便攜式多參數(shù)磁性分析儀在爐管檢測方面的應(yīng)用

1、便攜式多參數(shù)磁性分析儀在爐管檢測方面的應(yīng)用引言乙烯裂解爐通常采用 HP 系列的奧氏體耐熱鋼， 爐管實(shí)際服役過程中由于操作及工藝流程等原因會在超高溫下運(yùn)行， 在實(shí)際中可以觀察到奧氏體耐熱鋼爐管經(jīng)過長期高溫運(yùn)行， 原本屬于無磁性奧氏體耐熱鋼， 微觀組織發(fā)生變化， 局部出現(xiàn)了較為明顯的磁性現(xiàn)象。由金屬材料學(xué)可知， 合金元素在鋼中有兩種主要的存在形式存在于固溶體中或形成碳化物，因?yàn)樾纬珊辖?固溶體要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變的晶格是不穩(wěn)定的， 在高溫下， 如果合金原子有充分的活動能力， 它就會從固溶體中出來逐漸轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的碳化物中。固溶體中合金元素的貧化會使固溶強(qiáng)化這一強(qiáng)化機(jī)制削弱， 從而會使鋼的強(qiáng)

2、度、 蠕變極限和持久強(qiáng)度下降， 對高溫部件的安全 運(yùn)行是不利的。 已有研究表明 【】 奧氏體耐熱鋼高溫運(yùn)行后從固溶體中析出碳化物及金屬間化合物（4目，使鋼材的強(qiáng)度、塑性等性能下降，并增加了晶間腐蝕的敏感性。.相的析出還導(dǎo)致磁性的增加，向火面和爆口處的碳化物（4目析出較多，磁場強(qiáng)度 較高；（4目是鐵素體高銘鋼、奧氏體一鐵素體鋼和鍥銘奧氏體不銹鋼在長期高溫 下產(chǎn)生的新相。（4目是鐵和銘的金屬間化合物，性質(zhì)硬而脆，它通常沿鐵素體或 奧氏體晶界析出， 可使鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度降低， 并使鋼的塑性和沖擊韌性 降低。（4目的成分可在一定范圍內(nèi)變化，可簡寫成FeCr,6相對鋼的性能影響程度取決于它的數(shù)量和

3、分布。在資料指出口 ，當(dāng)鋼中出現(xiàn)5%（體積）的相時(shí)，可使 鋼的沖擊值降到原來的四分之一。 磁性的強(qiáng)弱和鋼材的損傷程度之間存在一定的 聯(lián)系。結(jié)合金相分析結(jié)果和磁場強(qiáng)度測量結(jié)果進(jìn)行分析，爐管在高溫下長期運(yùn)行后，金相組織為奧氏體+碳化物，碳化物沿晶界析出，同時(shí)在沿晶界析出（4目。奧氏體不銹鋼的組織發(fā)生老化， 抗氧化性能降低和對晶間腐蝕敏感性增加： 在磁性方面也表現(xiàn)出明顯的差異，向火面的碳化物和（4目析出較多，磁場強(qiáng)度較高，背火面的碳化物析出較少和基體無相析出，磁場強(qiáng)度很小乙烯裂解爐爐管在高溫、 高碳氛圍等惡劣環(huán)境下服役的過程中， 爐管材料的機(jī)械性能必然因材料的微觀組織結(jié)構(gòu)特征改變而降級， 同時(shí)也改變

4、了材料的磁滯特征參數(shù)， 因其非常敏感于材料的微觀組織結(jié)構(gòu)的變化。 相反， 材料的磁滯回線形狀特征參數(shù)的變化也反應(yīng)了材料內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)特征的變化： 可以通過刻畫和評估材料的磁滯行為， 以一種無損的方式， 來識別材料的微觀結(jié)構(gòu)變化和監(jiān)測材料機(jī)械性能的降級。本節(jié)利用一種新型的爐管無損檢測儀器便攜式多參數(shù)磁性分析儀對不同狀態(tài)下的爐管進(jìn)行磁性參數(shù)矯頑力、 剩磁和微分磁導(dǎo)率等測試， 由于滲碳使?fàn)t管導(dǎo)磁率升高， 根據(jù)此原理可進(jìn)行滲碳層厚度測量， 分析滲碳層厚度與磁性參數(shù)如矯頑力的對應(yīng)關(guān)系， 研究如何用矯頑力數(shù)值來表征爐管的滲碳層厚度， 最終確定該儀器在爐管檢測方面的有效性。實(shí)驗(yàn)材料及方法本節(jié)中實(shí)驗(yàn)選用四種

5、不同的爐管分別為第二節(jié)中的1#爐管（未服役裂解爐爐管）、2#爐管（未服役轉(zhuǎn)化爐爐管卜h#爐管（已服役裂解爐爐管卜c#爐管（已服役轉(zhuǎn)化爐爐管 ）。在實(shí)際工況中，裂解爐發(fā)生損壞的概率較大，轉(zhuǎn)化爐相對較小，本章分別選取未服役及服役后的裂解爐爐管和轉(zhuǎn)化爐爐管進(jìn)行研究， 每種爐管所進(jìn)行的滲碳實(shí)驗(yàn)具體工藝見 第二節(jié)第 X 節(jié) ， 從而獲得不同的滲碳層厚度。 采用烏克蘭SSE司生產(chǎn)的便攜式磁性分析儀在每種爐管的10mm、150mm、290mm處進(jìn)行矯頑力測試， 根據(jù)爐管管徑大小， 將爐管的環(huán)向均勻分為幾個(gè)區(qū)域， 對每個(gè)區(qū)域的環(huán)向與軸向分別進(jìn)行矯頑力的測試； 由于該儀器所測的滲碳層厚度是針對爐管內(nèi)外壁總滲碳層

6、厚度之和，因此將爐管外壁車削2mm,去除外壁的滲碳層，可以模擬爐管較薄滲碳層下的矯頑力， 用同樣方法再次進(jìn)行矯頑力測試后， 獲得爐管不同滲碳層厚度與矯頑力的對應(yīng)關(guān)系， 對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析， 通過數(shù)據(jù)擬合， 得到矯頑力值與滲碳層厚度的關(guān)系式， 最終確定如何用矯頑力來表征滲碳層厚度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1#爐管矯頑力測試實(shí)驗(yàn)研究未服役裂解爐常用爐管HP40Nb（25Cr35NiNb-MA）,尺寸規(guī)格 70*6mm,進(jìn)行不同時(shí)間低壓高溫滲碳實(shí)驗(yàn)后（具體滲碳工藝見第 X章），獲得 不同強(qiáng)滲碳層厚度，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 3-1所示。由于在爐管鑄造過程中內(nèi)外壁 形成的組織不同，而且外壁有 揚(yáng)梅”粒子保護(hù)，所以

7、實(shí)驗(yàn)后，外壁的強(qiáng)滲碳層較 內(nèi)壁要薄，實(shí)際工況中，爐管長期在高溫滲碳?xì)夥罩羞\(yùn)行，內(nèi)壁會發(fā)生一定程度 的滲碳。表3-11#爐管進(jìn)行不同時(shí)間滲碳后強(qiáng)滲碳層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果理滲碳層厚度（”）滲碳時(shí)間（h）一_外壁內(nèi)壁總滲碳層厚度5440440880846053099010h5005701070采用便攜式磁性分析儀，對未服役爐管與進(jìn)行不同時(shí)間滲碳實(shí)驗(yàn)后的爐管進(jìn) 行矯頑力測試，在每根爐管10mm、150mm、290mm處沿圓周方向均勻的5個(gè) 區(qū)域進(jìn)行矯頑力測試，所測結(jié)果如表3-23-5所示，對每個(gè)時(shí)間段不同區(qū)域的矯頑力作圖觀察爐管滲碳層的均勻程度，如圖 3-13-3所示，可以看出，滲碳實(shí) 驗(yàn)后由于爐管總的滲碳

8、層厚度增加，對應(yīng)矯頑力數(shù)值有明顯的增大；滲碳510h, 爐管總的滲碳層厚度增加較緩，對應(yīng)的矯頑力數(shù)值也只是輕微的變化；同時(shí)對于不同滲碳時(shí)間的爐管，中部的矯頑力數(shù)值較邊緣大，軸向的矯頑力較環(huán)向大。表3-21#爐管未滲碳之前矯頑力測試結(jié)果未滲碳管徑 70X6 (mm)外向190軸向250表3-3 1#爐管滲碳5小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值10mm外向620620640630630630軸向720730710750750730Hc(A/m)150mm外向670670670670680670軸向730760770790760760290mm外向650640640650650650

9、軸向730720760750760750800700600500400 _300200400 _300 200 .100 ,800(a)900900力頑矯力頑矯11234it512345區(qū)域區(qū)域100 10 mm150mm 290mm圖3-11#爐管滲碳5小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力大小關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向900800(a)600500 -400 -力頑矯300 ,200 -100 r1 10 mm*- 150mm290mm3區(qū)域表3-4 1#爐管滲碳8小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值 H c（A/m）10mm外向680700680690670680軸向780790750780

10、770770150mm外向720730720720710720軸向770810780790780790290mm外向690690690690680670軸向790780780790780780圖3-2 1#爐管滲碳8小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力大小關(guān)系圖 （a）環(huán)向（b）軸向表3-5 1#爐管滲碳10小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果-區(qū)域12345平均矯頑力數(shù)值H c（A/m）10mm外向690700700690700700軸向760750770750740750150mm外向720720730730730730軸向810810830760780800-290mm外向680680680680680680軸向760

11、770750790790770900800700600500400 _300(b),.10 mm*- 150mm上 290mm200 .100 , 10 mm* 150mm上 290mm(a)IIIII12345區(qū)域,1i12345區(qū)域)(：力頑矯圖3-31#爐管滲碳10小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力大小關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向?qū)B碳后爐管的外壁車削2mm后，爐管只剩下內(nèi)壁的滲碳層，用同樣的方 法進(jìn)行矯頑力測試，所得結(jié)果如表 3-63-8所示，不同部位不同區(qū)域矯頑力對應(yīng) 關(guān)系如圖3-43-6所示，可以看出車削后，爐管整體滲碳層減薄，對應(yīng)的矯頑力 較車削前有明顯減小，而且車削后爐管軸向與環(huán)向不同區(qū)域矯頑

12、力無明顯波動， 說明內(nèi)壁滲碳均勻，由此可以看出滲碳層與矯頑力大小有較好的對應(yīng)關(guān)系。與車-j區(qū)域1234平均矯頑力數(shù)值H c（A/m）10mm外向470470470460470軸向580590570620590150mm外向480490490490490軸向610630630640630900800 . (a)700 F600 -表3-6 1#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果力頑矯500 -400 -300200 -100r10 mm150 mm100900800700600500 .400 -300200力頑矯區(qū)域削前類似，爐管中心部位矯頑力比邊緣處大，爐管軸向的矯頑力大于環(huán)向。區(qū)

13、域 一一_1234平均矯頑力數(shù)值H c(A/m)10mm外向530530530540530軸向630640640650640150mmP外向560560560570560軸向670680680690680900800(a)表3-7 1#爐管滲碳8小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果600 -500 .-500 .400 .300 .200 .力頑矯0 mm150 mm- 0 mm 150 mm1234區(qū)域區(qū)域圖3-5 1#爐管滲碳8小時(shí)外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖(a)環(huán)向(b)軸向一_ _區(qū)域1234平均矯頑力數(shù)值H c(A/m)10mm外向520520530530530軸向610

14、620640640630150mm外向570570570570570軸向710700710690700900800700 -*-600 -500400 _900800700600 -500400 -(a)表3-81#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果力頑矯300 -200 -* 0 mm 150 mmI 0mm 150mm1.01.52.02.53.03.54.0區(qū)域區(qū)域(a)環(huán)向(b)軸向圖3-6 1#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖由于便攜式矯頑力測試儀所測爐管的矯頑力是針對整根爐管滲碳層厚度的測試，即內(nèi)外壁滲碳層厚度總和的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)爐管內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層厚度

15、與車削前爐 管總強(qiáng)滲碳層厚度所對應(yīng)的環(huán)向及軸向各自矯頑力的平均值結(jié)果，如表3-9所示,其對應(yīng)關(guān)系如圖3-7所示，可見隨著爐管強(qiáng)滲碳層厚度增加，矯頑力數(shù)值相應(yīng)增 大，但曲線斜率逐漸減小，即隨著滲碳的發(fā)生，滲碳速率減慢，滲碳層厚度增加 減緩，矯頑力數(shù)值增幅相應(yīng)減緩。對表3-9所測滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如 如圖3-7所示，可以看出擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有非常好的對應(yīng)關(guān)系，得到擬合方 程：環(huán)向擬合方程：y = - 3? 10-4x2 0.8x+ 190（式 3-1）軸向擬合方程：y = - 5? 10-4x2 x+ 250（式 3-2）式中：y表示矯頑力值，單位A/m , x

16、表示滲碳層厚度，單位 pm。由式3-1和式3-2可以看出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線符合一元二次方程：y = ax2+bx+c,且環(huán)向與軸向的方程式中系數(shù) a、b、c各自在同一數(shù)量級，考 慮到實(shí)驗(yàn)及儀器誤差，可以認(rèn)為無論環(huán)向還是軸向，最終滲碳層厚度與矯頑力值 服從同一個(gè)一元二次方程，最終的擬合曲線公式將在綜合結(jié)果中給出。表3-9 1#爐管滲碳層厚度與矯頑力數(shù)值對應(yīng)結(jié)果j第逑層厚度（”）矯頑力 Hc（A/m）04405305708809901070外向190480540550650690700軸向250610660670750780770800100700600500400300200020040060080

17、01000滲碳層厚度(乩m(xù))1200圖3-71#爐管滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖Z#爐管矯頑力測試實(shí)驗(yàn)研究已服役近三年的裂解爐爐管HP40Nb(Cr25Ni35Nb),尺寸規(guī)格 80*8.2mm,爐管在服役過程中內(nèi)壁已發(fā)生較嚴(yán)重的結(jié)焦，且結(jié)焦層疏松發(fā)生剝 落，爐管內(nèi)有大量的結(jié)焦粉末。在進(jìn)行低壓真空實(shí)驗(yàn)前，將爐管內(nèi)壁的結(jié)焦層清 除，并將內(nèi)壁車削0.5mm,去除內(nèi)壁的氧化層，利于滲碳實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，已有研究 表明【】，內(nèi)壁形成致密的氧化層會阻止碳的滲入，無法獲得更深的滲碳層。該 爐管的滲碳實(shí)驗(yàn)采用與前述實(shí)驗(yàn)相同的工藝，分別進(jìn)行110OC下5h、8h、10h的低壓真空滲碳，獲得不同的強(qiáng)滲碳層厚度，統(tǒng)計(jì)結(jié)

18、果如表3-10所示。由于爐管外壁有 楊梅”粒子，同時(shí)在服役過程中，外壁無滲碳環(huán)境，所以在未進(jìn)行低壓 真空滲碳實(shí)驗(yàn)前，爐管外壁無滲碳層存在，內(nèi)壁存在較明顯的滲碳層。在低壓真 空滲碳實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)外壁都存在滲碳環(huán)境，因此，實(shí)驗(yàn)后爐管外壁也出現(xiàn)一定厚度 的強(qiáng)滲碳層，但厚度明顯小于內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層，同時(shí)可以看出，滲碳實(shí)驗(yàn)后，內(nèi)壁 的強(qiáng)滲碳層厚度只有微量增加。Fj一-、.3雖滲碳層厚度Gem) 滲碳時(shí)間(h)一外壁內(nèi)壁總滲碳層厚度00550550539061010008410690110010330640970采用便攜式磁性分析儀對已服役近三年的裂解爐爐管HP40Nb (Cr25Ni35Nb)及不同時(shí)間滲碳實(shí)驗(yàn)

19、后的爐管分別進(jìn)行矯頑力測試：把爐管圓周方向均勻的分為5個(gè)區(qū)域，對各個(gè)區(qū)域環(huán)向與軸向的矯頑力進(jìn)行測試，結(jié)果如表3-113-14所示，不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖 3-83-11所示，由于該爐管已服役將近三年，內(nèi) 壁存在一定厚度的滲碳層，所以對應(yīng)的矯頑力數(shù)值與未服役爐管(如表3-1所示)相比較大；滲碳實(shí)驗(yàn)后，雖然內(nèi)壁的強(qiáng)滲碳層厚度較滲碳之前無明顯的增加，但由于外壁存在一定厚度的強(qiáng)滲碳層， 所以矯頑力數(shù)值相應(yīng)的增加，同樣軸向矯頑 力高于環(huán)向。力頑矯表3-11 Z#爐管未滲碳實(shí)驗(yàn)前矯頑力測試結(jié)果區(qū)域矯頑力 Hc(A/m)12345平均外向400420450420440430軸向4905105305305

20、30520表3-12 Z#爐管滲碳5小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值H c（A/m）10mm外向650650640650640650軸向710700710720710710150mm外向670680670680680680軸向740740740760740740290mm外向630640620650630640軸向720700720720710720300 200 .10 mm* 150mm上 290mm。 。 。605040力頑矯1001300 .200 .100 _ 10 rnrn- 1 150 mm .2 290mm區(qū)域3區(qū)域圖3-9 Z#爐管滲碳5小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力

21、對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值Hc（A/m）10mm外向670670640640640650軸向700710700690690700150mm外向670700670680690680軸向730710700750750730290mm外向660650640650640650軸向710740720700710720800700600 -500400 -800700600500400 -300表3-13 Z#爐管滲碳8小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果900 -900力頑矯003 力頑矯000000006 5 4 3 力頑矯200 -800700600500400 ,30020010

22、0ill234區(qū)域5,)%力頑矯區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值H c(A/m)10mm外向640610610620640620軸向710680650680690680150mm外向670670660660680670軸向690700690710730700290mm外向650630640640640640軸向700690690700720700表3-14 Z#爐管滲碳10小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果800(a)900900- 10 mm150 mm290mm區(qū)域(a)環(huán)向(b)軸向圖3-11 Z#爐管滲碳10小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖將滲碳后爐管外壁車削 2mm,去除外壁的滲碳層后，用同樣方法再次

23、進(jìn)行 矯頑力測試，結(jié)果如表 3-153-17所示，各區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖3-12314所示，可以看出車削后，矯頑力較車削前有明顯的減小，且雖然滲碳實(shí)驗(yàn)后，內(nèi) 壁的滲碳層厚度與滲碳之前只有微量的變化，但矯頑力數(shù)值仍然有對應(yīng)的變化， 說明該儀器對滲碳層的變化有較好的敏感性， 同時(shí)無論環(huán)向還是軸向不同區(qū)域矯 頑力數(shù)值無明顯波動，說明內(nèi)壁滲碳均勻，且隨著爐管整體滲碳層減薄，矯頑力 相應(yīng)減小。表3-15 Z#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域-_1234平均矯頑力數(shù)值H c(A/m)10mm外向490490470500490軸向560560530580560150mm外向47051049

24、0450480軸向600620570570590200 _0 0 mmm 150mm100 _|i,i11r1234區(qū)域200 _.0 mm1 150mm100_,.ILI1234區(qū)域圖3-12 Z#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向_區(qū)域1234平均矯頑力數(shù)值H c（A/m）10mm外向520510530520520軸向570610610610600150mmP外向550530540520540軸向630660610640640800800(a)900900表3-16 Z#爐管滲碳8小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果力頑矯700 ,600 _500 .

25、400 -300 _200 .100 .圖23區(qū)域0 mm150 mm700600500400 -3002001001區(qū)域4力頑矯3-13 Z#爐管滲碳8小時(shí)外壁車削后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向一_ 一_區(qū)域_1234平均矯頑力數(shù)值H c（A/m）10mm外向500510510520510軸向570550590560570150mm外向490490500500500軸向600600590600600表3-17 Z#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果200 _1000 mm.150mm 1234（a）0 mm150 mm燦 儂 狽 燉 儂 燉0000 8 7 6 5

26、4 3 2 1力頑矯區(qū)域23區(qū)域圖3-14 Z#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向由于便攜式矯頑力測試儀所測爐管的矯頑力是針對爐管整個(gè)壁厚中滲碳層 厚度的測試，即內(nèi)外壁滲碳層厚度總和的結(jié)果； 該爐管已服役近三年，所以內(nèi)壁 存在一定的滲碳層，厚度約550 pm,由于結(jié)焦層較疏松，在試樣切割及實(shí)驗(yàn)過程 中會發(fā)生剝落。通過在掃描電子顯微鏡下觀察金相組織的方法，統(tǒng)計(jì)該爐管內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層厚度與車削前爐管總強(qiáng)滲碳層厚度所對應(yīng)的環(huán)向及軸向各自矯頑力平 均值結(jié)果，如表3-18所示，其對應(yīng)關(guān)系如圖3-15所示，可以看出，隨著爐管強(qiáng) 滲碳層厚度增加，矯頑力數(shù)值相應(yīng)增大，但曲

27、線斜率逐漸減小，由金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果 來看，滲碳實(shí)驗(yàn)后內(nèi)壁的強(qiáng)滲碳層厚度與滲碳之前相比有微量的增加，因此對應(yīng)的矯頑力數(shù)值只有輕微的變化，但滲碳實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致爐管外壁出現(xiàn)一定的滲碳層，爐管總的強(qiáng)滲碳層增加，因此矯頑力出現(xiàn)相應(yīng)的增加，說明矯頑力數(shù)值與滲碳層厚 度有很好的對應(yīng)關(guān)系。假設(shè)該服役裂解爐爐管在未服役時(shí)的矯頑力與 4.3.3.1節(jié)中厚度層為0mm處 的矯頑力值相同，從而對表3-18所測滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲 線擬合，擬合結(jié)果如圖3-15所示，可以看出擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有非常好的對 應(yīng)關(guān)系，證明假設(shè)正確，得到的擬合方程：（式 3-3）（式 3-4）環(huán)向擬合方程：y = - 0.7? 10-4

28、x2 0.53x+ 190軸向擬合方程：y=-2? 10-4x2 0.63x+ 250式中：y表示矯頑力值，單位A/m , x表示滲碳層厚度，單位 pm。由式3-3和式3-4可以看出，與4.3.3.1節(jié)中結(jié)果相似，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線同樣符合一元二次方程：y = ax2 + bx + c ,且環(huán)向與軸向的方程式中系數(shù) a、b、c各自 在同一數(shù)量級，考慮到實(shí)驗(yàn)及儀器誤差，可以認(rèn)為無論環(huán)向還是軸向，最終滲碳層厚度與矯頑力信服從同一個(gè)一元二次方程，最終的擬合曲線公式將在綜合結(jié)果中給出一理滲碳層厚度（m） 矯頑力 Hc（A/m）-055061064069097010001100外向19043048050053

29、0640660660軸向250520570580620690720720800 700 600 500 400 300 200 100 020040060080010001200滲碳層厚度（m）表3-18 Z#爐管滲碳層厚度與矯頑力數(shù)值對應(yīng)結(jié)果力頑矯圖3-15 Z#爐管滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖2#爐管矯頑力測試實(shí)驗(yàn)研究工業(yè)中常用的轉(zhuǎn)化爐爐管未服役的HP40Nb（ZG25Cr35NiNb-Ti）爐 管，尺寸規(guī)格 126*11.8mm,進(jìn)行不同時(shí)間的低壓高溫真空滲碳后，獲得不同 滲碳層厚度，對強(qiáng)滲碳層內(nèi)外壁厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后如表3-19所示，由于外壁有“楊梅”粒子，在一定程度上上會阻止?jié)B碳的發(fā)生，

30、因此外壁強(qiáng)滲碳層較薄，且滲碳 8小時(shí)和10小時(shí)后，由金相組織來看滲碳層厚度 無明顯變化，爐管未發(fā)生更加 嚴(yán)重的滲碳，但與滲碳5小時(shí)相比，滲碳層厚度有一定的增加。表3-19 2#爐管進(jìn)行不同時(shí)間滲碳后強(qiáng)滲碳層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果9 f一強(qiáng)滲碳層厚度（”）滲碳時(shí)間（h）外壁內(nèi)壁總滲碳層厚度534046080085405601100104705901060與前述方法相同，采用便攜式磁性分析儀對未服役管及不同滲碳時(shí)間后的爐 管進(jìn)行矯頑力測試：由于爐管管徑較大，把爐管圓周方向均勻的分為7個(gè)區(qū)域,對各個(gè)區(qū)域環(huán)向與軸向的矯頑力進(jìn)行測試，結(jié)果如表3-203-23所示，不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖3-163-18所示，與

31、未服役爐管矯頑力相比，滲碳后爐管的 矯頑力增大一倍以上；滲碳5小時(shí)后強(qiáng)滲碳層厚度較8小時(shí)和10小時(shí)的厚度小, 對應(yīng)的矯頑力數(shù)值偏??；由表 3-19可知，滲碳8小時(shí)和10小時(shí)后，總的滲碳層厚度無明顯變化，對應(yīng)的矯頑力也無變化，軸向矯頑力高于環(huán)向力頑矯300 -200 - 10 mm1150mm-290mm100 JIlr123區(qū)域表3-20 2#爐管未滲碳之前矯頑力測試結(jié)果未滲碳管徑 126X11.8 (mm)外向340軸向380表3-212#爐管滲碳5小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域1234567平均矯頑力 數(shù)值 Hc(A/m)10mm外向740740740750740750750750軸向77078

32、0750780740790780770150mm外向780780770780790780780780軸向800810810780770810830800290mm外向750750760770750750750750軸向810800820810810790830810表3-22 2#爐管滲碳8小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域1234567平均矯頑力 數(shù)值Hc(A/m)10mm外向770770770780780770770770軸向780790810810820810800800150mm外向790800810810810810800800軸向800810800810830830830820290mm外向

33、770770770760780780760770軸向800780820830820820830820150mm290mm900iiiii1234567區(qū)域200iiiii1234567區(qū)域0000000000008 7 6 5 4 3 )JE力頑矯圖3-17 2#爐管滲碳8小時(shí)后不同區(qū)域矯頑力關(guān)系圖(a)環(huán)向(b)軸向區(qū)域1234567平均矯頑力 數(shù)值Hc(A/m)10mm外向7.47.57.77.67.87.67.67.6軸向7.67.98.18.08.18.17.98.0150mm外向8.18.28.18.28.28.28.18.1軸向8.38.48.28.38.08.58.08.2290

34、mm外向7.77.97.67.87.87.87.77.8軸向8.07.78.17.87.78.27.77.9900800700表3-23 2#爐管滲碳10小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果600500 _(a)力頑矯400 -300 _200 -100ri 1 I 1123區(qū)域力頑矯 10 mm. 150mm290mm900800700600500 -400 -300 -200 -100(b)10 mm150mm2 290mm45區(qū)域?qū)B碳后爐管外壁車削2mm,去除外壁的滲碳層后，用同樣的方法再次進(jìn)行矯頑力測試，結(jié)果如表3-243-26所示，各區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖3-193-21所示，可以看出車削后，矯頑

35、力較車削前有明顯的減小，同時(shí)無論環(huán)向還是軸向 不同區(qū)域矯頑力數(shù)值無明顯波動， 說明內(nèi)壁滲碳均勻，且隨著爐管整體滲碳層減 薄，矯頑力相應(yīng)減小，同樣爐管中心部位矯頑力偏大。_區(qū)域123456平均矯頑力數(shù)值Hc(A/m)10mm外向570570570570560570570軸向620610610600620630610150mm外向590600590590590590590軸向640650650650660670650900表3-24 2#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果300200100123456區(qū)域力頑矯- 008力頑矯2000mm-150 mm900123456區(qū)域(a)環(huán)向(b

36、)軸向圖3-19 2#爐管滲碳5小時(shí)后外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力關(guān)系圖表3-25 2#爐管滲碳8小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域123456平均矯頑力數(shù)值Hc(A/m)10mm外向590590600590600590590軸向610620640620620620620150mm外向620620640630640620630軸向6806706806907006906901000。 o O9 8 7000000006 5 4 3 力頑矯III123456區(qū)域)力頑矯123456區(qū)域圖3-202#爐管滲碳8小時(shí)后外壁車削后不同區(qū)域矯頑力關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向區(qū)域123456平均矯頑力數(shù)

37、值Hc（A/m）10mm外向610610610610610610610軸向630630620640640640630150mm外向660660670660660660660軸向700710710700710710710900(b)800 _900(a)800 .表3-26 2#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果700600 -力頑矯500400 -300200200 -.0 mm150mm100100區(qū)域區(qū)域圖3-21 2#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后不同區(qū)域矯頑力關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向由于便攜式多參數(shù)磁性分析儀所測爐管的矯頑力是針對爐管整個(gè)壁厚滲碳 層的測試，即內(nèi)外壁滲碳

38、層厚度總和的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)該爐管內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層厚度與車 削前爐管總強(qiáng)滲碳層厚度所對應(yīng)的環(huán)向及軸向各自矯頑力平均值結(jié)果，如表3-27所示，其對應(yīng)關(guān)系如圖3-22所示，隨著爐管強(qiáng)滲碳層厚度增加，矯頑力數(shù)值相 應(yīng)增大，與裂解爐爐管類似，曲線斜率逐漸減小，即隨著滲碳的發(fā)生，滲碳速率 減慢，滲碳層厚度增幅減緩，矯頑力數(shù)值增幅相對減小，說明矯頑力數(shù)值與滲碳 層厚度有很好的對應(yīng)關(guān)系。對表3-27所測滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖3-22所示，可以看出擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有非常好的對應(yīng)關(guān)系，得到擬合 方程：（式 3-5）（式 3-6）環(huán)向擬合方程：y=- 2? 104x2 0.65x+ 34

39、0軸向擬合方程：y = - 2? 104x2 0.65x+ 380式中：y表示矯頑力值，單位A/m , x表示滲碳層厚度，單位 pm。由式3-5和式3-6可以看出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線符合一元二次方程：y = ax2+bx+c,且環(huán)向與軸向的方程式中系數(shù) a、b、c各自在同一數(shù)量級，且式3-5和3-6中各系數(shù)非常接近，考慮到實(shí)驗(yàn)及儀器誤差，可以認(rèn)為該轉(zhuǎn)化爐爐管與前述裂解爐爐管實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似， 無論環(huán)向還是軸向，最終滲碳層厚度與矯頑 力信服從同一個(gè)一元二次方程，最終的擬合曲線公式將在綜合結(jié)果中給出。力頑矯表3-27 2#爐管滲碳層厚度與矯頑力數(shù)值對應(yīng)結(jié)果I一一一強(qiáng)逐碳層厚度(”) 矯頑力 Hc(A/m)一

40、-1_046056059080010601100外向340580610640760780780軸向380630660670790800820K#爐管矯頑力測試實(shí)驗(yàn)研究已服役近九年的轉(zhuǎn)化爐爐管HP40Nb（Cr25Ni35Nb）,尺寸規(guī)格1牙*12mm,該轉(zhuǎn)化爐爐管在服役過程中未發(fā)生明顯的變形、蠕脹等損傷，爐 管內(nèi)壁有很薄的滲碳層，厚度約 50mm,由于轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度較低，無大量的滲 碳?xì)夥?，所以在其服役過程中沒有發(fā)生明顯的滲碳，同時(shí)其材質(zhì)劣化也不明顯。同樣對該爐管進(jìn)行不同時(shí)間的低壓高溫真空滲碳后，獲得不同滲碳層厚度，對強(qiáng)滲碳層內(nèi)外壁厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后如表 3-28所示，在實(shí)際服役過程中外壁無滲 碳

41、發(fā)生，因此滲碳實(shí)驗(yàn)后，外壁強(qiáng)滲碳層較薄，滲碳 8小時(shí)和10小時(shí)后，由金 相組織來看滲碳層厚度 變化不明顯，但較滲碳前有一定程度的增加。表3-28 K#爐管強(qiáng)滲碳層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果一一理滲碳層厚度（師） 滲碳時(shí)間（h） 一一外壁內(nèi)壁總滲碳層厚度005050535047082010290570860采用便攜式矯頑力測試儀對已服役爐管及不同滲碳時(shí)間后的爐管進(jìn)行矯頑力測試：把爐管圓周方向均勻的分為6個(gè)區(qū)域，對各個(gè)區(qū)域環(huán)向與軸向的矯頑力 進(jìn)行測試，結(jié)果如表3-293-32所示，不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖 3-233-25 所示，可以看出，滲碳實(shí)驗(yàn)之前由于爐管的滲碳層很薄，對應(yīng)的矯頑力數(shù)值小； 滲碳5小時(shí)和1

42、0小時(shí)，爐管總滲碳層厚度無明顯差別，所以矯頑力數(shù)值也相近； 該爐管環(huán)向矯頑力與軸向差別較小，滲碳10小時(shí)后不同部位矯頑力有明顯波動， 這可能是服役過程中受火面與背火面溫度不同，所受應(yīng)力不同，因此所形成的滲碳層及氧化層厚度也有所差別，導(dǎo)致不同部位矯頑力存在一定差別。表3-29 K#爐管矯頑力測試結(jié)果位置區(qū)域123456平均矯頑力10mm外向130120160190200150160數(shù)值軸向130140160180160150150Hc(A/m)500mm壞向180210230230230200210900(a)軸向1802001802202002002001000mm外向180170170170

43、170170170軸向1901801601801601701701900mm外向|190190180180180180180軸向180160150170180190170900800700 _70010 mm500 mm1000 mm2900 mm800力頑矯區(qū)域600500400 -300200 .1IIIII23456區(qū)域)Je力頑矯圖3-23K#爐管不同區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向圖3-24 K#爐管滲碳5小時(shí)后矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向EL(Z力頑矯表3-30 K#爐管滲碳5小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域12345平均矯頑力 數(shù)值 Hc（A/m）10mm外向650630

44、650660650650軸向670670680700680680150mm外向680670690700690690軸向700690710720730710290mm外向650650650670670660軸向680660670690680680表3-31 K#爐管滲碳10小時(shí)后矯頑力測試結(jié)果區(qū)域12345平均矯頑力10mm外向680680690670680680數(shù)值H c(A/m)軸向660690730730690700150mm外向750660700720680710軸向700660700740690700290mm外向590580590600600590軸向6105805706306306

45、00900800700600500400300200900800700600500400 -300200100I,I.,I12345區(qū)域)力頑矯力頑矯10013區(qū)域圖3-25 K#爐管滲碳10小時(shí)后矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖 （a）環(huán)向（b）軸向?qū)B碳后爐管外壁車削2mm,去除外壁的滲碳層后，用同樣方法再次進(jìn)行 矯頑力測試，結(jié)果如表3-323-34所示，各區(qū)域矯頑力對應(yīng)關(guān)系如圖 3-263-28 所示，可以看出車削后，矯頑力較車削前有明顯的減小，而且滲碳10小時(shí)后爐管內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層比5小時(shí)厚，對應(yīng)的矯頑力數(shù)值也較大；同時(shí)無論環(huán)向還是軸向 不同區(qū)域矯頑力數(shù)值無明顯波動， 說明內(nèi)壁滲碳均勻，且隨著爐管整體滲碳

46、層減 薄，矯頑力相應(yīng)減小，同樣中心區(qū)域矯頑力數(shù)值比邊緣大。區(qū)域123456平均矯頑力數(shù)值Hc（A/m）10mm外向410410410410420420410軸向450460470470470460460150mm外向480470470480460470470軸向540530540530540540540900800 .(a)0 mm150 mm表3-32 K#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果600 -力頑矯500 .400 -300200 -100 r1區(qū)域力頑矯圖3-26 K#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向區(qū)域123456平均矯頑力數(shù)值Hc（A

47、/m）10mm外向490500490510490490490軸向510520520530510530520150mm外向540550560560560550550軸向570570580590580580580900800 mm150 mm表3-33 K#爐管滲碳10小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力測試結(jié)果0(b)_ 0 mm 150 mm700.600 _力頑矯600 .500 .400 .300 200 -500 -400 -200 -n ,1I,r1!1 r 1,r,1 r123456123456區(qū)域區(qū)域圖3-27 K#爐管滲碳5小時(shí)外壁車削2mm后矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖（a）環(huán)向（b）軸向由于便攜式

48、多參數(shù)磁性測試儀所測爐管的矯頑力是針對爐管整個(gè)壁厚滲碳 層的測試，即內(nèi)外壁滲碳層厚度總和的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)該爐管內(nèi)壁強(qiáng)滲碳層厚度與車 削前爐管總強(qiáng)滲碳層厚度所對應(yīng)的環(huán)向及軸向各自矯頑力平均值結(jié)果，如表3-34所示，其對應(yīng)關(guān)系如圖3-28所示，隨著爐管強(qiáng)滲碳層厚度增加，矯頑力數(shù)值相 應(yīng)增大，曲線斜率逐漸減小，即隨著滲碳的發(fā)生，滲碳速率減慢，滲碳層厚度增 加減緩，矯頑力數(shù)值增幅相對減小，說明矯頑力數(shù)值與滲碳層厚度有很好的對應(yīng) 關(guān)系，對于壁厚較厚的爐管同樣可以用該儀器來進(jìn)行爐管滲碳層的檢測。對表3-34所測滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果 如圖3-28所示，可以看出擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有

49、非常好的對應(yīng)關(guān)系，得到擬合 方程：(式 3-7)環(huán)向擬合方程：y=-4? 10-4x2 0.97x+ 122軸向擬合方程：y = - 0.9? 10-4x2 0.7x+ 144（式 3-8）式中：y表示矯頑力值，單位A/m , x表示滲碳層厚度，單位以m。由式3-7和式3-8可以看出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線符合一元二次方程：y= ax2+bx+c,且環(huán)向與軸向的方程式中系數(shù) a、b、c各自在同一數(shù)量級，考慮到實(shí)驗(yàn)及儀器誤差，可以認(rèn)為該已服役轉(zhuǎn)化爐爐管與前述轉(zhuǎn)化爐與裂解爐爐管 實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似，無論環(huán)向還是軸向，最終滲碳層厚度與矯頑力信服從同一個(gè)一元次方程，最終的擬合曲線公式將在綜合結(jié)果中給出。0091000

50、2004006008001000滲碳層厚度（祖m）002008o o o o O o o o o O7 6 5 4 3 力頑矯表3.34 K#爐管滲碳層厚度與矯頑力數(shù)值對應(yīng)結(jié)果理色碳層厚度（m）矯頑力 Hc（A/m）一_50470570820860外向180440520670660軸向170500550690670圖3.28 K#爐管滲碳層厚度與矯頑力對應(yīng)關(guān)系圖綜合結(jié)果分析綜合以上不同類型不同條件下的爐管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合各自擬合曲線得到的擬合方程，可以認(rèn)為矯頑力值最終只取決于爐管中總的滲碳層厚度，與爐管管徑， 壁厚、軸向與環(huán)向以及服役條件無關(guān)?；谝陨戏治觯y(tǒng)計(jì)所有滲碳層厚度與對應(yīng)的矯頑力值，如