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64焊接质量控制与管理焊接技术第42卷第l O期2013年10月文章编号：1002—025X(2013)10—0064一02加氢反应釜堆焊层焊接裂纹的处理朱昌宏1，张涛俊2(1．江苏特种设备监督检验院镇江分院，江苏镇江212300；2．江苏华泰重工装备有限公司，江苏镇江212300)摘要：在某加氢反应釜首次全面检验中，人孔接管堆焊层经渗透检测发现有多条环向裂纹，经超声波探伤进一步确定，裂纹深度未达到基材，缺陷存在于人孔接管的堆焊层。
该裂纹产生的主要原因是焊接层间温度控制不稳定、合金元素的流失产生硬脆的马氏体组织、焊后热处理温度不均匀：但氢气和微量的硫化氢在此工作压力和工作温度中不会对复合层O C r l8N i l0T i和基层材质15C r M oR产生氢腐蚀．关键词：加氢反应釜；堆焊层裂纹；焊接层间温度；焊后热处理中图分类号：T C457．5文献标志码：B0前言某化工有限公司在生产混合甲苯产品的装置中．对1台2006年投入使用的二段加氢反应釜首次进行全面检验．在人孔接管堆焊层经渗透检测发现有多条环向裂纹。
裂纹宏观形貌如图1所示。
l bj图1人孔接管堆焊层裂纹宏观形貌该容器直径1200m m，母材壁厚：基材40m m，复合板3m m，总长：10415m m，容积8．31i n3，设收稿日期：2013-04—03计压力6．6M Pa，工作压力6．0M Pa，设计温度370℃，工作温度350oC。
使用介质：妒(H2)>90％，(300一l000)×10巧的硫化氢气体及碳九混合物。
容器材质：基材为15C r M oR钢，复合层材质为0C r l8N i O Ti，堆焊层材质为321不锈钢，人孔接管材质为15C r M0111钢，内壁堆焊层材质为321不锈钢。
1使用状况和检验结果该容器使用中，釜内碳九混合物先升温至135℃，随至升压到<2．4M Pa，再逐步加入氢气反应后产生硫化氢气体，通过逐步升温升压到工作温度和工作压力，反应结束后，先降压到<2．4M P a，再降温至135℃，随后先降压后降温。
石油化工行业加氢反应器主要损伤类型及主要因素，一般人不知道！加氢反应器是加氢装置的核心设备。
其操作条件相当苛刻。
技术难度大，制造技术要求高，造价昂贵。
所以人们对它备无论在设计上还是使用上都给予极大的重视。
反应器的设计和制造成功，在某种意义上说是体现一个国家石油化工技术水平的重要标志之一。
1. 温氢腐蚀①高温氢腐蚀形式内部脱碳与开裂，表面脱碳不产生裂纹，表面脱碳的影响一般很轻，其钢材的强度和硬度局部有所下降而延性提高。
内部脱碳是由于氢扩散侵入到钢中发生反应生成甲烷，即Fe3C+2H2→CH4+ 3Fe 。
甲烷聚集于晶界空穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力，使钢材产生龟裂、裂纹或鼓泡，并使钢材强度和韧性显著下降。
由于这种损伤是发生化学反应的结果，所以它具有不可逆的性质，也称永久脆化现象。
其实际的进展是甲烷气泡在晶界形核、成长及气泡串通产生晶间微裂纹，最终这些微裂纹能够连通而形成断裂通道。
这里要引出一个“孕育期”(或称潜伏期)的概念。
就是对于处在形成甲烷气泡，但成长速度缓慢且没有串通的阶段，钢材的力学性能不发生明显改变的这段时间称为“孕育期”。
“孕育期”的概念对于工程上的应用是非常重要的。
它可被用来确定设备和管道所采用的钢材的大致安全使用时间。
“孕育期”的长短取决于许多因素，包括钢种、氢压、温度、冷作程度、杂质元素含量和作用应力等。
② 影响高温氢腐蚀的主要因素温度、压力和暴露时间的影响；合金元素和杂质元素的影响；热处理的影响；应力的影响。
加氢反应器2. 氢脆①氢脆现象的特征所谓氢脆，是由于氢残留在钢中所引起的脆化现象。
产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩率显著下降。
氢脆是可逆的，也称作一次脆化现象。
氢脆发生的温度一般在150 ℃以下。
所以，实际装置中氢脆损伤往往都是发生在装置停工过程的低温阶段。
②防止产生氢脆的有关要点氢脆的敏感性一般是随钢材强度的提高而增加；钢的显微组织对氢脆也有影响。
钢材的氢脆化程度与钢中的氢含量密切相关( 可以认为，在可能发生氢脆的温度下，会存在着不引起亚临界裂纹扩展的氢浓度，称之为安全氢浓度。
深水及阴保下双相不锈钢氢致应力开裂的氢行为与临界电位标题：深水环境下双相不锈钢氢致应力开裂的氢行为与临界电位在现代工程领域中，双相不锈钢因其耐腐蚀性和机械性能而被广泛应用于各种深水环境中的设备和结构中。
然而，其中的氢致应力开裂问题却一直是其在深水环境中使用过程中的一个难题。
本文将深入探讨在阴保条件下深水环境中双相不锈钢氢致应力开裂的氢行为与临界电位，并从多个角度进行分析。
一、氢致应力开裂的原因及影响1.1 氢在双相不锈钢中的扩散机制双相不锈钢中存在许多晶界和位错等缺陷，这些缺陷为氢扩散提供了通道，使得氢可以在金属内部自由扩散，导致局部氢浓度增加，加速氢致应力开裂的过程。
1.2 氢对双相不锈钢性能的影响氢致应力开裂不仅会导致双相不锈钢组织的疲劳破裂，还会引起材料的脆性断裂，降低双相不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能，严重影响设备和结构的使用寿命。
二、深水环境对氢致应力开裂的影响2.1 深水环境下氢的来源深水环境中水体中的氢离子浓度较高，同时水压和温度等因素也会加速氢在双相不锈钢中的扩散和积聚，从而增加了氢致应力开裂的风险。
2.2 阴保条件下的氢脱附深水环境中的阴保条件会限制氢的脱附，使得双相不锈钢表面无法有效地除去氢，导致氢浓度在表面积聚，增加了氢致应力开裂的可能性。
三、深水环境下双相不锈钢氢致应力开裂的临界电位3.1 临界电位的概念在电化学腐蚀研究中，临界电位是指在一定环境条件下材料开始发生电化学腐蚀的电位值。
深水环境中，双相不锈钢的临界电位对其氢致应力开裂行为具有重要的影响。
3.2 阴保条件下临界电位的变化在阴保条件下，双相不锈钢的临界电位会受到水体中氢离子浓度、温度和压力等因素的影响，容易发生变化。
当临界电位降低时，双相不锈钢容易发生氢致应力开裂，增加了设备和结构的风险。
总结回顾通过对深水环境下双相不锈钢氢致应力开裂的氢行为与临界电位的全面评估，我们可以得出以下结论：深入了解了氢在双相不锈钢中的扩散机制，揭示了氢致应力开裂的根本原因。
奥氏体不锈钢堆焊部位的氢致剥离裂纹的研究
曾伟华;韩怀月;殷凤春;廖巨智
【期刊名称】《钢铁研究学报》
【年(卷),期】1992(4)2
【摘要】本文采用高压釜充氢试验方法(充氢条件为;高压氢,450℃,48 h)研究了各种氢暴露条件和冷却循环对奥氏体不锈钢堆焊部位的氢致剥离敏感性的影响。
所用试样是在2 1/4Cr-1Mc厚锻造板上用三种带极和焊接工艺堆焊而成。
结果表明,(1)剥离是试样暴露在高温高压氢气中之后,冷却至室温放置过程中而产生的延迟裂纹;(2)剥离是沿着靠近境界层的粗大晶界或碳化物层的晶间断裂;(3)增加充氢氢分压,或增加充氢后的冷却速度,剥离敏感性增加;(4)本工作为奥氏体不锈钢堆焊部位氢致剥离裂纹的研究提供了有效的手段,同时为我国热壁加氢反应器堆焊材料和工艺的选择及其制定安全操作规程提供了指导原则。
【总页数】10页(P67-76)
【关键词】奥氏体不锈钢;氢致剥离;堆焊层
【作者】曾伟华;韩怀月;殷凤春;廖巨智
【作者单位】冶金部钢铁研究总院8室;冶金部钢铁研究总院;抚顺石油三厂;第一重型机器厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.71
【相关文献】
1.焊后热处理条件对不锈钢堆焊层氢致剥离的影响 [J], 徐颖;孙宝德
2.化工压力容器奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离裂纹及其防止方法 [J], 森重
3.不锈钢堆焊界面的氢致剥离裂纹及其防止 [J], 凌文俊
4.不锈钢堆焊层氢致剥离行为的研究 [J], 林建鸿;王正东;柳曾典;吴东棣
5.1Cr-1/2 Mo钢堆焊奥氏体不锈钢时溶合区韧性与氢致剥离行为的研究 [J], 陈字刚;武春芝;杨林英;邱长忠;肖务荣;陈树荣;钟祖华
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氢致裂纹的形成机理
氢致裂纹又称氢解裂纹、氢硬度裂纹，是加工由铸铁、低合金钢和不锈钢制造的零件所固有的损伤症状，主要是特定环境情况下此类材料在拉伸强度、断裂蠕变时缺乏韧性，形成连续的小裂痕，最终聚集成贴近边界的正方形或类正方形的裂纹群，影响零件的性能和使用寿命。
氢致裂纹的形成机理可归结为氢的迁移和脱键作用。
材料在运动、磨擦、缓冲或热处理等活动过程中，易产生弹性形变，包括断裂、变形、扩展或压缩，造成内部质子活动，形成原子空位，并挥发出氢。
在这种情况下，原子空位会吸收氢，引发典型的氢脱键现象，随着时间的推移，这些氢原子在连续的拉伸和变形运动中反复重组，形成与材料的晶格结构不均衡的氢脱键区，该区极易受拉伸或活动的外力影响，从而加速氢致裂痕的扩展。
因此，要预防氢致裂纹的产生，必须采取适当的措施，如选择无氢含量的材料和相应的处理工艺，采用封闭环境制作零件，在运转过程中增加润滑，降低磨擦损伤，并在变换状态时大量补充油脂。
以上方法可以有效防止氢脱键现象，进而降低氢致裂纹的危害性。
反应堆压力容器大厚度不锈钢堆焊层焊后剥离的分析及防止措施发布时间：2022-12-29T08:18:04.707Z 来源：《科学与技术》2022年9月17期作者：张宇1 苏胜2 [导读] 核反应堆压力容器顶盖法兰密封面进行大厚度不锈钢堆焊时，由于堆焊界面两侧材料的组织性能差别较大，在大厚度堆焊层界面处易发生剥离现象而导致产品失效。
张宇1 苏胜21.一重集团大连核电石化有限公司2.中广核工程有限公司摘要：核反应堆压力容器顶盖法兰密封面进行大厚度不锈钢堆焊时，由于堆焊界面两侧材料的组织性能差别较大，在大厚度堆焊层界面处易发生剥离现象而导致产品失效。
本文对某核电项目反应堆压力容器大厚度堆焊层发生剥离现象的原因进行了详细的试验研究，并根据分析结果制定了相应预防措施，从而避免这种失效情况的再次发生。
关键词：不锈钢堆焊层；密封面；剥离现象；反应堆压力容器1 概述在核反应堆压力容器制造时，压力容器本体材料为低合金高强钢，为获得压力容器长久的耐蚀性，通常会在压力容器内壁及端面堆焊奥氏体不锈钢[1]。
由于堆焊界面两侧材料的组织性能差别较大，在堆焊过程中会发生剧烈的传质传热现象[2]，同时产生较大的内部应力，尤其在压力容器端面大厚度堆焊时，这种情况更加明显和凸出，在大厚度堆焊层界面处易发生剥离现象，导致产品失效[3]。
某核电项目反应堆压力容器顶盖法兰在进行密封面不锈钢堆焊层堆焊后出现了堆焊层剥离现象，为了对密封面堆焊层剥离现象产生的原因进行详细的分析，在堆焊层发生剥离的较大处部位进行了相关的取样，并对所取试样进行了金相、能谱分析、端口相貌分析的试验研究，通过进行详细的试验分析剥离产生的原因，并制定相应的预防措施，从而避免这种失效情况的再次发生。
2 原因分析某核电项目反应堆压力容器顶盖法兰在进行密封面不锈钢堆焊层堆焊后出现了堆焊层剥离现象，为进一步分析缺陷产生的原因，在加工清除缺陷时，对较大面积处缺陷部位进行了取样，并对所取试样进行了低倍、金相、能谱分析、断口形貌分析的试验。
堆焊层金属产生开裂母材与堆焊层金属成分堆焊是一种常见的金属加工技术，它可以用于修复或加固金属构件，以延长其使用寿命。
在堆焊过程中，焊料与母材熔合形成一层金属产生堆焊层，但有时候堆焊层金属会出现开裂的情况。
这种开裂可能导致堆焊层与母材之间的成分不匹配，影响材料的性能和结构的稳定性。
堆焊层金属开裂的原因包括：1.温度梯度大：堆焊过程中，焊料和母材的温度差异会导致温度梯度的产生，这种梯度可能超出金属的承受范围，导致金属开裂。
2.残余应力大：堆焊层与母材的熔合会导致残余应力的产生，如果这些应力超过了金属的承受极限，就会造成金属开裂。
3.冷却速度快：堆焊过程中，焊料和母材的冷却速度快可能导致金属结构的不均匀，从而产生应力集中和开裂。
4.存在夹杂物：堆焊料中存在夹杂物会影响金属的力学性能，增加了金属开裂的风险。
为了解决堆焊层金属开裂的问题，可以从以下方面入手：1.优化堆焊工艺：通过调整焊接温度、焊接速度、焊接压力等参数，优化堆焊工艺，减少温度梯度和残余应力的产生，降低金属开裂的风险。
2.使用合适的焊接材料：选择适合堆焊工艺的焊接材料，减少夹杂物的产生，提高金属的稳定性和耐腐蚀性能。
3.加强检测和控制：在堆焊过程中，加强对温度、应力、残余应力、夹杂物等因素的检测和控制，及时采取措施，防止金属开裂的发生。
4.提高材料质量和加工精度：加强对堆焊层金属成分和结构的分析，优化材料质量和加工精度，提高金属的机械性能和耐磨损能力，减少开裂的风险。
总之，要解决堆焊层金属开裂的问题，关键是优化堆焊工艺，选择合适的焊接材料，加强检测和控制，提高材料质量和加工精度。
只有这样，才能在堆焊过程中有效地防止金属开裂，保障金属构件的使用寿命和安全性。
加氢精制装置的腐蚀类型加氢精制装置的腐蚀类型3.1.1氢损伤高温临氢设备及与含水硫化氢（湿硫化氢）接触的设备，存在加入氢或析出氢的工艺过程，氢的存在可以引起设备的氢损伤，氢损伤包括如下几种：氢鼓泡：氢原子渗入钢材，在钢中遇到裂缝、夹杂及空隙等处，氢原子聚集结合成氢分子，致使体积膨胀、压力增加，导致钢材产生鼓泡。
氢脆：氢原子渗入钢材后，使钢材晶粒结合力下降，从而造成钢材的延伸率和断面收缩率下降或出现延迟破坏现象。
若氢气由钢材中释放出来，钢材的机械性能仍可恢复。
氢脆为暂时的，可通过钢材加热使氢脆消除。
表面脱碳：钢材与高温氢接触后，形成表面脱碳。
表面脱碳不形成裂纹，其影响是强度及硬度略有下降，而延伸率增高。
氢腐蚀（内部脱碳）：高温高压下的氢渗入钢材之后，和不稳定碳化物形成甲烷。
钢中甲烷不易逸出，致使钢材产生裂纹及鼓泡，并使强度和韧性急剧下降，其腐蚀反应是不可逆的，使钢材永久性脆化。
3.1.2 高温氢和硫化氢H2+H2S型腐蚀主要发生在加氢装置的加氢反应器、反应产物换热器以及相应的管线。
腐蚀形态为均匀腐蚀、氢脆及氢腐蚀。
H2+H2S型腐蚀的影响因素有：硫化氢浓度、温度、时间和压力。
H2S浓度在1%（V）以下时，随H2S浓度的增加，腐蚀速率急剧增加，当浓度超过1%（V）时，腐蚀速率基本不发生变化。
在315-480℃时，随着温度的升高，腐蚀速率急剧增加，温度每升高55℃，腐蚀速率大约增加2倍。
腐蚀速率随着时间的延长而下降，超过500小时，腐蚀速率比短时间的腐蚀速率小2-10倍。
对于高温H2+H2S型腐蚀，压力和腐蚀没有太大关系；对于单纯高温氢气，压力对氢腐蚀则有巨大影响。
高温H2+H2S型腐蚀控制主要是材料防腐。
一般加氢装置在200℃以下时，H2+H2S型腐蚀介质中使用碳钢可满意操作，温度超过200℃使用Cr13或奥氏体不锈钢。
因为Cr13型不锈钢存在475℃脆化，因此使用Cr13型不锈钢温度不能超过357℃。
