苯加氢高温临氢管道服役十年后的安全状况研究(三)──工艺管线材料损伤断口形貌分析

本文对某化工公司苯加氢装置中高温临氢工艺管线服役十年后材料拉伸、冲击与断裂试验后的断口进行宏观与微观形貌分析。力学性能明显下降的管线材料试验断口已表现出脆性断裂特征，且断口上可清楚地观察到裂纹和空洞等使材料性能劣化的现象。     

苯加氢高温临氢管道服役十年后的安全状况研究（一）—工艺管线及炉管选材

本文分析了某化工公司从日本引进的苯加氢装置高温高压临氢管道及加热炉炉管的选材以及运行情况。与石油炼制中临氢管道相比，该装置中管道操作温度更高，对材料选择要求也更严。     

新旧输油管道材料力学性能对比研究

管道在经过长期服役以后,对其整体强度的变化情况进行分析研究是管道研究领域的一个重要课题。管道整体强度的降低涉及到诸多方面原因,其中在内外荷载、环境腐蚀等的共同作用下,其材料的力学性能会发生变化,强度降低是很重要的一个方面。因此对长期服役管道材料进行力学性能研究显得十分迫切。通过对材质均为16Mn,分别截取服役近30年的某管线与尚未投入使用的新管线的管道材料,进行拉伸、冲击、疲劳等试验,比较分析了两种材料的屈服极限、强度极限、冲击韧性等力学性能指标,发现16Mn管道材料力学性能稳定,在经过长期服役后其强度无明显降低。     

服役时间对螺旋焊缝输油管道材料力学性能的影响

为研究服役时间对螺旋焊缝管道材料力学性能的影响,对服役了近30a的鲁宁管线和尚未投入使用新管线的有焊缝与无焊缝16Mn管道材料分剐进行了拉伸试验和疲劳试验。结果表明：螺旋焊缝管道材料拉伸性能稳定,在经过长期服役后并无明显降低;但含焊缝材料在长期服役以后其疲劳性能明显降低,而无焊缝材料的疲劳性能无明显变化。     

长期高温服役主蒸汽管道现场检验及材质损伤分析

对某石化热电厂材质为12CrlMoV，服役时间超过18万h的主蒸汽管道进行了全面检测，通过试验研究了硬度，强度，韧性等材料性能的变化，结果表明材料损伤主要由碳化物球化所致。     

炼油厂Cr5Mo工艺管线的蠕变损伤及剩余寿命

我国炼油厂重整、加氢精制和热裂化三套装置中的高温临氢工艺管线普遍采用Cr5Mo钢管。Cr5Mo工艺管线是在高温临氢条件下工作的,在蠕变温度范围内材料在外载的作用下,应变会随着时间的增长而增加,最后导致断裂。作为高温部件必须考虑其蠕变损伤和蠕变残余寿命。试验结果表明,对工作温度为500℃,服役10000小时的炼油厂重整装置中的Cr5Mo管件及其焊接接头,由于其承受的一次应力很低,故蠕变损伤是不明显的。结果还表明,Cr5Mo管件的剩余寿命不受蠕变的控制,而其最大潜在的危险来自于材料的脆性。     

长期高温服役主蒸汽管道材质损伤分析

对某石化热电厂材质为 10CrMo910 ,服役时间超过 2 1万小时的主蒸汽管道进行了现场取样 ,通过试验研究了强度、韧性等材料性能的变化 ,结果表明材料损伤主要由碳化物的析出和球化所致。     

基于声发射的电化学充氢时间对X100管线钢力学性能和断裂韧度的影响

X100在海洋石油领域具有广泛应用前景,服役过程中不可避免受到氢的影响。以API X100管线钢为研究对象,通过电化学试验和声发射监测等试验方法,研究不同电化学充氢时间对管线钢力学性能和断裂韧度的影响;结合微观形貌,探究充氢时间与X100管线钢作用机理。结果表明：管线钢本身具有良好的强韧性,电化学引入氢后,材料的屈服强度和抗拉都会降低,且随着充氢时间的增加,性能恶化加剧。充氢后,材料性能的恶化,主要归因于引入的氢会扩散到材料的应力集中缺陷处,与缺陷处组织发生交互,最终导致材料性能变化。研究结果可为高强钢服役时的性能劣化预测及开裂监控提供依据。     

柴油加氢循环20碳钢管道脆性爆裂原因

某化工厂柴油加氢循环20碳钢管道发生脆性爆裂。对该管道残片分别进行去应力退火处理和去氢处理,通过与未处理原始状态残片的显微组织和力学性能进行对比,并结合化学成分检测和断口形貌观察等方法对管道爆裂原因进行了分析。结果表明：管道材料在长时间服役后发生应变时效脆化,导致管道脆性爆裂;管道材料的氮元素含量相对偏高,且晶粒出现较大的变形,是发生应变时效脆化的主要原因。     

SUS347不锈钢长期服役后的高温持久强度

对运行10a后的SUS347不锈钢高温炉管作了检验和持久强度试验，对其材质损伤情况作了分析并与未经服役的SUS347钢的持久强度进行了比较。结果表明：SUS347炉管在运行10a后，材质已有一定程度的劣化．具体表现为碳化物相的沉淀析出并沿晶界聚集和表面氧化损伤，导致服役10a后的材料持久强度下降了约1／4～1／3     

高温高压临氢阀门制造工艺的分析

阐述了石化工业生产中高温高压临氢介质对阀门的要求,介绍了高温高压临氢阀门制造中,承压壳体材料、机械加工、特殊工序和整机检查试验等过程的控制要点。     

三种压力容器用钢的抗氢蚀能力及其服役寿命估算

研究了三种常用压力容器用钢20G、1．25Cr—0．5Mo和2．25Cr-1Mo的抗氢蚀能力。充氢试验后，20G钢发生了严重的氢腐蚀，出现整体脱碳，并导致抗拉和屈服强度以及伸长率的严重下降；1．25Cr-0．5Mo钢在原奥氏体晶界上出现少量氢蚀孔洞，抗拉和屈服强度有少量下降，但伸长率没有明显变化；而2．25Cr-1Mo钢则没有任何氢蚀迹象。同时，通过对这三种钢的临氢服役寿命的估算也表明，2．25Cr-1Mo钢的抗氢蚀能力远高于1．25Cr-0．5Mo钢，而20G钢只有极低的抗氢蚀能力，与试验结论完全符合。该估算方法可以替代经验Nelson曲线并补充其应用的不足。     

X90管线钢焊接接头氢致开裂敏感性研究

X90管线钢在石油天然气管道中具有广泛应用前景,其焊接接头在服役过程中存在氢致开裂(Hydrogen induced cracking,HIC)倾向。采用电化学氢渗透试验和预充氢慢应变速率拉伸试验(Slow strain rate tensile test,SSRT),对X90管线钢焊接接头的氢捕获效率和氢致开裂敏感性进行了研究。利用场发射扫描电子显微镜(Field emission scanning electronic microscope,FE-SEM)对试样断口形貌及裂纹处夹杂物进行观察和分析,采用氢微印技术(Hydrogen microprint technique,HMT)对显微组织中氢的局部分布和聚集进行分析。结果表明,不同充氢电流密度下,X90管线钢焊接接头SSRT试样的断裂位置均为焊缝,其氢致开裂敏感性明显高于母材。与X90管线钢母材相比,焊缝中氢扩散系数较小,氢浓度、可逆和不可逆氢陷阱密度均较高。焊缝中的针状铁素体、贝氏体组织晶界及其亚晶界和夹杂均是有效的氢捕获陷阱,具有较高的氢捕获效率;焊缝中尺寸大于2μm夹杂物的数量多于母材,氢致裂纹易在富Al、富S、富Si夹杂...     

埋地输氢管道在走滑断层作用下的失效分析

利用X80材料在高压氢环境下的慢应变速率拉伸试验数据,建立输氢管道的非线性材料模型,同时考虑土体材料非线性、管道几何变形非线性以及管土接触非线性等特征,利用ABAQUS模拟研究了埋地X80输氢管道在走滑断层下的力学响应,给出了管道的许用压缩应变值,讨论了断层位移量、输氢压力、断层角等参数对管道失效模式的影响,结果表明:输氢压力对管道的整体应变水平影响较小,管道应变主要由管土相对位移引起,内压引起的薄膜应变可忽略;断层角对管道失效模式具有显著的影响,当断层角小于75°时,管道易发生屈曲失效,当断层角大于75°时,管道易发生拉裂失效。     

某型航空发动机涡轮叶片服役微观损伤研究

涡轮叶片是航空发动机工作条件最为恶劣的热端部件,其工作性能的优劣决定着整机能否高效、安全、可靠工作。涡轮叶片在服役过程中不可避免地形成各类损伤,由于涡轮叶片制造复杂、造价昂贵,因此对涡轮叶片的服役损伤进行分析和梳理,使涡轮叶片得到安全可靠且充分有效的使用,具有重要的经济价值。利用金相观察、SEM分析和EDS分析等方法对某型航空发动机第一级高压涡轮叶片在服役过程中产生的微观损伤进行分析。结果表明该型航空发动机涡轮叶片的微观损伤以强化相的粗化和筏化为主。以此为基础建立了一套以强化相尺寸为指标的涡轮叶片服役微观损伤表征方法。对服役涡轮叶片开展了硬度测试试验,结果发现随着微观组织的退化,叶片各个部位的维氏硬度出现不同程度的下降。随后,对热暴露预损伤涡轮叶片材料薄壁试样在850℃/810MPa考核条件下开展了低周疲劳试验。结果表明随着微观组织的退化,合金的低周疲劳性能出现了不同程度的下降,说明服役微观损伤降低了涡轮叶片材料的抗疲劳性能。     

高速铁路轮/轨材料匹配性能研究

在研究高速铁路钢轨/车轮材料时,提高钢轨或车轮材料硬度可减少磨损,但单方面提高钢轨或车轮材料硬度,会导致与之配合的车轮或钢轨损伤更为严重,因此研究轮轨的匹配问题十分重要。研究根据赫兹接触理论,在MMS-2A磨损试验机上模拟不同钢轨和车轮匹配时的服役过程,并采用扫描电镜观察磨损表面,分析不同材料轮轨匹配服役后的损伤情况。结果表明:随着钢轨材料的含碳量增加,其磨损量下降,但与其相配的车轮的磨损量却随之增加;随着模拟轮轨硬度比的增加,摩擦副的总磨损量呈上升趋势。因此,为了取得摩擦副整体优良的使用性能,应该选择适当的钢轨钢和车轮钢,以达到轮轨之间最佳的硬度匹配。     

服役炉管微观组织损伤与焊接性的关系

研究了乙烯裂解炉服役炉管材料内部的组织损伤程度与焊接性的关系。结合寿命消耗，将组织损伤程度分为8级。发现炉管损伤在4．5级及以上时，炉管焊接修复困难，而在此损伤级别以下，炉管一般均能较好地修复。     

氢脆与焊条的使用

1 氢脆概述 固溶于钢中的氢使其塑性韧性下降,在低于极限强度应力作用下服役一定时间后突然断裂,谓之“氢脆”。其特点是断口上能观察到“白点”,呈圆形或椭圆形。氢白点是一种内部细微裂纹缺陷,它是由于某种原因致使材料中含有过饱和的氢,金属中的氢的固溶度随温度的降低而下降,过饱和的氢未及扩散逸出,在金属晶体某些缺陷处聚集成氢分子所形成的。这些显微裂纹本身产生相当大的内部应力,在服役过程中与应力集中交织作用,促使裂纹拓展长大,引起材料早期断裂。     

氢化物对锆合金薄板焊缝断裂行为的影响

锆合金被广泛应用于反应堆的燃料管包壳材料,当服役过程中锆合金的力学性能改变时,对其力学性能完整性的评估至关重要。基于小尺寸三点弯曲试样,建立锆合金薄板焊缝的断裂韧度测试方法,完成腐蚀渗氢后锆合金焊缝在室温和360℃下准静态断裂韧度试验,分析氢腐蚀和温度对锆合金焊缝断裂性能的影响。研究结果表明,氢腐蚀和温度均能对锆合金焊缝断裂性能产生显著影响,由于高温条件下聚集在裂尖附近的氢化物溶解,使得360℃下锆合金渗氢焊缝断裂韧度较室温下的断裂韧度有显著提升。     

临氢压力容器的氢损伤及定期检验要点

本文对临氢介质压力容器的常见破坏形式——氢腐蚀、氢脆脱碳及氢鼓包作了分析,对此分析了这几种破坏形式及不同点,即对何种条件下会发生哪种形式的破坏。针对氢损伤的特点和程度,提出了临氢介质压力容器定期检验要点。