奥氏体耐热钢HP40离心铸造辐射管的失效分析

第37卷第5期2005年10月 南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Jou rnal of N an jing U n iversity of A eronau tics &A stronau ticsV o l .37N o.5　O ct .2005HP 40奥氏体耐热钢炉管长期高温时效的安全性分析温建萍1,康志强2,顾大群2(1.南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016;2.齐鲁石化股份有限公司塑料厂,淄博,255400)摘要:为判别炉管的损伤程度和运行安全性,本文对运行了约46000h 的苯乙烯生产加热炉炉管,在大修期间进行了宏观检查、氧化物的XRD (X 2ray diffracti on )分析、管径测量、超声波测厚、硬度试验、金相组织分析及炉管的危险点计算分析等。

实验结果表明:炉管表面发生了高温氧化以及碳化腐蚀,炉管壁厚明显减薄。

与新管相比硬度也明显下降,显微组织明显退化,骨架状共晶碳化物形态消失,一次碳化物和从奥氏体晶内析出的二次碳化物明显粗化,且析出少量块状Ρ相。

并在此基础上对炉管的剩余使用寿命作了估算。

关键词:H P 40奥氏体耐热钢;显微组织;碳化物粗化;安全性分析;寿命预测中图分类号:T G 142173;T G 14211 文献标识码:A 文章编号:100522615(2005)0520616205　收稿日期:2005204229;修订日期:2005206221　作者简介:温建萍,女,副教授,1956年9月生,E 2m ail :zl mw j p @nuaa .edu .cn ;康志强,男,高级工程师,1955年2月生;顾大群,男,高级工程师,1963年8月生。

Safety Ana lysis of HP 40Austen itic Hea t -Resistan tSteel Tubes Af ter L ong T i m e AgedW EN J ian 2p ing 1,KA N G Z h i 2qiang 2,GU D a 2qun2(1.Co llege of M aterial Science and T echno logy ,N anjing U niversity of A eronautics &A stronautics ,N anjing ,210016,Ch ina ;2.Q ilu petrochem ical p lastic p lant ,Zibo ,255400,Ch ina )Abstract :O verheat steam heating tubes after servicing 46000h fo r distingu ish ing the dam n ificati ondegree are analyzed ,by visual in specti on ,X 2ray diffracti on (XRD )analysis of the ox ide ,m easu rem en t of the w all th ickness and diam eter ,hardness 2m easu ring ,op tical m etallograph ic exam inati on and the danger po in t analysis .Experi m en tal resu lt show s that the co rro sive m echan is m of su rface m aterials p roduces the ox idati on and carbon izati on co rro si on .A nd the th ickness and the hardness of the bo iler p i pe are descended com pared w ith the new p i pe .B y the op tical m icro scope it is seen that confo r m ati on of the fram ew o rk eu tectic carb ide is disappeared ,the first and the second carb ides p reci p itated in au sten ite are coarsened ,and a spo t of Ρphase is p reci p itated .O n th is base ,the residual life of the bo iler p i pe is esti m ated .Key words :H P 40au sten itic heat 2resistan t steel ;m icro structu re ;carb ide coarsen ing ;safety analysis ;life esti m ati on 石油化工行业在役的高温部件或设备长期在高温、应力和腐蚀介质等恶劣条件下运行,材料的组织结构会发生显著的变化,严重影响着设备运行的安全性。

HP型炉管破裂失效分析摘要：采用宏观检查、化学成分分析、金相组织、扫描电子显微镜、力学性能测试方法对某石化公司制氢车间试车仅18小时即发生破裂的HP钢制氢转化炉炉管进行了析。

结果表明：炉管破裂失效的主要原因是高温蠕变破裂，超温是导致蠕变发生的直接原因。

关键词：转化炉炉管；失效分析；蠕变；超温引言制氢转化炉是高温下烃类蒸汽转化制氢装置中最重要的设备[1]，而炉管则是这些设备的心脏。

制氢转化炉炉管用钢主要是铸态HP型耐高温奥氏体不锈钢，特别是HP40Nb钢在碳氧环境中具有很高的抗蠕变、高温和耐腐蚀的特性[2]，在世界范围内应用广泛[3]。

但是制氢转化炉炉管的价值很高，并且其使用温度高、运行条件复杂苛刻。

蠕变、疲劳、侵蚀或腐蚀都是炉管损伤的原因，其中蠕变被认为是导致HP40Nb炉管失效的最主要方式[2]。

此外由于炉管服役过程中因操作不当会造成炉管的超温或者局部温度过高，持续的超温运行会进一步导致材料抗蠕变性能降低，蠕变裂纹加速扩展，最终导致炉管的提前失效。

因此对于石化制氢炉管开裂进行失效分析与预防是推动石油化学工业发展的一个重要手段，是提高石油化学工业装备质量和延长使用寿命的可靠途径[4-6]，意义重大。

本文分析的炉管材质为HP40Nb耐热不锈钢，尺寸为炉管内压力为1.8MPa，管内介质除含有H2外，还含有CO2、CO和CH4等，炉管的正常工作温度为820℃，设计使用寿命为10万h。

本次炉管破裂是在开车试运行仅18h发生的，破裂的炉管共有9根，属于早期失效行为。

对其中损伤较严重的2#炉管进行分析，找到其失效的原因，为以后防止此类事故的发生提供依据。

1.宏观检查1.1.破裂管段宏观形貌分析和蠕胀量测量破裂管段的宏观形貌如图1所示，裂纹走向沿炉管轴向发展，裂纹弯曲，裂纹前端分叉明显（图1b）。

裂纹长度740mm，破口上方裂纹前端蠕胀量3.4%，破口下方裂纹前端蠕胀量为2.6%，裂纹尖端50mm以外的炉管无明显蠕胀。

奥氏体钢管线焊接区域腐蚀原因及对策奥氏体钢管在焊接区域容易出现腐蚀的问题，这给管道的使用和维护带来了很大的困扰。

本文将从腐蚀原因和对策两个方面进行探讨。

一、腐蚀原因1. 焊接热影响区域（HAZ）的腐蚀：焊接过程中，由于高温和快速冷却，HAZ区域的晶粒会发生相变，形成了腐蚀倾向性较大的组织。

当该区域暴露在潮湿的环境中，容易受到腐蚀。

2. 焊接时产生的残余应力：焊接过程中，由于热膨胀和收缩的影响，会在焊接区域产生残余应力。

这些应力会导致奥氏体钢管的晶界处发生开裂，从而形成腐蚀的起始点。

3. 焊接区域的缺陷：焊接过程中，如果焊接区域存在缺陷，如气孔、夹杂物等，这些缺陷会成为腐蚀的隐患。

潮湿环境中的腐蚀介质会通过这些缺陷进入奥氏体钢管内部，引发腐蚀。

二、对策1. 控制焊接工艺：通过合理控制焊接工艺，减小焊接热影响区域的大小，可以降低奥氏体钢管焊接区域的腐蚀倾向。

可以采用预热和后热处理等方法，缓解焊接引起的组织变化和应力积累。

2. 选择合适的焊接材料：选择耐蚀性良好的焊接材料，可以减少焊接区域的腐蚀风险。

同时，还应注意焊接材料与奥氏体钢管的相容性，以避免发生电偶腐蚀。

3. 加强焊接区域的质量控制：在焊接过程中，要加强对焊接区域的质量控制，避免产生气孔、夹杂物等缺陷。

可以采用超声波检测、射线检测等方法，及时发现并修复焊接缺陷。

4. 表面涂层保护：在奥氏体钢管的焊接区域施加防腐涂层，可以有效阻隔腐蚀介质的接触。

常用的涂层材料有环氧树脂、聚酯、聚氨酯等，可以根据不同的工况选择合适的涂层材料。

5. 增强管道维护：定期对奥氏体钢管进行维护检修，及时发现并处理焊接区域的腐蚀问题。

可以采用防腐涂层修补、局部修焊等方法，延长管道的使用寿命。

奥氏体钢管在焊接区域容易出现腐蚀问题，主要是由于焊接热影响区域的腐蚀、残余应力和焊接区域的缺陷等原因引起的。

为了解决这一问题，可以通过控制焊接工艺、选择合适的焊接材料、加强焊接区域的质量控制、施加表面涂层保护以及增强管道的维护等对策来降低腐蚀的风险，保障奥氏体钢管的使用安全和寿命。

奥氏体不锈钢高温锅炉管失效分析蔡晓辉;刘峰【摘要】采用金相显微镜、扫描电镜以及拉伸、冲击、显微硬度测试等检测手段,对高温临氯环境下开裂的奥氏体不锈钢锅炉管进行失效原因分析.分析结果表明,奥氏体不锈钢高温锅炉管断裂为典型的疲劳—蠕变断裂模式,裂纹形态为穿晶沿晶混合萌生、沿晶扩展.高温不锈钢炉管在运行过程中承受较大的热应力,在锅炉频繁起停过程中应力不断循环变化,导致构件承受疲劳与蠕变交互作用并最终使奥氏体不锈钢锅炉管开裂.%The failure mechanism of an austenitic stainless steel boiler tube under high temperature and hydrogen environment was investigated by optical and scanning electron microscope. Mechanical properties of the boiler tube were also studied by tensile, impact and hardness tests. The results show that high -temperature creep -fatigue cracking is the major reason for the failure of this component. From the morphology of view, the cracks initiate in a mixed mode and propagated in a typical intergranular way. High temperature stainless steel tubes in the boiler are subjected to high thermal stress during frequent starting and shutting down, causing fatigue and creep interaction in the material, and eventually leading to the final failure.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】4页(P70-73)【关键词】高温环境;蠕变;奥氏体不锈钢;失效分析【作者】蔡晓辉;刘峰【作者单位】中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司,辽宁抚顺113006;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TE963某石化企业的一台锅炉使用近三年后，近期发生高温炉管开裂事故，造成工作气体泄漏，影响企业安全生产，并造成一定的经济损失。

奥氏体不锈钢过热器常见失效形式分析阎光宗;徐雪霞;张晓昱;柯浩;欧阳杰【摘要】介绍奥氏体不锈钢过热器氧化皮脱落堵塞爆管、应力腐蚀开裂、原始缺陷开裂3种常见失效形式,分析失效原因,并提出相应的预防措施.【期刊名称】《河北电力技术》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】3页(P52-54)【关键词】奥氏体不锈钢;过热器;失效【作者】阎光宗;徐雪霞;张晓昱;柯浩;欧阳杰【作者单位】河北省电力研究院,石家庄,050021;河北省电力研究院,石家庄,050021;河北省电力研究院,石家庄,050021;河北省电力研究院,石家庄,050021;河北省电力研究院,石家庄,050021【正文语种】中文【中图分类】TK223.32火力发电厂锅炉过热器的作用是将蒸发系统产生的饱和蒸汽(一次蒸汽)加热成为具有一定温度和压力的过饱和蒸汽，布置在烟温较高区域，长期在高温应力作用和高温烟气的腐蚀、磨损下工作，因而所用材料必须具有足够高的蠕变极限、持久强度和耐腐蚀性能。

用于高温过热器管的材料大致分为两类：一类是铁素体钢，在工作中人们习惯称为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢，如12Cr1MoV、T22、G102、T91等；另一类是奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti、TP304H、TP347H、Super304H、HR3C等[1]。

奥氏体不锈钢具有热强性高、抗氧化性优良、抗烟气腐蚀性好等优点，在高温下长期运行组织相对稳定，因而奥氏体不锈钢已广泛应用于锅炉受热面管高温段。

虽然奥氏体不锈钢在高温环境下运行时具有多种优点，但由于材料的自身特点和运行工况的复杂多变，在一定条件下会产生爆管失效，影响机组的安全稳定运行。

以下分析奥氏体不锈钢高温过热器管几种常见失效形式，如氧化皮脱落堵塞爆管、应力腐蚀开裂、原始缺陷致爆管，并针对性的提出相应的预防措施和监督注意事项。

1 氧化皮脱落堵塞爆管过热器受热面长期在高温环境下运行，由于水蒸气氧化性很强，内壁必然会产生氧化皮。

浅议奥氏体不锈钢管的焊接缺陷分析及预防措施[摘要]针对奥氏体型不锈钢管焊接中出现的焊接缺陷，分析了其形成原因。

并根据其焊接缺陷产生的原因结合自己焊接教学和实际操作情况给出了相应的防止措施。

[关键词]奥氏体不锈钢；接缺陷产生的原因；预止措施随着我国石油企业的不断发展，建立起许多大型贮油库、气库等，由于输送介质有特殊性要求．需用大量使用具有抗腐蚀性较强的不锈钢材质的管道。

为确保油气管道的能够持久、安全的运行，需对油气管道焊接工艺、参数选择及其焊接缺陷的分析，下面作以简单的浅议。

不锈钢按正火状态下钢的组织状态，划分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体一铁素体型不锈钢等。

下面从奥氏体不锈钢管性能进行分析。

一、奥氏体不锈钢的金属性能(一)不锈钢的性能(焊接有关的物理性能)1.不锈钢的热导率低于碳钢，尤其是奥氏体不锈钢的热导率，约为碳钢的1/3。

2.不锈钢的电阻率高，尤其是奥氏体不锈钢的电阻率，约为碳钢的5倍。

3.奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢约大50%，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线膨胀系数大体上与碳钢相等。

4.奥氏体不锈钢的密度大于碳钢，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的密度稍小于碳钢。

5.奥氏体不锈钢没有磁性，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢有磁性。

(二) 奥氏体不锈钢管力学性能(1Cr18Ni9Ti管为例)不锈钢力学性能(三)奥氏体不锈钢管的焊接性能奥氏体不锈钢塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要采取特殊的焊接工艺措施。

(四)奥氏体不锈钢管焊接工艺性能1.焊接开始时，不要在焊件上随便引弧，以免损伤焊件表面，影响耐腐蚀性。

2.由于奥氏体不锈钢的电阻大，焊接时产生的电阻热也大，所以同样直径的焊丝，焊接电流值应比低碳钢焊丝小20%左右。

3.焊接过程中，采用小电流、快焊速。

一次焊成的焊缝不宜过宽，最好不超过焊丝直径的3倍。

4.多层多道焊时，每焊完一道要彻底清除氧化渣，并控制道间温度，等到前道焊缝冷却到60℃以下时再焊接下一道。

化工设备中奥氏体不锈钢的焊接性能缺陷及管控措施发布时间：2022-11-08T05:43:04.070Z 来源：《福光技术》2022年22期作者：袁兵[导读] 奥氏体不锈钢是指在常温下其金相具有奥氏体组织形态的不锈钢。

奥氏体不锈钢属高合金钢，其中18-8Cr Ni型不锈钢是典型、最具代表性的奥氏体不锈钢。

由于奥氏体不锈钢具有良好的物理、化学及机械加工等综合性能，因而在石油化工、无机化工、生物化工、食品、医药等行业中有非常广泛的应用。

新疆乌鲁木齐石化公司检维修中心维修二车间新疆乌鲁木齐 830019摘要：奥氏体不锈钢属高合金钢，其具有导热系数小、熔点低、线膨胀系数大的性能特点。

焊缝金属在高温状态下结晶时间过长，容易形成粗大柱状结晶组织，并会造成焊接接头中的合金元素及杂质出现偏析现象，同时在焊接接头处产生较大的拉伸应力和变形。

本文主要介绍了奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹、晶间腐蚀、残余应力特点，腐蚀产生的主要原因及相应的管控措施。

关键词：奥氏体不锈钢；热裂纹；晶间腐蚀；残余应力腐蚀奥氏体不锈钢是指在常温下其金相具有奥氏体组织形态的不锈钢。

奥氏体不锈钢属高合金钢，其中18-8Cr Ni型不锈钢是典型、最具代表性的奥氏体不锈钢。

由于奥氏体不锈钢具有良好的物理、化学及机械加工等综合性能，因而在石油化工、无机化工、生物化工、食品、医药等行业中有非常广泛的应用。

奥氏体不锈钢在应用过程中，焊接是必不可少的加工环节，特别是很多化工设备在使用过程中，焊接是关系到设备制造质量和使用寿命的最直接因素。

1 奥氏体不锈钢焊接热裂纹产生因素1.1 冶金因素材料的合金化程度越高，焊接时越容易产生热裂纹。

材料中含有较多的合金元素时，焊接时易产生方向性很强的粗大柱状晶组织，同时增大了液固相线的间距，加剧了偏析。

奥氏体不锈钢焊缝结晶时，液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，所以杂质偏析现象比较严重，并在晶界积聚。

奥氏体不锈钢换热器应力腐蚀开裂的失效分析
邢海澎
【期刊名称】《中国特种设备安全》
【年(卷),期】2024(40)4
【摘要】某化工企业于2018年9月投用了一台硫化氢水冷换热器,正常使用半年后,至2019年3月车间检修时,将换热器外隔热层打开并观察其使用情况,发现壳程外部法兰焊缝处存在明显裂纹。

检验人员遂对该裂纹产生原因进行了一系列的研究分析,最终确定该裂纹为奥氏体不锈钢氯化物应力腐蚀开裂所致,并针对此种情况提出了相应的防护意见,避免了类似损伤模式的再次发生。

【总页数】4页(P77-80)
【作者】邢海澎
【作者单位】山东省特种设备检验研究院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X933.4
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