HP40Nb钢制氢转化炉炉管失效分析_湛小琳

2 结果 与讨论
对 失 效 炉 管 外 表 面 进 行 宏 观 观 察 (图 3 , 其 外 )
见炉 管 内表面 裂 纹 分布(如 图中箭 头 处)致 密 月_形成 网状, 为脆 性 裂 纹特 征;外 表 面 裂纹 较 少, 但 裂 纹扩 展较 深, 从 图 6 可 见裂 纹 是从 外壁 向 内壁 扩展 ; 炉管 晶 界 处有 孔 洞 和 楔 形 裂 纹 产 生, 且在 图 7 中看 出裂
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7 40 , 由于 操作 不 当在 使 用 中会 发 生局 部超 温 现 象 , 使 炉管 外壁 温度 达 到 90 0 以上, 管 内气 体压 力 为 1. M p a, 除 H Z夕 还有 C O Z 蒸 汽和 C H ;等 , 已服 役 5 卜
近 7 . l04h . sx
基金 项 目: 国家 自然科 学基金(5097 1 16)和(5090 104 1)及 中央高 校 0 基本科研业务费及专项 资金项 目( R F 一 P一 02 B 资助 F T 09一9 ) 作者简 介:湛 小琳 (1986一 男, 硕士, 研 究 方 向为金 属材 料 腐蚀 与 ),
表 面 粗 糙 , 有 明 显 的 主 裂 纹 与 爆 裂 孔, 爆 裂 孔 附近 有 明显 的 塑性 变 形和 鼓 包, 有 深 20 ~ 0 向主 裂纹 . 炉 管 的金相 组织 显示 基体 内壁 为典 型铸态 枝 晶 组 织 而外 壁 为奥 氏体+ 铁素 体共 晶体 (图 4 , 由于铸 ) 态较 奥 氏体 组织 强度较 低, 所 以 内壁 硬度 较低; 炉管 服役 时间接近 设计寿 命, 同时在 金相组织 中可观察到 较 多 的晶界裂纹 , 导致 其力学性 能 下降 明显 (表 l , 冲 ) 击 功偏低 , 材质发 生严 重 劣化, 但 化 学成 分无 明显变 化(表 2 . ) 对 失 效 处 的 管 壁进 行 金相 观 察, 如 图 5 所 示可 以上 的纵
温蠕变是炉管失效的主要原因. 关键词:裂纹 蠕变孔洞 高温蠕变 中图分类号:T G z74. 35 文献标识码:A 文章编号:1002一 6495(2012)06一498一 ( ) 05
F a ilu re A n a ly sis o f H P 4 0 N b S te e l T u H y d ro g e n R e f r m e r o
seoPe (S E M ) a d ener y disPersi e sPeet om eter (E D S ) ete.R esu l sh o, that ereeP craeks w ere i n g v r ts n
d u e e d b ee au se th e t b e w a s h e a ted ex tem a l b y b u u ly n r e rs an d th e o u te r su rf e e o f th e t b e w a s e x a u P o se d to h ig h tem P erat re a d o x id i in g eo n d itio n s. C r e k s P ro P a g a ted alo n g th e g ra i b o u n d a ri s u n z a n e i w a r s a d c o a lese e to f r n d n o m cra ek s n e t o r , a n d f n ally in d u e e th e th e l u rst o P en o f th e t b e . w k i , u
第 24 卷
第6期
腐独科李与防护技术
C O R R O S IO N S C IE N C E A N D P R O T E C T IO N T E C H N O L O G Y
从 12 4
N O石
2012 年 11 月
N ov . 2 0 12
H P4ON 钢制氢转化炉炉管失效分析 b
湛小琳 刘智勇 杜翠薇 梅鹏程 李晓刚
定 稿 日期 :20 2一 一 1 0 03 4
腐 蚀, 而 蠕 变 被 认 为 是 导 致 H P 40N b 炉 管 失 效 的最 主 要方 式 ! 2,.此 外, 由于在 炉 管服 役 过程 中操 作 不 当 而 引起 过 热或 局 部温 度 过 高, 持续 的高 温 操 作会 进
钢 在 碳氧 环境
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F i . R esu l o f E D S in g rai b ou dar es and grai (a) M easu red P osi on of g rai bou n daries, (b ) m ea su ed P o si g8 ts n n i n ti n r ti n o f g ai , (e) resu l of E D S i F i . (d) r o r n ts n g sa, esult o f E D S i F ig.sb s n a T b le 3 C h em iea leo m P o siti n s in g ra i bo u n d aries a n d g rain (m a ss% ) o n
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二 目 截目, .
6期
湛小琳等:H P40N b 钢制氢转化炉炉管失效分析
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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 , 其 炉 管用 钢 主要 是 铸 态 奥 氏体 H P 系 列耐 高温 不 锈 钢 , 尤 其 是 H P4 ON b 世界范 围内得到 了广泛 的应 用 3 ,. 通 常 该加 热炉 管 的设 计寿 命 为 10 , h (1 . a , 压 1 4) 力和 温 度 不 超 过 2 M P 和 90 0 a 0 { , 但设备的最终 ] 3 寿 命 与 某些 损 伤机 制 有 关, 比如蠕 变 疲 劳 侵 蚀或
北京科技大学腐蚀与防护中心 腐蚀 与防护教育部重点实验 室 北京 100083
摘 要:采 用宏 观 检 查 力 学性 能 测试 金 相和 扫描 电子显 微( E M )观 察 及 电子 能谱( D S 分析 等方 法探 查 S E ) H P40N 钢制氢转化 炉炉管的爆裂的原 因.结果表明, 由于炉管外部加热, 外壁侧的高温 与氧化 条件诱发 了管 b 壁材质 的晶界劣化和蠕 变, 局部产 生蠕 变裂纹沿晶扩展 形成贯穿 的网络 状裂纹, 最 终导致炉管爆裂 失效.高
A b str a et : T h e f il re an aly sis o f a H P 4 0 N a u b u t b e at a h y d o g e n ref r r o m er w a s P e rf r o m ed , b y m ea n s
o f m a ero i sP e eti n , m e eh an i a l P ro P er ies te sti g , o P tie al m ic ro sco P : sca n n i g ele etro n m i ro n o e t n 六 n e
防护 通 讯 作 者 :李 晓 刚 , E 一 ai i ao只 99间263 . m l:l xi an只 net
1 实验 方 法
分 别 从 失效 炉 管 的基 体 和 焊缝 处取 样, 进 行 化
6期
湛小琳 等:H P40N 钢制氢转化炉炉管失效分析 b -
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学 分 析; 在 炉 管 远 离 失效 位 置 的 基 体处 截 取 3 个 拉 伸 性 能测 试 试样 (尺 寸如 图 1所 示) 5 个纵 向 v 形 缺 口试 样(尺 寸如 图2 所 示)和 硬度 测试 试 样, 分 别进 行 常温 下 拉伸 冲击 及硬度 性 能测试 , 拉伸 试样 为板 状 试样 ;截 取 了失效 炉管 基体和 裂孔 处 的管壁 试样, 打 磨 和机械 抛光 后, 进 行金相 组织 观察 ;将 爆裂 处断 口 及 截 面进 行 扫描 电镜 分析, 断 口用 丙 酮 溶 液超 声 波 清 洗 1 m i 对 失效 炉 管基 体 的 晶粒 与 晶 界 分别 进 0 ; n 行 能谱 分析.
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Z H A N X i o lin , L IU Z h iy o n g , D U C u i e i, M E I P e n g c h e n g , L l X i o g an g a w a
犬 L abor t 理 o C r sion and P 矛l o n o M ni 抑 o E d晚 妙 a o f o o o eeti f i s f earion, b r sion and P 矛t etion o Oe e C nteo U i s i妙o s i n ver f c enee and T chn olO邵, B eii叮 B eiing 10 0083 e j j ,