累到一定程度的质变，也就是发生损伤时，设备不一定失效，但设备失效时必定发生损伤。在复杂工况下，失效形式和损伤模式也不是一一对应的，即相同的失效形式，其损伤模式可能不同；同一种损伤模式，也可能导致不同的失效形式。在高温、I临氢工况下，加氢反应器的材料脆化是其主要失效形式，其损伤模式可能是回火脆、氢脆的

4、一种或共同作用。1．1回火脆的损伤模式在加氢反应器长期使用过程中，使用温度下材料韧性没有明显降低，但材料组织微观结构已变化，在开停车或者降低使用温度时发生脆性开裂的现象。加氢反应器开停车过程中材料的回火脆性属于第二类回火脆，这种回火脆性在重新将材料加热到600℃以上时，可以恢复韧性。2．25CrlMo钢在482℃时的回火脆化速率比427～440℃时更快，但长期暴露于440℃时的回火脆化损伤可能更严重。使用温度、材料化学成分、热处理工艺参数对其影响最大⋯。1．2氢脆的损伤模式在加氢反应器使用过程中氢原

5、子扩散进入钢材中，导致其韧性降低，在应力集中部位容易造成氢原子聚集形成沿晶裂纹导致脆性断裂，氢分量浓度增加、材料强度等级水平、应力水平超过临界应力对氢脆影响最大⋯。1．3回火脆和氢脆共同作用的损伤模式回火脆和氢脆共同作用主要是在发生回火脆损伤的过程中同时发生氢脆损伤加剧材料的失效，对其损伤过程机理还有待更深入的研究。2材料损伤模式的研究现状2．1回火脆的研究现状谈金祝等对运行5年的2．25crlMo加氢反应器材料挂件进行力学性能试验，用vTr54．2的十国家质量监督检验检疫总局公益性行业科研专项经费

6、资助项目(201110026-5)。}$杨元庆，男，1964年9月生，高级工程师。湖北省武汉市，430024。第42卷第6期化工机械751变化量和FATT的变化量定量评价脆化程度，然后对试件进行脱氢热处理，其冲击功没有什么变化，说明脆化不是由氢引起；经脱脆热处理后，△vTr54．2和△FATT的变化与取出件脆化程度相近，由此判断脆化主要是由回火脆引起的心。J。陈进等对运行6年的2．25CrlMo钢挂件样品进行力学性能试验，材料和焊缝金属的抗拉性能没有劣化；脱氢和脱回火脆处理的焊缝金属冲击试验结果揭示

7、了焊缝金属脆化是由回火脆化造成的¨1。吴金龙对运行6年的3crlMoV挂件进行试验发现经长期高温临氢服役，其材料已发生脆化，母材的脆化程度高于焊缝，但焊缝的转变温度均远高于母材，所以焊缝仍为薄弱部位¨1。赵建平等对运行7年的2．25CrMo钢母材．，系数和焊缝的x系数进行脆化敏感性评价，用vTr54进行回火脆化的定量分析，焊缝回火脆化程度大于母材，并通过试验验证在650℃下保温2h可以脱脆；长期服役对母材和焊缝的拉伸性能影响不大，而对材料冲击性能的影响较明显，回火脆化程度不仅与材料的J和x系数有关，

8、而且和服役时间的长短有关”’9j。夏翔鸣等对运行12年的2．25CrlMo钢材料性能与运行了4．3万h取出的试块进行了对比，取出态母材与焊缝冲击试验获得的韧脆性转变温度都有所升高，但焊缝的回火脆化要严重得多；母材常温取出态的断裂韧性很好，回火脆化程度较轻；取出态焊缝回火脆化比较严重，常温下反应器焊缝是较为薄弱的危险源¨0

9、。侯峰等对运行18年的加氢反应器出口管弯头2．25crlMo进行材料劣化研究，研究结果表明：经18年运行后母材和焊缝发生了较大的回火脆，母材的韧脆转