臨氫設(shè)備講義

1、華東理工大學(xué)化工機(jī)械研究所2001年11月+高溫強(qiáng)度，包括持久強(qiáng)度和短時高溫拉伸強(qiáng)度+蠕變及蠕變脆化+氫(腐)蝕+氫脆和氫致開裂+(低周)疲勞+長期使用后性能的退化(韌性、塑性等)+復(fù)合內(nèi)層及其焊接部位的腐蝕和應(yīng)力腐蝕+復(fù)合內(nèi)層及其焊接部位的氫致開裂+復(fù)合內(nèi)層與母材基體連接的可靠性+ + + + 1 反應(yīng)器殼體及其對接焊縫的回火脆化1 反應(yīng)器殼體及其對接焊縫的氫脆1 不銹鋼堆焊層表面裂紋的形成及擴(kuò)展1 不銹鋼堆焊層與反應(yīng)器殼體之間的氫致剝離1 器壁母材及對接焊縫金屬的回火脆化是不可避免的1 其他問題均與反應(yīng)器器壁中的氫擴(kuò)散行為有關(guān)，設(shè)法控制氫擴(kuò)散，應(yīng)是提高反應(yīng)器使用安全性的有效途徑1 反應(yīng)器使

2、用前的基本對策1 反應(yīng)器運行過程中的安全措施1 反應(yīng)器停工期間的安全應(yīng)對1 確定器壁母材及焊縫金屬的回火脆化敏感性、氫脆敏感性、不銹鋼堆焊層的脆化開裂傾向和抗剝離能力1 在反應(yīng)器的制造訂貨時，對于焊縫質(zhì)量的控制指標(biāo)應(yīng)當(dāng)十分明確，尤其針對焊縫金屬回火脆化性能的控制指標(biāo)1 根據(jù)制造過程中所得到的各種材質(zhì)狀況的評價結(jié)果和反應(yīng)器的操作工藝條件，制定出合理的熱態(tài)開、停工程序以及緊急事故工況的處理程序和應(yīng)變措施。1 在反應(yīng)器的設(shè)計、制造過程中，應(yīng)訂制帶有與反應(yīng)器對接焊縫狀態(tài)相同的全尺寸掛片試板，并在反應(yīng)器投用前安置在反應(yīng)器內(nèi)，為以后評價反應(yīng)器材質(zhì)的脆化狀況提供必要的檢測對象。1 反應(yīng)器投用后，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行安

3、全操作規(guī)程，應(yīng)注重保證操作運行的平穩(wěn)性，避免發(fā)生飛溫和急冷事故。在裝置出現(xiàn)意外事故時應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎處置，盡量避免過熱或急冷。1 在停工過程中嚴(yán)格執(zhí)行熱開停工程序，停工過程應(yīng)嚴(yán)格控制降溫速度。1 進(jìn)一步改進(jìn)目前的開停工工藝。如停工工序中增加適當(dāng)?shù)拿摎溥^程，以降低停工后器壁中的殘留氫濃度。由于影響停工后器壁中殘留氫濃度的因素較多，因此，具體的脫氫措施應(yīng)根據(jù)反應(yīng)器的制造質(zhì)量和具體的停工計劃分別予以確定。如對于狀態(tài)良好反應(yīng)器，可以適當(dāng)降低最低升壓溫度和提高開停工的升降溫速度，反之亦然1 檢測反應(yīng)器內(nèi)表面時，著重檢測反應(yīng)器內(nèi)件托臺、法蘭密封槽等構(gòu)件堆焊層的結(jié)構(gòu)完好狀況1 著重檢測反應(yīng)器筒體對接焊縫中可能出現(xiàn)的

4、埋藏缺陷，注意對原始制造缺陷的跟蹤監(jiān)測。1 定期解剖器內(nèi)掛片，著重評定焊縫金屬的材質(zhì)劣化狀況，并根據(jù)評定結(jié)果確定現(xiàn)行開停工工藝的合理性。1 盡量減少非計劃停工和反應(yīng)器在室溫環(huán)境中的停留時間，在非計劃停工期間，盡量將反應(yīng)器的溫度保持在較高的水平。同時盡可能將長時間的停工過程安排在氣溫較高的季節(jié)進(jìn)行鉻鉬鋼的回火脆化鉻鉬鋼的回火脆化 回火與回火脆化：1 一般地，回火處理能夠提高材料的塑性和韌性，降低其抗拉強(qiáng)度。但在特定溫度區(qū)間的回火，會顯著降低鋼材的韌性韌性，這就是回火脆化(Temper Embrittlement)。1 回火脆化的分類：1 低溫回火脆性：回火溫度為200400，不可逆1 高溫回火脆

5、性：回火溫度為300600，可逆1 伴隨組織變化所產(chǎn)生的脆性：回火溫度大于650，不可逆1 化工設(shè)備的回火脆化1 制造時可能產(chǎn)生回火脆化1 在材料的回火脆化溫度范圍內(nèi)長期使用可能產(chǎn)生脆化1 化工設(shè)備的回火脆化以高溫回火脆化為主高溫回火脆化的機(jī)制及其基本特征高溫回火脆化的機(jī)制及其基本特征 高溫回火脆化的機(jī)制1 回火時鋼中的雜質(zhì)元素P, Sn, As, Sb等向晶界偏析，致使晶界弱化，易在晶界破壞的同時產(chǎn)生脆性破壞 高溫回火脆化的基本特征1 產(chǎn)生于300600間的回火過程1 對拉伸性能影響不大，沖擊和斷裂韌性受影響。具體表現(xiàn)為韌性降低和脆性轉(zhuǎn)變溫度升高1 脆化程度與雜質(zhì)元素含量有關(guān)1 晶狀斷口的比

6、例隨著材料脆化度的增加而增加1 對于同種材料，晶粒度越大，回火脆化量越大1 脆化具有可逆性常用壓力容器用鋼的回火脆化問題常用壓力容器用鋼的回火脆化問題1 在常用的壓力容器用鋼中，以3Cr-1Mo和2.25Cr-1Mo鋼的回火脆化問題最為突出鉻鉬鋼回火脆化的影響因素鉻鉬鋼回火脆化的影響因素 化學(xué)成分1 脆化元素：P, Sn, Sb和As等1 脆化促進(jìn)元素：Si,Mn和Cr等1 回火脆化的改善元素：Al,Nb, Ti, Te和B等 熱處理條件1 降低淬火的冷卻速度，可以減小鉻鉬鋼回火脆化的敏感性1 回火熱處理參數(shù)PT18.520.5103時，鉻鉬鋼回火脆化的敏感性增加1 鉻鉬鋼的焊縫組織1 焊縫組

7、織中的O是脆化元素1 Si和Mn具有雙重作用，既提高焊縫韌性，也促進(jìn)脆化鉻鉬鋼回火脆化性能的評價鉻鉬鋼回火脆化性能的評價 脆性系數(shù)1 J 系數(shù)：1 系數(shù)：1 PE系數(shù)： 回火脆性的試驗方法1 等溫回火脆化和步冷試驗1 回火脆性的測試1 比較脆化前后材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度變化狀況，即測定DTT54(54J能量轉(zhuǎn)變溫度)和FATT(Fracture Appearance Transition Temperature)1 在確定的溫度下比較脆化前后材料韌性的變化狀況X410)(SnPMnSiJ100/ )4510(AsSnSbPX)4510(5 . 343AsSnSbPSiCrMoMnCPE典型的步冷試

8、驗變溫曲線典型的步冷試驗變溫曲線593 C538 C524 C496 C468 C315 Coooooo1 hr2 hr24 hr60 hr125 hr111221) 5.6 C 降溫過程的冷卻速率：小時，o2) 2.8 C 小時o返回脆性轉(zhuǎn)變溫度的測定脆性轉(zhuǎn)變溫度的測定返回回火脆化對材料斷裂韌性的影響回火脆化對材料斷裂韌性的影響鉻鉬鋼的回火脆化與氫脆鉻鉬鋼的回火脆化與氫脆1 鉻鉬鋼回火脆化后，其抵抗氫致開裂的能力大大下降1 鉻鉬鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，其抵抗氫致開裂的能力也越低1 回火脆化對材料氫脆性能的影響1 鉻鉬鋼的斷裂韌性和抗氫脆性能均隨著其回火脆性的增加而大幅度下降1 回火脆化與氫脆交

9、互作用的模式1 回火脆化會導(dǎo)致材料晶界弱化，而鉻鉬鋼的氫致開裂以晶界開裂的形式為主，兩者相互促進(jìn)不同脆化程度的鉻鉬鋼的氫致開裂性能不同脆化程度的鉻鉬鋼的氫致開裂性能返回回火脆化對材料氫脆性能的影響返回250200150100500-1000100200FATT CoKICH= 0 ppmKKIHIHH=2 3 ppmH=4.2 ppmKKksiinICIH,()回火脆化與氫脆的相互關(guān)系模式回火脆化與氫脆的相互關(guān)系模式鉻鉬鋼設(shè)備回火脆化問題的對策鉻鉬鋼設(shè)備回火脆化問題的對策1 控制雜質(zhì)元素，降低材料的脆性系數(shù)1 隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，鍛件的脆性系數(shù)在不斷降低1 提出具體的回火脆性控制指標(biāo)1 過去：

10、1 現(xiàn)在：1 采用熱開停工工藝1 熱開停工工藝是指反應(yīng)器開停工時，當(dāng)器壁溫度低于最低升壓溫度時，反應(yīng)器內(nèi)的壓力不得超過設(shè)定界限，以避免反應(yīng)器在較低的溫度環(huán)境中發(fā)生脆性破壞。1 放置掛片試板，定期監(jiān)測在役設(shè)備材質(zhì)的回火脆化狀況CTTTTo38545 . 254DCTTTTo0540 . 354D繼續(xù)鍛件的脆性系數(shù)在逐漸降低鍛件的脆性系數(shù)在逐漸降低返回有關(guān)鉻鉬鋼回火脆化所存在的問題有關(guān)鉻鉬鋼回火脆化所存在的問題1 利用步冷試驗結(jié)果預(yù)測長期服役后的脆化量并不可靠1 設(shè)計中為控制材料回火脆化性能所采用預(yù)測公式的系數(shù)有較大的分散性1 與鍛件相比，焊縫的回火脆化問題日趨突出1 雖然鉻鉬鋼鍛件的脆性系數(shù)在逐

11、漸降低，鍛件的回火脆化性能已得到了極大的改善，但是，歷年來產(chǎn)品中焊縫金屬的脆性系數(shù)則降低較少1 新材料投入使用時缺乏足夠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)支持1 對于2.25Cr-1Mo鋼，其回火脆性的預(yù)測公式是以7.5萬小時的等溫時效數(shù)據(jù)為依據(jù)的，而對于3Cr-1Mo等新材料則缺乏足夠的實驗數(shù)據(jù)支持。返回回火脆性預(yù)測公式系數(shù)的分散性返回部分在役反應(yīng)器的脆性參數(shù)返回表5.1. 部分熱壁加氫反應(yīng)器材料的典型化學(xué)成份及回火脆化系數(shù)反應(yīng)器1#反應(yīng)器2#反應(yīng)器3#反應(yīng)器4#反應(yīng)器5#筒體焊縫筒體焊縫筒體焊縫筒體焊縫筒體焊縫C0.160.040.160.060.140.090.140.080.140.10Si0.240.190

12、.270.520.030.290.100.100.040.09Mn0.610.640.450.770.490.790.560.840.561.03P0.0120.0110.0060.0080.0060.0130.0090.0080.0070.005S0.0090.0090.0230.0220.0130.0070.0020.0050.0020.003Ni0.170.050.160.110.100.060.050.140.110.06Cr2.332.842.472.482.262.372.202.243.153.07Cu0.210.050.210.14/0.11Mo1.061.030.961.04

13、0.921.030.931.020.990.97Sn0.0260.0090.0220.0060.0100.0060.0030.0040.0030.003J-系數(shù)323166201.6180.683.2205.279.2112.86089.6表中： 反應(yīng)器1#為60年代末期制造的產(chǎn)品，使用3年后發(fā)生脆性破壞；反應(yīng)器2#也為60年代末期制造的產(chǎn)品，使用26年后發(fā)生脆性破壞；反應(yīng)器3#為70年代末期的產(chǎn)品，正在國內(nèi)的引進(jìn)裝置中使用；反應(yīng)器4#為90年代初的國產(chǎn)熱壁加氫反應(yīng)器，已在國內(nèi)裝置中投入使用。反應(yīng)器5#為90年代中期進(jìn)口的熱壁加氫反應(yīng)器，已在國內(nèi)裝置中投入使用。3Cr-1MoVTiB的回火脆化

14、性能(廣告)產(chǎn)品焊縫的回火脆化性能鉻鉬鋼焊縫金屬的回火脆化性能返回28(Hydrogen Embrittlement)：由金屬中的擴(kuò)散氫所造成的脆化現(xiàn)象(Hydrogen Attack)：高溫高壓下氫與固溶碳或碳化物反應(yīng)生成甲烷，使晶界及非金屬夾雜物周圍產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象(Blistering)：擴(kuò)散原子氫在非金屬夾雜物或帶狀缺陷等部位沉積為分子氫而形成的鼓泡(Shatter Cracks, Flakes, Fisheye)：發(fā)生在大型鍛件中的一種氫致缺陷(Microperforation)：室溫條件下由于極高壓氫作用而出現(xiàn)的極小發(fā)紋：含氫的金屬表現(xiàn)出的流變強(qiáng)度下降現(xiàn)象，包括高溫下的蠕變抗力下降和

15、蠕變速率增大(Hydride)：鉭、鈮、釩、鋯、鋯合金和鈦合金等材料在氫環(huán)境中因形成相應(yīng)的氫化物沉淀而導(dǎo)致的脆化291 對于鋼制設(shè)備，大多數(shù)的氫脆問題發(fā)生在接近室溫的環(huán)境中。對于鐵素體材料，在100oC以上的環(huán)境中發(fā)生氫脆的現(xiàn)象較為罕見。此外，不少應(yīng)力腐蝕問題的實質(zhì)也是材料的氫脆行為。1 由于氫蝕是一種化學(xué)反應(yīng)過程，因此，在材料確定的前提下，只有當(dāng)溫度和氫分壓超過一定界限時，氫蝕才會發(fā)生1 對于采用非鐵合金制造的臨氫設(shè)備，氫化物氫脆有可能導(dǎo)致設(shè)備失效30 (Hydrogen Environment Embrittlement)：指材料在氫環(huán)境中發(fā)生塑性變形時所表現(xiàn)出的機(jī)械性能退化現(xiàn)象，與氫濃度

16、和應(yīng)變速率有關(guān)，無閾值。 (Hydrogen Stress Cracking)：指材料在低于屈服應(yīng)力的拉伸荷作用下發(fā)生脆性破斷的現(xiàn)象，其特征包括：(1)發(fā)生的溫度范圍較小。 (2)應(yīng)變速率越低，脆性越明顯。(3)有一定的閾值。此值與材料的強(qiáng)度和其中的氫濃度有關(guān)。(4)具有延遲性。(Loss in Tensile Ductility)：指材料溶解氫后其拉伸延性下降，斷裂應(yīng)力降低，但屈服應(yīng)力不變。1 三種形式之間互有區(qū)別，但不相互排斥31 氫 脆 ( HE ) 氫致環(huán)境脆化 (HEE) 氫致應(yīng)力開裂 (HSC) 拉伸延性喪失 典型材料 鋼、鎳基合金、亞穩(wěn)定不銹鋼、鈦合金 碳鋼及低合金鋼 鋼、鎳基合

17、金、Be-Cu、青銅 常見的氫來源 (不排除別的來源) 氣態(tài)氫 熱加工、電解、腐蝕 氣態(tài)氫、電化學(xué)充氫(內(nèi)部氫) 典型條件 氫 氣 壓 力 范 圍 為0.01100MPa， 溫度范圍為-100700。在20溫度附近最嚴(yán)重。應(yīng)變速率的影響大，低應(yīng)變速率時脆化嚴(yán)重，缺口或預(yù)制裂紋一般較嚴(yán)重。 總的氫含量范圍為0.110ppm， 溫度范圍為-100100。在 20溫度附近最嚴(yán)重。應(yīng)變速率的影響大，低應(yīng)變速率時脆化嚴(yán)重，缺口或預(yù)制裂紋較嚴(yán)重。 總的氫含量范圍為0.110ppm， 曝露在氫氣中。溫度范圍為-100700。應(yīng)變速率的影響大，對屈服應(yīng)力無影響。 破壞的起源 (從表面或內(nèi)部開始)未觀察到孕育期

18、 由內(nèi)裂開始有孕育期 表面和(或) 內(nèi)部的效應(yīng) 機(jī)制 表面或表面下的過程 內(nèi)部擴(kuò)散至 應(yīng)力集中處 表面或 表面下的過程 繼續(xù)32返回33返回34: 材料中氫濃度的增加，會使其抗拉強(qiáng)度的閾值下降，開裂孕育期和開裂過程縮短，延伸率也明顯下降。溶液中的pH值越低，材料發(fā)生氫脆的傾向越大，:材料的氫脆敏感性一般隨著應(yīng)變速率的降低而增加。：一般認(rèn)為，鋼在-3030oC的溫度范圍內(nèi)氫脆的敏感性最高。：鋼材的強(qiáng)度愈高，對氫脆的敏感性也就愈大。不同的顯微組織也對其有很大影響(馬氏體組織珠光體奧氏體組織)。: 一般認(rèn)為，P、As、Sb、Te和Bi是屬于毒化劑元素。它們都會促進(jìn)鋼的氫脆。而Al、Ti、V和B等等合

19、金元素的存在則有利于提高低合金鋼的抗氫脆能力。351 氫蝕是一種發(fā)生在鋼材內(nèi)部的不可回復(fù)的化學(xué)反應(yīng)過程：1 氫蝕發(fā)生的決定因素：環(huán)境溫度和氫分壓1 氫蝕過程的三個階段：(1)孕育階段；(2)性能迅速變化階段；(3)最后階段1 氫蝕反應(yīng)發(fā)生在鋼材表面時表現(xiàn)為，從而造成表面的硬度以及近表面區(qū)域的強(qiáng)度下降1 氫蝕反應(yīng)發(fā)生在鋼材內(nèi)部時表現(xiàn)為。1 當(dāng)氫蝕尚未達(dá)到的程度時，從外觀上觀察不到破損的跡象，材料截面也不會明顯減薄。但氫蝕裂紋產(chǎn)生后，鋼材的延性和強(qiáng)度將顯著降低繼續(xù)FeCHCFeH32432和4CH)C(4H 鐵中360.1 mm返回370.5 mm返回380.75 mm返回對照391 碳含量增加，

20、抗氫蝕能力下降。1 增加穩(wěn)定碳化物形成元素(鉻、鉬、鎢、釩、鈦和鈮等) 能提高鋼的抗氫蝕能力1 溫度和氫蝕起始溫度1 氫分壓和氫蝕起始?xì)浞謮? Nelson曲線是反映碳鋼及一些鉻鉬鋼在高溫臨氫環(huán)境下安全使用界限的一組經(jīng)驗曲線1 根據(jù)使用經(jīng)驗和實驗研究結(jié)果，Nelson曲線在不斷修訂404142431 材料誤用1 操作條件提高1 設(shè)備的焊接質(zhì)量不合格或熱處理不當(dāng)1 根據(jù)設(shè)計條件(溫度、氫分壓)合理選用合適的抗氫鋼種1 選用不銹鋼或其他非鐵合金1 使用1 使用耐火襯里或其他措施降低設(shè)備的使用壁溫返回44返回對照45在役熱壁加氫反應(yīng)器的失效案例 使用了三年后修復(fù)時脆性破壞的熱壁加氫反應(yīng)器1 日本礦業(yè)

21、公司的一臺熱壁加氫脫硫反應(yīng)器，該反應(yīng)器的退役原因是反應(yīng)器在使用三年以后的補(bǔ)焊修復(fù)過程中從內(nèi)件支承架處發(fā)生了環(huán)向脆性斷裂1 解剖分析的結(jié)果顯示，服役期間反應(yīng)器材質(zhì)發(fā)生嚴(yán)重脆化和修復(fù)的熱處理過程中引起的較大熱應(yīng)力是該反應(yīng)器失效的主要原因1 使用了26年后退役的熱壁加氫反應(yīng)器1 聯(lián)合油公司的六臺熱壁加氫反應(yīng)器在服役了26年后，由于主焊縫中產(chǎn)生了大量的線性缺陷影響安全使用而退役1 解剖分析的結(jié)果顯示，主焊縫中的線性缺陷是在焊縫金屬發(fā)生一定程度的脆化之后，原始制造缺陷在開停工過程中逐漸擴(kuò)展而形成的46被解剖的熱壁加氫反應(yīng)器的基本參數(shù)反應(yīng)器名稱日本礦業(yè)聯(lián)合油1, 2#聯(lián)合油3, 4#聯(lián)合油5, 6#內(nèi)徑3

22、350 mm2134 mm1981 mm1981 mm筒體壁厚193 mm155 mm141 mm135 mm母材材料2.25Cr-1Mo2.25Cr-1Mo2.25Cr-1Mo2.25Cr-1Mo堆焊層材料309+347308+310308+310308+310操作溫度427415421368操作壓力156 kgf/cm2128 kgf/cm2125 kgf/cm2123 kgf/cm247修復(fù)時發(fā)生脆性破壞的熱壁加氫反應(yīng)器 運行概況及失效過程 脆性破壞的基本情況 支承架附近堆焊金屬的開裂1 堆焊金屬開裂至母材形成潛伏的裂紋源 器壁母材發(fā)生了嚴(yán)重的回火脆化1 器壁母材所產(chǎn)生的嚴(yán)重回火脆化，為

23、器壁在較低的應(yīng)力水平下發(fā)生氫致開裂提供了充分的條件 消除應(yīng)力退火熱處理的影響作用1 消除應(yīng)力退火所造成的局部熱應(yīng)力為反應(yīng)器器壁發(fā)生脆性破壞提供了推動力返回48運行概況及失效過程1 運行概況1 70年1月投用，至73年10月累計運行3萬小時。正常操作溫度為332432。運行期間進(jìn)行過四次內(nèi)部檢查和焊接修補(bǔ)。1 失效過程1 73年10月對反應(yīng)器進(jìn)行了詳細(xì)檢驗，對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，并對補(bǔ)焊處進(jìn)行了2小時680的局部消除應(yīng)力退火。退火后在反應(yīng)器內(nèi)件支承架附近發(fā)現(xiàn)了三條環(huán)向裂紋，裂紋長度分別為5800mm、1860mm和850mm。其中最長的裂紋出現(xiàn)在加熱區(qū)域隔熱材料邊緣以外的附近區(qū)域。據(jù)稱在退火

24、過程中共出現(xiàn)了三次異常響聲，其中第一次響聲是在退火過程中升溫到375時發(fā)生的。49破壞的基本情況破壞的基本情況 (1) 加熱位置及相應(yīng)的裂紋加熱位置及相應(yīng)的裂紋50破壞的基本情況破壞的基本情況 (2) 開裂面上的裂紋分布開裂面上的裂紋分布返回51破壞的基本情況破壞的基本情況 (3) 托架附近的潛伏裂紋托架附近的潛伏裂紋返回52支承架附近堆焊金屬的開裂分析 支承架附近堆焊金屬的開裂狀況1 經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)內(nèi)件支承架與筒體的焊接處存在微裂紋。這些裂紋沿347焊縫金屬中的s相擴(kuò)展，大多數(shù)裂紋中止于347與309焊接金屬的熔合面上；少量裂紋則以氫致開裂的方式擴(kuò)展到母材之中。 開裂原因的分析1 對三種

25、狀態(tài)(原始狀態(tài)、經(jīng)630脫氫和900脫s相)的堆焊金屬進(jìn)行了對比彎曲試驗1 試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原始狀態(tài)的堆焊金屬具有明顯的脆性。造成堆焊金屬脆化的原因包括氫脆和在使用過程中產(chǎn)生的s相脆化。返回53堆焊金屬對比彎曲試驗的結(jié)果編號取樣位置原始材料= 2.7 %H = 20.6 ppm脫氫處理后= 2.7 %H = 1.19 ppm脫 s處理后= 10 %H = 4.4 ppm75o 斷裂180o 完好180o 完好13焊道中央55o 斷裂180o 完好180o 完好37o 斷裂180o 完好/焊道中央19o 斷裂/68o 斷裂/180o 完好17焊道重疊部分46o 斷裂/180o 完好返回54器壁母材

26、的回火脆化狀況 取樣方式1 在不同壁厚處分別取樣，將部分材料進(jìn)行熱處理，得到三種狀態(tài)(原始狀態(tài)、6255小時脫脆和6905小時脫脆)的試樣1 化學(xué)成份分析結(jié)果1 距反應(yīng)器內(nèi)表面3/4厚度處材料的J-系數(shù)為3231 脆性轉(zhuǎn)變溫度vTr40(即54 J轉(zhuǎn)變溫度TT54)的測試結(jié)果1 器壁的材質(zhì)發(fā)生嚴(yán)重的回火脆化，器壁內(nèi)表面材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度增量DvTr40超過1001 器壁內(nèi)表面材料的脆化狀況最為嚴(yán)重。沿著厚度方向向外，材質(zhì)的回火脆化狀況由內(nèi)向外逐漸趨于緩和返回55器壁母材的回火脆化狀況 (2)返回56消除應(yīng)力退火熱處理的影響作用1 消除應(yīng)力退火在反應(yīng)器中造成的局部溫升，在受熱區(qū)域周圍產(chǎn)生了相當(dāng)高

27、的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力的出現(xiàn)成為了那些處在隔熱區(qū)域邊緣的潛伏裂紋發(fā)生脆性擴(kuò)展的推動力返回57使用了26年后退役的熱壁加氫反應(yīng)器 運行概況 反應(yīng)器器壁母材的材質(zhì)劣化狀況1 焊縫金屬的埋藏裂紋擴(kuò)展是由于焊縫金屬發(fā)生嚴(yán)重的回火脆化后，造成其抵抗氫致開裂的能力迅速下降，從而在開停工過程中逐步發(fā)生氫致開裂 不銹鋼堆焊層開裂行為的解剖分析1 不銹鋼堆焊金屬開裂是由于堆焊層嚴(yán)重脆化所至，但所有的堆焊層裂紋均終止于堆焊層與母材的熔合面上返回58反應(yīng)器26年的運行概況1 反應(yīng)器為板焊結(jié)構(gòu)，采用退火的2.25Cr-1Mo鋼板制造，在內(nèi)壁堆焊310和308兩層不銹鋼堆焊層1 64年投入使用后，操作溫度降到121(25

28、0F)以下的熱循環(huán)操作共記50次。1 使用10年后檢驗發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁堆焊層出現(xiàn)表面裂紋，超探證實這些裂紋沒有進(jìn)入母材。1 81年的局部檢查中發(fā)現(xiàn)，筒體主焊縫中存在線性缺陷。以后的檢測發(fā)現(xiàn)這些缺陷在逐漸擴(kuò)展。1 87年對主焊縫進(jìn)行100%超探，發(fā)現(xiàn)了更多的線性缺陷，最大缺陷長達(dá)300mm。這一缺陷平行于筒體的環(huán)焊縫。1 為了避免由于檢測、修復(fù)以及嚴(yán)格的開停工工藝限制所造成長時間停工過程，決定于90年更換反應(yīng)器。返回59反應(yīng)器器壁母材的材質(zhì)劣化狀況反應(yīng)器器壁母材的材質(zhì)劣化狀況1 化學(xué)成份分析結(jié)果1 退役反應(yīng)器器壁母材的J系數(shù)在60200之間變化。焊縫金屬的脆性系數(shù)則明顯高于器壁母材1 器壁母材和對接焊縫

29、金屬的回火脆化1 器壁母材的回火脆化量很小，而焊縫金屬脆性轉(zhuǎn)變溫度vTr54的變化幅度達(dá)109。1 筒體環(huán)焊縫中埋藏裂紋缺陷的解剖1 根據(jù)超探結(jié)果，解剖了一個長90mm，沿壁厚方向最大高度為21mm的埋藏裂紋，解剖后裂紋的實際高度約為15mm。1 在焊縫的壁厚方向上，裂紋缺陷由長約5mm的原始焊接缺陷和長約10mm的階梯狀氫致裂紋組成。1 造成氫致裂紋擴(kuò)展的原因是焊縫金屬產(chǎn)生嚴(yán)重回火脆化后，其抵抗氫致開裂的能力顯著下降。返回60反應(yīng)器器壁母材和對接焊縫的化學(xué)成份母 材焊 縫 金 屬試樣 1試樣 2試樣 3試樣 A試樣 B試樣 CC0.160.130.130.060.060.08Si0.270.300.200.520.530.41Mn0.450.410.370.770.820.77P0.0060.0060.0060.0080.0080.007S0.0230.0150.0130.0220.0140.015Ni0.160.050.090.110.100.12Cr2.472.212.172.482.3