一段炉炉管裂纹浅析

从对使用后的一段炉炉管的分析可以发现：炉管破坏的机制和一般高温合金耐热铸钢在高温、低应力下蠕变破坏的机制相同，即先在晶界，特别是树枝状晶界上形成孔洞，逐渐连成裂纹并沿晶界发展。     

乙烯装置裂解炉管高温断裂失效分析

通过对2G4Cr25Ni35Nb裂解炉管劣化组织进行分析,提出HP40炉管高温断裂的机理—渗碳氧化伴随高温蠕变孔洞联合作用,晶体交会处形成微小裂纹及炉管内壁严重脱落,在短时超温、超载外界条件下发生断裂破坏。     

某HP40Nb炉管失效分析与性能测试

某企业的加热炉炉管在使用过程中出现裂纹。对出现裂纹的管段和另一根已服役未出现裂纹的管段进行化学成分分析及力学性能测试,为炉管的安全运行提供参考依据。分析显示,2根炉管的化学成分都符合标准值。通过力学性能测试发现,服役过的2根炉管的常温拉伸、高温短时拉伸、高温蠕变断裂、断裂韧性等性能都出现了不同程度的下降,出现裂纹的1#管的性能下降幅度在所有测试项目中都超过没有裂纹的2#管。在高温蠕变断裂测试与断裂韧性测试中,1#管分别有78.2%与20.8%的性能下降,2#管分别有67.6%与18.2%的性能下降。在金相组织分析中,可以明显观察到二次碳化物向晶界扩散的现象,降低了晶间结合力。分析测试结果表明,经过长期使用的2根炉管均出现了明显的性能劣化。     

一氧化碳转化炉热壁集气管失效模式分析及改进措施研究

针对一氧化碳转化炉热壁集气管发生的开裂事故,对开裂原因进行了分析。对开裂的集气管进行了宏观形貌检查,对材质进行了化学成分和力学性能检测,结果表明:各部位截取试样的化学组成差别很小,各元素组成均符合ASTM-B407的规定,可排除化学组成不合格对集气管开裂的影响;集气管材料力学性能发生了一定程度的弱化,部分试样的抗拉强度和延伸率低于最低值。对断口附近组织和裂纹进行了扫描电镜和能谱分析,结果表明:集气管长期在高温腐蚀条件下工作,其组织发生了粗化现象;晶界析出的高含铌碳化物和富铬碳化物在晶界处不断长大和溶解,弱化了晶界;蠕变孔洞和蠕变裂纹在晶界处产生。采用CAESAR II软件、ABAQUS有限元素分析法对热壁集气管的子单元进行了应力计算和蠕变计算,表明热壁集气管增设U型卡可有效改善整个管系的应力分布。提出了增加材料壁厚、改变短尾管与热壁集气管的连接形式、降低炉管恒力吊架载荷等措施,以解决热壁集气管的失效问题。     

裂解炉管热疲劳失效分析

采用金相、断口扫描电镜等手段对投用4年的裂解炉管6m高度处的裂纹进行了分析。裂纹起源于外表面，呈多条平行分布沿周向扩展。分析表明，炉管微观组织正常，没有大量碳化物积聚和蠕变空洞，外表面有轻微的脱碳层，表明炉管没有超温迹象。炉管开裂是由热疲劳所致。热疲劳是由于炉管烧焦期间升降温产生的交变热应力和机械应力共同作用造成的。     

余热锅炉低温过热器E3514出口弯头开裂分析

尾气余热锅炉低温过热器E3514出口弯头发生开裂,检查发现弯头内侧发生开裂,出现了多处裂纹。通过对弯头开裂处进行检验检测,分析了弯头开裂的主要原因。结果表明:弯头处材料发生高温蠕变,生成的蠕变孔洞连接后形成裂纹,导致弯头最终发生开裂。     

乙烯裂解炉炉管损伤机理及剩余寿命评估

通过对BA-101乙烯裂解炉炉管进行金相、显微硬度及力学性能等试验研究,分析了该炉辐射段炉管损伤的原因,基于金相分析结果和Larson-Miller曲线评估与该炉管相同服役条件下其他炉管的剩余寿命。结果表明:BA-101乙烯裂解炉炉管运行30 660h后晶界出现蠕变孔洞,且内表面发生一定程度的渗碳,炉管渗碳部分与非渗碳部分之间膨胀系数不同,造成材料内应力增加,该应力与其他应力共同作用使炉管在停炉过程中发生较大损害。BA-101乙烯裂解炉炉管在管壁正常操作温度(1 000℃)时,剩余寿命约为17 000h。     

HK40炉管焊缝抗蠕变裂纹扩展能力的试验

在全面分析已服役１０ａ的ＨＫ４０炉管损伤状况的基础上,研究了ＨＫ４０炉管母材和焊接接头的蠕变裂纹扩展速率,评价了这两种不同部位抗蠕变裂纹扩展的能力。结果表明：在长期正常的运行中,特别是服役后期,下部炉管焊缝中的蠕变裂纹扩展较母材快,微观组织损伤和焊缝中的应力集中是致使焊缝蠕变裂纹扩展较快的两个重要因素。     

Pb对离心铸造35Cr45NiNb合金炉管蠕变断裂的影响

研究了不同Pb含量对乙烯裂解炉用离心铸造35Cr45Ni Nb合金炉管蠕变断裂行为的影响规律。采用直读光谱仪、原子吸收分光光度计、室温拉伸试验机、高温持久蠕变试验机、场发射扫描电镜等开展了试验研究。结果表明随着Pb含量增加,离心铸造35Cr45Ni Nb合金炉管的高温蠕变性能显著降低,高温蠕变过程中Pb元素向晶界发生了偏聚。还讨论了Pb的晶界偏聚及影响材料高温性能的作用机理。     

用C形试样研究HK——40炉管蠕变裂纹扩展

高温下工作的炉管因蠕变裂纹的扩展导致了炉管的失效.本文采用C形试样进蠕变裂纹扩展试验,并用弹性应力强度因子K,净截面应力σ_(net)以及蠕变条件下的能量积分C~*,对获得的不同温度和不同载荷下的裂纹扩展数据进行处理,结果表明:C~*能够较好地描述蠕变裂纹扩展的整个过程.把材料的蠕变性能与裂纹扩展性能联系在一起,进一步讨论了温度的影响.对炉管受力情况进行简化,把断裂力学的方法应用到炉管的残余寿命估计中去,获得了初步的结果.     

催化装置烟气轮机转子叶片开裂分析

通过对烟气轮机叶片断裂样本进行外观检查、化学成分分析、硬度测试、金相分析和电镜下断口分析,找出了叶片断裂失效的原因:由于叶片存在原始铸造缺陷———孔洞和裂纹,且组织中存在沿晶界分布的脆性相,加之叶片长时间运行在高温下承受的热交变应力与粉尘冲刷,导致微观裂纹扩展串接形成晶间宏观裂纹,达到一定尺寸时,沿树枝晶晶间突然脆性断裂。据此,提出了相应的解决对策。     

注汽锅炉炉管的失效分析

为研究失效炉管材料20G裂纹扩展方式和断裂机理,针对20G材料裂纹密集区域进行观察,发现材料内部存在不同程度的损伤。裂纹扩展是由小到大、由表及里、由多个小裂纹扩展成大裂纹的过程。通过化学成份测试发现材料在高温下随服役时间的积累,材料化学成份也会逐渐发生改变,有害化学元素的超标导致材料的脆化。利用ansys软件对炉管温度场分布的模拟,计算得到炉管长期在800℃以上高温下的服役。     

HK40合金转化炉管残余寿命与蠕变孔洞及裂纹的统计分析

用光学显微镜(LM)进行大量测定表明,孔洞率不能反映材料的剩余持久寿命,也不能反映炉管的已有微裂纹损伤程度。本文论述其原因之所在。渗透探伤后统计蠕变裂纹最大深度(M)、裂纹密度(D)和平均开裂深度(A),除具有简易可靠的优点外,其结果与持久性能及超探分级有明显的相关性。此法可用来估计炉管的服役寿命,掌握、分析炉子运行情况。     

HPM乙烯裂解炉管的渗碳损伤研究

利用SEM、XRD、EMPA及金相显微分析等方法对服役五年多的乙烯裂解炉管进行了渗碳损伤研究。结果表明:炉管均有不同程度的渗碳现象,最严重的整个截面已经渗透。炉管的渗碳区域碳化物数量明显增加,形态也由细小的粒状变为粗大的块状,晶界碳化物变为链状。渗碳区域为M23C6和M7C3两种碳化物共存,而非渗碳区域仅存在M23C6型碳化物。Cr和C元素主要以碳化物形式存在,集中在晶界和晶内,而Ni元素仍固溶在奥氏体晶内。炉管内外表面均有氧化损伤层,损伤层内Cr元素主要以氧化物形式分布在晶界。渗碳炉管的热疲劳性能及常温力学性能明显下降,冲击断口为典型的解理断裂。     

转化炉炉管水浸超声检测应用研究

转化炉炉管作为转化炉中的关键设备,既充当换热器又充当反应器,材料通常为HP40或HP40Nb,在工作过程中最高温度可达到1000℃左右,经过长时间的高温蠕变会逐渐产生裂纹。炉管表面有杨梅粒子涂层,常规检测方法无法对炉管进行检测。本文对转化炉炉管的水浸超声检测方法进行了相关研究。研究发现水浸超声检测灵敏度较高,能准确记录整根炉管超声波信号高度的变化;并且超声波衰减也可能是因为炉管发生了材质劣化。     

某锅炉过热器管爆裂分析

某炼油厂动力车间3~#锅炉过热器管高温段突然发生爆裂。为查明管子爆裂原因,根据爆管焊缝两侧的不同特点,在爆管不同部位取样进行了宏观检查、化学成分分析、金相组织分析、力学性能试验、断口分析和腐蚀产物分析等。综合分析结果表明:过热器管材料经过高温服役后,力学性能发生了变化,拉伸强度和延伸率都有所下降。爆裂是在高温和应力长期作用下产生的蠕变破坏,导致晶界产生裂纹,降低了材料的热强性,同时增加脆性,金相组织劣化是过热器管最终发生蠕变破坏的主要原因。     

用高温COD研究HK-40合金蠕变裂纹扩展

本文以高温下的HK-40合金炉管的蠕变断裂失效问题为背景,探讨了描述蠕变裂纹扩展的一个力学参量-高温COD.介绍了在国产蠕变试验机上组建的高温COD测试装置和测试方法;分析了用长焦距显微镜监测到的实验结果和现象;推导和证明了COD速率和C~*之间关系的公式;提出了C形试样的工程估算式.在871℃下,对不同损伤程度的HK-40合金材料,用C形试样进行了蠕变裂纹扩展实验.所得数据用五个力学参量,即应力强度因子K_1、净截面应力σ_(net)、参考应力σ_(ref)、COD速率δ_t、能量率积分C~*进行关联,其结果表明δ_t和C~*能在较大范围内较好地关联HK-40合金裂纹扩展的实验数据.     

一种β-sialon的显微结构和蠕变行为

研究了一种以Sm黄长石相固溶体（M′）为晶界相的热压β-sialon陶瓷在1250－1350度和大气下的四点弯曲蠕变行为,蠕变速率对应力作图获得1250,1300,1350度下的应力指数分别为1．45,1．51,1．72,蠕变速率和温度之间的Arrhenius图给出了蠕变激活能为576kJ.mol^-1,显微结构观察表明仅在三晶界处发现了空洞,伴随着三晶界空洞形成的扩散和滑移耦合机制被确认为主导的蠕变机制。     

结构陶瓷的高温蠕变

工程构件的高温蠕变无疑地是个重要的技术问题。原则上有两类控制速率的蠕交机理:适用于较高应力条件下的、包含着位错运动的品格蠕变机理;在较低应力条件下起主导作用的Nabarro-Herring扩散或Coble扩散型的晶界蠕变机理。从陶瓷具有较高的抗位错运动的Peierls-Nabarro应力、以及其晶界相较复杂这些方面来看,可予计到扩散机理在陶瓷蠕变中的重要性。亦注意到,陶瓷体内空洞的存在对蠕变率的影响。往往由于扩散引起的空洞逐步生长和合并,最终形成宏观裂纹并导至陶瓷的高温破坏。不同机理控制着的蠕应变量相互叠加,以及多种蠕交机理的相继作用亦常发生。文中以蠕变本构方程求出的指数为依据,分析多种陶瓷的蠕变机理随着应力和温度的变化:■综述了控制速率的陶瓷蠕变机理和相应的蠕变特征。     

服役43000小时HK—40转化炉管的金相组织与裂纹状况分析

作者根据剖析已服役43000小时HK—40炉管所获的资料,本文讨论了炉管的宏观组织及炉管不同高度和焊接接头各部位的显微组织、裂纹形态及分布状况,并分析了它们同炉管材质、工作温度、内外壁温差、应力状况的关系。对炉管的σ相问题及用持久强度、蠕变孔洞来推断炉管残余寿命等问题进行了探讨。认为用高温断裂力学的方法来研究服役条件下裂缝的扩展速率及找出其破裂的临界状况,是估算残余寿命的较好方法。所剖析的炉管取自以天热气为原料的30万吨含成氨装置的一段转化炉,管子中装有触煤,通过反应CH_4 H_2O→3H_2 CO—Q来制取氢。美国凯洛格型一段炉中,每42根φ113×20.90mm、长近10米的HK—40炉管为一排,下端焊在同一根800合金集气管上,形成竖琴管排。一共九排,合计炉管378根。通常,每根炉管都是由3～5节素管对接焊而成,上部伸出炉项外的是碳钼耐热钢,因而有一个异种钢焊接接头。原料气由每根炉管上部输入。根据设计条件,入口气温度510℃,出口气为823℃,管壁平均温度899℃,内压30～35kgf/mm~2,入口气水碳化(H_2O:C)为3.5:1.0左右。原料中≯0.5ppm。设计寿命10~5小时。然而由于工况的恶劣和复杂。世界各国的炉子一般都达不到设计寿命。