225Cr1 Mo钢的中温疲劳裂纹扩展行为研究和加氢反应器的安全分析
加氢装置介绍
加氢裂化装置原理、流程及特点
加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子 的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环 油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低 凝固点柴油。加氢裂化装臵是炼油厂最重要的的生产装臵之 一，在高温、高压、临氢状态下操作。 加氢裂化装臵的工艺流程主要有三种类型方法： ⑴ 一次通过法：所产尾油不参加循环。 ⑵ 部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出 装臵。 ⑶ 全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。 加氢裂化装臵主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反 应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高、低压分离 器、高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1、图2、图3、 图4。
2013-8-17 12
H1
H2
H3
凸台
H4
H5
s-k H6
1
图5
2013-8-17
热壁加氢反应器
13
加氢裂化装置常用材料
设备名称
加氢精制、裂化反应器 （设计温度≤ 450 ℃/设 计压力8～20MPa） 高压热交换器（温度≤ 260 ℃)
选用材质
板2.25Cr-1Mo(SA387Gr22CL2) +6.5mm(Tp309+347) 堆焊层 或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 锻2.25Cr-1Mo(SA336F22CL2) + 6.5mm(Tp309+347) 堆焊层或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 管程：反应流出物：管箱（碳钢、碳钼钢＋4～6mm CA;铬钼钢＋3mm CA)管板（碳钢、碳钼钢、铬钼钢 ＋ 8mmTP309+347) 壳程：循环氢、原料：壳体（碳钢、碳钼钢、铬钼 钢＋ 3mm CA） 管程：反应流出物：管箱（铬钼钢＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板 或 +6.5mm Tp309+347堆焊层 或 +4mmTP347) 管板(铬钼钢＋8mmTP309+347或铬 钼钢＋8mmTP410) 壳程：循环氢、原料：壳体（铬钼钢＋4mm CA；或 ＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板；或+4mmTP347；或 +6.5mm Tp309+347堆焊层） 14
2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器焊接工艺改进及优化措施
X系数
W12 满足 X系数 W12 满足
J系数
W80 满足 J系数 W80 满足
其中,回火脆性敏感系数满足如下要求：
X =(10P+5Sb+4Sn+As)x10-2
(1)
式中：元素以ppm含量带入，如0.01%应以100 ppm
代入，满足XW12 ppm。
J =(Si+Mn)(P+Sn)x10“W100
tion provides a reference for successful preparation of the hydrogenation reactor.
Key words: hydrogenation reactor； high temperature resistant； corrosion resistance； welding crack
on the welded joints， the results show that the joint performance meets the standard requirements； RT test of the main welded
seam is then conducted, the first-time flaw detection pass rate is over 97%, which effectively reduces the cracks. The produc
Si W0」 0.07
Cu W0.2 0.04
Mn
0.3-0.6 0.55 Ni W0.2 0.1
P
W0.007 0.0007
Ti W0.03 0.0067
S W0.004 0.0034
1_25Cr_0_5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展分析
下半月出版材料热处理技术Material&Heat Treatment压力容器等典型承压化工设备广泛地应用于石油化工等过程工业生产中，通常面临着高温、高压和腐蚀的工作环境。
随着我国石油化工技术的发展，这些设备面临的环境越来越苛刻。
化工设备在制造、安装和使用过程中，不可避免要产生一些裂纹等缺陷[1-7]，这些裂纹在高温、高压和腐蚀的环境中会不断扩展，特别是在频繁开停工和间歇操作的高温承压设备中。
为了探讨在蠕变疲劳交互作用下裂纹扩展的行为，本文以1.25Cr-0.5Mo钢为研究对象，利用ANSYS软件，采用损伤累积的方法，分析蠕变和疲劳对其裂纹扩展的影响规律。
1蠕变与间歇循环载荷交互作用下裂纹扩展行为分析由蠕变疲劳交互作用的寿命预测方法可知，每次裂纹扩展行为是由疲劳损伤和蠕变损伤累积而成的，所以蠕变条件下的裂纹扩展，其每一步可以看成是疲劳损伤和蠕变损伤的累积。
如果载荷加载频率过快，由于蠕变引起的裂纹扩展所需要的时间相对较长，那么蠕变的影响就不容易体现；并且在裂纹扩展的初期，裂纹扩展的尺寸极其微小，如果建立以时间为变量的话，那么必须计算每个时间周期和加载周期的裂纹扩展长度，工作量十分巨大，且较难体现出扩展的规律。
为了分析在载荷加载频率一定时，蠕变与间歇载荷对裂纹扩展的影响，建立每个周期裂纹扩展尺寸与瞬时裂纹尺寸之间的关系。
以研究裂纹扩展速率随瞬时裂纹尺寸的变化，得出裂纹在不同尺寸下的扩展速率以及扩展的变化趋势。
分析发现，1.25Cr-Mo钢在550℃下，当拉伸应力大于130MPa时，由于在该应力和温度下，裂纹尖端区域的应力-应变关系超出了粘弹塑性范围，ANSYS无法进行蠕变分析。
另外，有资料显示，在蠕变过程中，压应力对蠕变的贡献是极其微小的。
因此，这里只探讨1.25Cr-Mo钢在550℃和间歇循环载荷0～120MPa共同作用下的裂纹扩展行为。
1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展分析李国成1,孙伟松2,王为良1,潘锦泰1(1.中国石油大学机电工程学院,山东东营257061;2.山东省特种设备检验研究院淄博分院,山东淄博255030)摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS，模拟分析了石油化工高温设备中广泛使用的1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展行为，得出了裂纹在不同的条件下的扩展规律。
对在役2.25Cr1Mo0.25V加氢反应器缺欠的返修
中图分类号 ：Ｅ ６ ；Ｑ ５ ． Ｔ ９６ Ｔ ｏ ０ ７ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ １ ４ ３ （０ ０ ０ ０ ５ ｏ １０ — ８ ７ ２ １ 】７— ０ ６一 ４
ｄｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ — ８７ ２ １ ．７Ｏ １ ｏ： ３６ ／．ｓ ．０ １ ４ ３ ．０ ００ ． １ ０ ｓ
对 在 役 ２ ２ Ｃｌ ｏ ．５ ．５ ｒＭ ０ ２ Ｖ加 氢 反 应器缺 欠 的返 修
聂颍新
（ 合肥 通用机 械研究 院 ， 安徽 合 肥
２０３ ） ３ ０ １
摘 要： 针对 ２２ Ｃｌ Ｏ２ Ｖ钢制 在役 加氢 反 应器 出现 的质量 问题 ， ．５ ｒＭｏ．５ 结合 该 钢材 的焊 接 和 制造 特 点， 制订 相应 的返修 方案 ， 着重介 绍 了返修 过 程 的质 量控制 要 点。最终设 备完全 达到设 计技术 条 并
原设计 技 术条 件 的要求 。
２ 返修 原则 及返 修方 案
２ １ 确 定 返 修 方 案 时 遵 循 的 原 则 ：
℃ ） 有利 于实 现 设 备 的大 型 化 ， 以其 应 用 不 且 所 断扩 大 。待修设 备 的设 计者 也是 基 于此种 考 虑而
选用的。
（） １ 除材 料 厚 度 及 堆 焊 层 厚 度 指 标 外 ， 修 返
１ ３ 待 修设 备 的主要 质 量 问题 ．
在 制 造 厂 内 的全 部 消 氢 或 消 应 力 过 程 、 ８ｈ最 终 热 处理 、 修热 处理 和使 用 现场返 修热 处理 （ ） 返 ８ｈ 的 因素而 确定 的技 术指 标 。若在 ７ ５ｏ 处理 、 ０ Ｃ热 ８
国产低屈服点钢材低周疲劳实验研究
Key Words：low-yield-point steel LYP225; low cycle fatigue; S-N Curve; combined hardening parameters E-mail:gerongrong030706@
1.2 实验方法
为了得到钢材的力学性能参数，分别取两根 S 试
样和两根 L 试样（标准拉伸试样）进行单调拉伸试验。
在低周疲劳实验时为了确保与 Peter Dusicha 的结果对
比的一致性，本文采用他的实验加载制度，采用轴向
应变控制的方法：对 S 试样做等幅循环加载实验，实
验的应变幅值 取 1%～7%之间的七个整数值，加载
1 实验概况
1.1 试件尺寸 本次的试验钢材是由国内钢铁公司生产的低屈
服点钢材 LYP225，钢材的化学成分见表 1，表 1 中同 时也给出了国外 LYP225 钢材的化学成分，以便于对 比。本次实验借助中国科学院金属研究所疲劳实验室 的±250KN 电液伺服拉压疲劳试验机完成，其作动器 行程±50mm。引伸计采用标距为 12.5mm，和 70mm 两种类型，安装试样的平行段，量程均为 50%。
Experimental study on low-cycle fatigue of Chinese LYP225
Ge Rongrong1,Xue Yantao2, Niu Xiangyang1 (1.College of Civil Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211800, China;
ZG17Cr1Mo1V中压内缸裂纹分析及焊接修复
ZG17Cr1Mo1V中压内缸裂纹分析及焊接修复摘要：对某发电厂大修发现的中压内缸裂纹进行了原因分析，结合缸体厚度、补焊填充区域大小，分析对比了两种焊接修复方法，最终确定了采用同材质低氢抗裂焊条挖补的处理方案，大修期间采用该处理方案处理了大量主、再热汽阀外壁裂纹挖补及阀体信号管角焊缝裂纹挖补处理，结果证实是可行的，对大型铸钢件缺陷处理及修复有一定意义。
关键词：中压缸裂纹；焊接修复；裂纹处理0 引言火力发电厂高温高压汽缸、阀门等大型铸钢件服役温度高、体积壁厚大、变截面多等因素，常常因铸造缺陷、运行等原因产生裂纹。
同时随着大容量机组的不断深度调峰带来的温、压变化和频繁启停，使得大型铸钢件的服役工况更为恶劣，易发生缺陷扩展或萌生裂纹。
大型铸钢件的裂纹挖补存在拘束应力大、焊接裂纹倾向大、热处理及变形控制困难等难点，根据部件材质、裂纹位置、大小，合理选择焊接修复方法尤为重要。
1 设备概况某电厂#1汽轮机是北京北重汽轮电机有限责任公司制造的型号为N330-17.75/540/540型、亚临界蒸汽参数、一次中间再热、直接空冷、单轴双排汽采暖抽汽供热式机组。
该机组于2011年12月29日投产运行，已累计运行近50000h。
2019年1号机组大修时检查发现中压内缸上缸内壁第3隔板定位环变截面处存在一条长约220mm裂纹。
2 裂纹原因分析及消缺2.1原因分析裂纹位置位于隔板第三定位环根部，如下图1、图2所示，裂纹长约220mm，形貌观察裂纹起源与定位环底部，呈线状，未发现次生裂纹。
经金相检测，裂纹附近组织为贝氏体，裂纹远处组织为珠光体+铁素体，两个区域的组织间有熔合线，可以证明裂纹区域经过补焊，裂纹沿熔合线分布，具体原因分析如下：1）便携式半定量光谱检验焊缝材质与母材一致，通过裂纹及周边母材硬度检测，母材平均硬度值152HBW，焊缝硬度平均值240HBW，硬度值在合格范围内，但焊缝硬度高于母材较多；金相组织分析，焊缝组织为不均匀的条状贝氏体组织，说明原始补焊焊接线能量大或热处理工艺执行不当造成冷速较快；2）裂纹消缺过程中未发现缩孔、缩松等铸造原始缺陷，基本排除铸造原始缺陷扩展开裂；3）裂纹位置正处于定位环根部R处，处在应力集中区；4）机组运行约5万小时，累积启、停共108次，且自2017年开始频繁参与深度调峰，温、压波动应力变化较大。
石化容器用２．２５CrＧ１MoＧ０．２５V_钢的CMT电弧熔丝增材制造工艺及组织性能研究
织和力学性能的 主 要 参 数 为 送 丝 速 度、焊 接 速 度
蚀和 抗 氢 脆 性 能. 经 检 验,改 进 后 的 ２．
２５Cr
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和热输 入 量. 张 瑞 等 [２１]研 究 Ar＋He 混 合 气 体
对 CMTＧWAAM 增材制造 ５３５６ 铝合金内部气孔
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回火脆化225Cr1Mo钢氢脆性能的研究
材 料的断裂 模式由 回 火 脆杂质在晶界的 偏析量决定； 慢应变速率下 （ Ｇ １ ０ － ３ Ｓ － １ ） 材料发
生的氢致开裂，是位错携带的氢气团 （ Ｃ － ） 和固溶在陷阱处的氢浓度 （ Ｃ Ｔ ） 互相叠加， 使局部区域氢浓度过饱和造成的，材料的断裂模式由固溶氢浓度 Ｃ Ｌ 和回火脆杂质在晶
界的偏析量决定．
第 ｎ页
华东理工大学博士 学 位论 文
以 上研究成果中， （ １ ） ． （ ２ ） ， （ ４ ） ， （ ５ ） 未见报导．
关键词：加氢反应器；２ ． ２ ５ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ 钢；回火脆；氢脆
华东理工大学博 士 学 位 论文
第 Ｉ Ｉ 页
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ Ｅ ｍ ｂ ｒ ｉ ｔ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ Ｅ ｍ ｂ ｒ ｉ ｔ ｌ ｅ ｄ
ｃ ｏ － ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ｅ ｍ ｂ ｒ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ｒ ｆ ｏ ｍ ａ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｔ ｈａ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ １ ０ ０ ， ０ ０ ０ ｈ ｏ ｕ ｒ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ ｅ ， ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ
2_25Cr_1Mo钢焊接热影响区组织_韧性及其冷裂敏感性
安全特性的优点,包括加密口令、口令期限、域范围的用户帐号以及基于N T 的用户管理。
另一方面,不必为每个用户都建立登录ID 号,由SQL 服务器提供的“SQL Security Manager ”实用程序将基于N T 的用户映射为SQL 服务器登录ID 号,用户对N T 和SQL 服务器只维护单一的登录号和口令。
数据库安全管理层主要完成SQL 服务器登录管理、数据库用户管理、数据库对象许可管理及语句许可管理。
应用程序安全管理层主要是通过客户端软件Power Builder 6.0的编程来实现的(但也须借助后端数据库的权限设置)。
设计本系统时,对数据库权限的设渡取的方法是密码保存在后端数据库,并在后端建立一个用户权限维护表,超级用户或系统管理员通过后端数据库为用户提供用户名和口令以及所对应的权限值。
综上所述,C/S 的软件设计使得客户端和服务器端的彼此任务比较明确,易于隔断错误,使得基于C/S 模式的数据库应用系统维护工作变得简单起来。
诚然,要想合理、有效地管理和利用现实生活中日益膨胀的数据,利用大型网络数据库技术是必由之路。
由于将数据库处理工作分配在客户和服务器两个子系统上,网络上的信息流量将大大减少;在强功能、高性能的系统上运行DBMS ,也能改进系统整体性能。
客户/服务器结构的先进思想和卓越性能是计算机和管理信息资源的能力和效率大大提高,建立基于客户/服务器结构的焊接工程数据库将是焊接工程应用数据库研究工作者今后一段时期内的主要工作。
参考文献1 魏艳红.焊接工艺规程数据库系统.焊接,1998(3):12～152 李连胜,赵立三.焊接材料数据管理系统.焊接,1993(5):2～53 魏艳红.基于WINDOWS 的焊接数据库及专家系统.第八届全国焊接会议论文(第三册).北京:机械工业出版社,1997:561～5634 张 立,龚健雅.基于Client/Server 模式的数据库应用软件的设计与实现.计算机系统应用,1999(4):57～595 姜芳艽,范力军.基于MS SQL Server 分步式数据库的安全性设计.计算机系统应用,1999(2):31～36(收稿日期20000320)作者简介: 魏艳红,1965年生,博士,副教授。
镍基合金超声疲劳裂纹扩展寿命预测研究
镍基合金超声疲劳裂纹扩展寿命预测研究薛红前;姜祎君;封硕【摘要】针对发动机结构材料承受高频循环载荷的特点,应用超声疲劳试验技术开展了镍基合金材料的疲劳裂纹扩展试验研究.考虑高频载荷下疲劳裂纹扩展过程中的温升效应,测试了超声疲劳裂纹扩展过程中的温度变化,基于温度变化对材料弹性模量的影响和热膨胀效应,数值计算了疲劳裂纹扩展应力强度因子.研究了温度变化对超声疲劳裂纹扩展的影响机制,并在现有模型基础上,建立了考虑温度影响的超声疲劳裂纹扩展模型,完善疲劳裂纹扩展寿命预测方法.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】8页(P7-13,20)【关键词】超声疲劳;镍基合金;温度影响;裂纹扩展模型【作者】薛红前;姜祎君;封硕【作者单位】西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安710072;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安710072;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V252.2;O346.2超声疲劳试验的工作频率高达20kHz，用于进行109 cycle循环次数的疲劳试验只需要不到1天的时间，使超长寿命疲劳试验得以开展，超声疲劳试验技术已成为金属材料超高周疲劳性能测试的有效手段，近年来，有关金属材料超高周疲性能的研究得以广泛开展[1，2］。
同样，20kHz的超声高频加载条件，使得材料在10－8 mm／cycle疲劳裂纹扩展速率的测量成为可能，这对于研究疲劳裂纹门槛值附近短裂纹的扩展速率尤为重要，进而可以大大提高裂纹扩展门槛值的计算精度，完善疲劳裂纹扩展机制。
Bathias等[3］率先开展了超声疲劳加载条件下裂纹扩展速率的试验研究，并考虑超声高频振动位移加载的特点，通过对裂纹尖端位移场的有限元计算，采用位移法求解裂尖应力强度因子，最终建立裂纹扩展模型。
近年来，Schönbauer等[4］针对多种材料的裂纹扩展机理进行了深入分析。
几何拘束对镍基合金裂纹扩展速率影响的有限元分析
几何拘束对镍基合金裂纹扩展速率影响的有限元分析赵凌燕;崔英浩;唐伟【摘要】裂尖拘束效应对镍基合金应力腐蚀裂纹(SCC)扩展速率有很大影响.为提高在役核电焊接接头SCC裂纹扩展速率(CGR)的预测精度,对不同拘束状态下的裂纹尖端微观力学场和表征SCC裂纹扩展速率的主要参量进行了研究,分析了试样厚度和裂纹长度这两种几何拘束条件对CGR的影响.结果表明:厚试样的SCC裂纹扩展速率更大,低载荷水平条件下,试样厚度引起的裂尖拘束效应对CGR的影响较明显;而高载荷水平条件下,不同厚度试样的裂尖拘束度趋于一致;对于两种不同的拘束条件,试样厚度引起的拘束效应对CGR的影响大于裂纹长度对其的影响.【期刊名称】《腐蚀与防护》【年(卷),期】2018(039)009【总页数】5页(P704-707,718)【关键词】拘束效应;镍基合金;裂纹扩展速率;载荷水平【作者】赵凌燕;崔英浩;唐伟【作者单位】西安科技大学理学院,西安710054;西安科技大学机械工程学院,西安710054;西安科技大学机械工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TG174.3镍基合金及其焊缝金属被广泛用于核电一回路压力容器及异种金属焊接接头中，这些焊接接头的应力腐蚀开裂(SCC)是核电构件的一种重要破坏形式[1]。
为实现准确的焊接构件完整性评价和寿命预测，精确预测在役构件的SCC裂纹扩展速率(CGR)显得尤为重要[2]。
受到异种金属焊接接头材料力学不均匀性和残余应力的影响，用慢应变速率试验(SSRT)等方法精确测定焊接构件的应力腐蚀CGR非常困难。
工程实践表明，即使是同种材料，裂尖拘束效应对构件的CGR也有很大影响。
通常将裂纹尺寸、试样或结构几何与加载方式等引起的拘束效应称为几何拘束，几何拘束可进一步分为面外拘束和面内拘束[3]。
目前的研究主要针对裂尖拘束效应对材料与结构断裂行为的影响[4]、拘束参数的定量化表征[5-7]、复合拘束效应对高温蠕变裂纹CGR的影响规律和机理[8-10]，关于几何拘束效应对SCC裂纹扩展速率影响的研究还较少，究其原因，是由于应力腐蚀裂纹扩展的影响因素众多，要从试验中单独剥离出几何拘束对CGR的影响存在一定难度。
Cr_Mo钢制高温加氢反应器回火脆性及控制
Ｘ＝（１０Ｐ＋５Ｓｂ＋４Ｓｎ＋Ａｓ）× １０－２（ｐｐｍ） ……称为 Ｘ 系数。
式中：Ｊ 系数中的化学成分按重量百分比 计；
Ｘ 系数中的化学成分按 ｐ ｐ ｍ 含量计。 现在设计对 ２ ． ２ ５ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ 钢、２ ． ２ ５ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ － ０ ． ２ ５ Ｖ 钢和 ３ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ － ０ ． ２ ５ Ｖ 钢的 Ｊ 系 数、Ｘ 系数规定值为：Ｊ ≤ １００％；Ｘ ≤ １５ｐｐｍ。
制
随着加氢反应器的制造水平的提高，其主 体材料的冶炼、锻造及焊接热处理工艺也越来 越先进。由于冶炼时就控制了钢材的化学成分 中杂质含量，所以对加氢反应器回火脆化度的 控制也越来越严格。在几种常用的抗高温氢腐 蚀的 Ｃ ｒ － Ｍ ｏ 钢中，２ ． ２ ５ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ 及 ３ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ 钢的回火脆性敏感性较高，１ ． ２ ５ Ｃ ｒ － ０ ． ５ Ｍ ｏ 和 ５Ｃｒ－０．５Ｍｏ 钢稍有脆化敏感性，而 １Ｃｒ－０．５Ｍｏ 和 ９ Ｃ ｒ － １ Ｍ ｏ 钢几乎没有脆化现象。新研制开发 的 ２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ－０．２５Ｖ 和 ３Ｃｒ－１Ｍｏ－０．２５Ｖ 回 火脆性也较小。
● Ｍｎ 和 Ｓｉ 一样，对钢的回火脆化起了促进 作用，它并不是自己单独引起脆化，而是促进 Ｐ 的脆化作用。
● Ｃ ｒ 也会使回火脆性敏感性显著提高，特 别是 Ｃｒ 含量在 ２．０～３．０％ 范围内时，脆化敏感性 较高。
● Ｎｉ 对回火脆性影响不大，但在有 Ｐ、Ｓｎ 等 元素的合金钢中加入 Ｎ ｉ 时，回火脆性就增加。
２． 回火脆化现象的特征及机理
２．１ 回火脆化现象
PTA加氢反应器内壁堆焊层腐蚀分析及修复
沿着内壁环向分布。
2内壁腐蚀原因分析
2.1 PTA加氢反应器机理 PTA（精对苯二甲酸）是一种常见的生产聚酯
材料的工业原料。其主要生产流程是将对二甲苯 P。
加氢反应的原理是把充分混合并升温升压的 粗对苯二甲酸水溶液送到溶解加氢反应器中，在 加氢环境中充分吸收氢气后，通过催化剂的作用, 使对苯二甲酸中的不纯物还原生成PT酸（对甲 基苯甲酸）。而该酸易溶于热水，通过后面工序 把溶于热水的该酸性液体除去⑴i 2.2成因分析
一般情况下,溶解加氢反应器中的Br浓度很 低，对反应器内壁的347耐蚀层腐蚀较轻。从现 场其它部位可以看出，表面并没有发现明显的腐 蚀现象。通常BO等卤素离子对奥氏体不锈钢的 点蚀存在一个门槛值,即卤素离子质量浓度要超 过一定值后才会发生点蚀⑶i但在实际工况环 节下,尤其是高温高压的加氢环境中,氢气呈现翻 腾状态,当存在堵塞和偏流时，甚至可能形成气液 固三相混合物剧烈翻腾,不仅冲刷严重，甚至可能 形成局部气蚀环境，引起空泡腐蚀⑷i这样不锈 钢表面的钝化膜遭到破坏,表面局部腐蚀形成微 孔洞，能使Br-在电泳的作用下自发向微孔洞内移 动,洞内的BF浓度升高，又加速孔洞内不锈钢的 腐蚀,如此交互促进,点蚀快速向器壁深处扩展, 形成较深的腐蚀凹坑⑸i
16
化氯溶液腐蚀的材料之一,对高浓度的氯化盐溶 液有显著的耐蚀性⑷°经试验研究,C276合金具
有优良的焊接性能,遵从焊接评定合格的工艺规 程,能够保证相关的技术要求° 3.1.2方法选择
贴板:对易发生腐蚀的区域贴一层3 ~4 mm 的C276哈氏合金板。C276哈氏合金板为固溶退
火的冷轧钢板°采用贴板修复腐蚀缺陷,首先要
(3) 焊接工艺参数见表2。 3.3.2相关试验分析
20Cr1Mo1VNbTiB高温螺栓断裂失效分析
１ 试验及结果
断裂螺栓规格为 Ｍ１２０ｍｍ×４ｍｍ×１５３０ｍｍ， 断裂部位为距螺栓端部 ５７０ｍｍ螺杆处，工作温度在 ５１０℃左右，汽轮机累计运行时间约 １４００００ｈ。试验 借助金相显微镜、布氏硬度计、力学试验机、直读光 谱仪及扫描电子显微镜，对其断裂原因及机理进行 了分析。 １．１ 断口分析
图 １为断裂螺栓断口正面及侧面的宏观形貌。
温紧固件技术导则》可知，＃１，＃２试样晶粒度为 ３～ ４级，属于微观中等粗晶。 １．３ 力学性能试验 １．３．１ 硬度试验
采用 ＨＢ－３０００布氏硬度计（ＨＢＷ）分别对 ＃１， ＃２试样进行硬度试验。参照 ＤＬ／Ｔ４３９—２００６《火力 发 电 厂 高 温 紧 固 件 技 术 导 则》中 对 ２０Ｃｒ１Ｍｏ１ＶＮｂＴｉＢ高温螺栓硬度的规 定 可 知，远 离 断口的 ＃２试样及断口附近的 ＃１式样的多次布氏硬 度测量值均在正常范围内，见表 １。 １．３．２ 拉伸性能试验
沿纵向对螺栓螺杆部分取样，标记为 ＃３试样并
图 ２ 螺栓断口的 ＳＥＭ形貌 图 ３ 金相组织
第 １０期
吴红辉，等：２０Ｃｒ１Ｍｏ１ＶＮｂＴｉＢ高温螺栓断裂失效分析
·２９·
进行常温力学拉伸试验。参照 ＤＬ／Ｔ４３９—２００６《火
力 发 电 厂 高 温 紧 固 件 技 术 导 则》中 对
２０Ｃｒ１Ｍｏ１ＶＮｂＴｉＢ高温螺栓拉伸性能 的 规 定 可 知，
断裂螺栓常温 ＃１及 ＃２试样的布氏硬度
ＨＢＷ
试样
＃１ ＃２
布氏硬度值测量值
１
２
３
ＤＬ／Ｔ４３９—２００６ 平均值
标准要求
２７５ ２７２
２７７ ２７８
２７８ ２８２
２７７ ２７７
２５２～３０２
国产2.25Cr-1Mo钢板热处理工艺研究
515～690
≥18
≥45
540 ℃ σ012/ MPa
350 300
≥205
冲击试验 + 10 ℃ A kV J
286 287 292
260 254 263
平均值 ≥61 单个值 ≥49
弯曲试验 ( d =3a, α= 180°) 合 格 合 格
合 格
Ξ 王顺花 ,女 ,1967 年 1 月生 ,讲师 。甘肃省兰州市 ,730050 。 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
440
585
3 日本产生的 2125Cr21Mo 钢板 。
产品封头母材金相组织 :封头正火 (空冷) + 回火 + 模拟焊后热处理后金相组织为贝氏体回火 组织 + 铁素体 ,奥氏体晶粒度为 8 级 ; 封头正火 (水冷) + 回火 + 模拟焊后热处理后金相组织为贝
24
77
335
293 291 293 合 格
下降 。经过分析认为 ,封头母材试板金相组织中 的 212521Mo 钢板制造尺寸规格相近的重整反应
铁素体的大量出现 ,是由于封头正火热处理的冷 器 ,其封头母材试板的检测结果列于表中 ,可与国
却速度不够造成的 :产品封头母材试板是点焊在 产钢板性能进行比较 。
表 5 产品封头母材试板力学性能
热处理状态
合 格
430
580
28
83
275
293 293 293
合 格
注 :表中 + 10 ℃A kV值均为 293J ,是因为试验机能力所限 ,这说明试样冲击值均不小于 293J ,本文中还有类似情况 。
制造加氢反应器用12Cr2Mo1R(H)钢性能试验
制造加氢反应器用12Cr2Mo1R(H)钢性能试验丁桂琴;马朝宣;任世宏;陈宏伟;张建晓【摘要】高温、高压加氢反应器是加氢裂化和加氢脱硫装置的核心设备,现今大多采用Cr-Mo钢材料,最常采用2.25 Cr-1 Mo钢.尤其是其中的热壁加氢反应器壳体几乎绝大部分都采用该钢制造.随着冶炼技术的不断发展,这种钢的纯洁性、匀质性、抗氢性能、抗回火性能和综合力学性能亦在不断提高和改善,12Cr2Mo1 R(H)钢在我国压力容器制造已得到广泛应用.通过对某钢厂生产的12Cr2Mo1R(H)钢板在不同状态下进行试验,分别检验了该钢的性能,以获得比较合理可行的热处理工艺规范指导生产,满足了设备制造的各项相关要求.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2013(029)011【总页数】3页(P45-47)【关键词】12Cr2Mo1R(H)钢;热处理;性能【作者】丁桂琴;马朝宣;任世宏;陈宏伟;张建晓【作者单位】兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050;兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050;兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050;兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050;兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TG642某钢厂生产的12Cr2Mo1R（H）钢板在兰州兰石重型装备股份有限公司首次使用，对供货状态（原始态）、模拟焊后热处理态（MINPWHT及MAX PWHT）、模拟封头成型＋焊后热处理态（热成型＋N＋T＋MINPWHT及热成型＋N＋T＋MAXPWHT）钢板分别进行力学性能试验及金相检验，希望能通过本次试验，获得比较合理可行的热处理工艺规范，以指导生产，满足设备制造的各项相关要求。
试板采用12Cr2Mo1R（H）钢，δ＝80mm，供货母材的化学成分见表1，分别对此钢供货状态（原始态）、模拟焊后热处理态（MINPWHT及MAX PWHT）、模拟封头成型＋焊后热处理态（热成型＋N＋T＋MINPWHT及热成型＋N＋T＋MAXPWHT）进行力学性能试验及金相检验。
2.25Cr-1Mo-0.25V加氢模拟环锻件钢的冶炼
2.25Cr-1Mo-0.25V加氢模拟环锻件钢的冶炼薛永栋;晋帅勇;汪勇;赵越;郭彪;贺强;赵阳磊【摘要】通过分析加氢反应器锻件用钢的特点及冶炼难点,提出采用偏心底出钢初炼钢水→LF精炼→真空碳脱氧→氩气保护真空浇注的冶炼浇注工艺,成功冶炼浇注了2.25Cr-1Mo-0.25V加氢模拟环用195 t钢锭,其化学成分及各项指标均符合技术条件要求.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】3页(P48-50)【关键词】2.25Cr-1Mo-0.25V钢;加氢模拟环;洁净钢【作者】薛永栋;晋帅勇;汪勇;赵越;郭彪;贺强;赵阳磊【作者单位】中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039【正文语种】中文【中图分类】TF762+.8作者简介：薛永栋，男，博士，工程师，从事大型铸锻件冶炼、锻造及热处理技术研究。
晋帅勇，男，硕士，助理工程师，从事大型铸锻件冶炼技术研究。
目前石油化工和煤化工发展迅猛，设备规模越来越趋向于大型化[1]，石化核心设备加氢反应器重量已经超越千吨级。
此外，国内一大批板焊结构的加氢反应器正向锻焊结构升级改造，这为大型加氢反应器锻件制造业创造了难得的发展机遇。
近年来，国内相关单位参考国际标准，在传统的2.25Cr-1Mo的基础上，添加了微合金化元素钒，成功开发出了改进型加钒铬钼钢2.25Cr-1Mo-0.25V，它大大提高了钢的强度以及抗腐蚀、抗氢脆、抗氢致剥离及抗回火脆性的能力[2]，可以在不增加厚度的前提下保证加氢反应器的各项性能。
中信重工高度重视石化加氢反应器制造领域，对2.25Cr-1Mo-0.25V加氢锻件的制造工艺技术进行研究，与相关单位联合制造加氢模拟环锻件。
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ΔK 曲线的比较 图4 室温和 420 ℃ 下的 d a/ d N —
堆焊层厚度 ( mm)
4 加氢反应器接管焊缝裂纹的疲劳扩展评定
加氢反应器操作条件苛刻 , 处在高压临氢环境 , 操作过程中壳体材料会发生回火脆化 、 氢脆等损伤 , ( 运行中产生的缺陷一般是线形缺陷 平面型 ) 或裂 纹 , 通常发生在应力集中部位 , 取向一般与应力方向 垂直 , 有些新生缺陷为裂纹 , 筒体主环焊缝 、 催化剂 支承凸台部位和接管焊缝是可能产生裂纹的部位 。
相关系数 ρ
019955 019954
注 : d a/ d N 的单位是 mm/ cycle , ΔK 的单位是 MPa・ m015 。
图1 测试用的紧凑拉伸试样
疲劳裂纹扩展试验采用恒载荷法 , 最大载荷为 615 kN , 应力比为 011 , 试验频率为 10 Hz , 载荷波形 为正弦波 。裂纹长度的测量采用柔度法 , 通过测量 加载点位移和作用载荷来计算柔度 , 载荷信号和加 载点位移信号由计算机自动采集和处理 , 实现裂纹 长度的自动检测 。试验完成后 , 拉断试样 , 使用 30 倍工具显微镜测量预制疲劳裂纹长度和最终裂纹长 度 , 进行曲率修正 , 用修正的裂纹长度计算应力强度 因子幅和裂纹扩展速率 。
≤ 0150
≤ 01025
≤ 01025
表2 2125Cr1Mo 钢的力学性能测试结果 温度 (℃ ) 室温 420 屈服强度 σ 012 ( MPa)
45516 38517
和图 3 , 由图中可见 , 在双对数坐标中基本上呈线性 关系 , 采用 Paris 公式对试验数据进行回归 , 得到公 式中的材料常数 C 和 m , 得出两种温度下的 d a/ d N 与ΔK 之间关系的公式 , 结果见表 3 。
的参数为 : 弹性模量 E = 182040 MPa , 线膨胀系数 α = 12138 × 10 - 6 / ℃, 泊松比 μ = 013 。有限元网格划 分范围 : 接管外伸长度为 500 mm , 球形封头圆心角 为 45° 。采用轴对称四边形八节点等参元进行网格 划分 , 在接管与封头连接部位进行网格细化 , 网格如 图 6 所示 , 共划分 2028 个单元 , 6378 个节点 。
( Wt %)
表1 2125Cr1Mo 钢的化学成分 成分 试验材料 G B150 — 1998 附录 H 中规定
C 01147 Si 0114 Mn 0154 0130～0160 S 010038 P 010087 Cr 2122 2100～2150 Mo
0196 0190～1110
≤ 0115
[4 ] 疲劳裂纹扩展速率试验方法》 并参照 2000 年版美 [5 ] 国标准 ASTM E - 647 制成紧凑拉伸 ( CT) 试样 , 常
温和 420 ℃ 各 3 件 。试样加工完成后 , 在常温下预 制 3 mm 左右的疲劳裂纹 , 疲劳裂纹扩展试验在岛 津电液伺服动静态材料疲劳试验机 EHF - ED250 40L 上进行 , 高温环境采用试验机自带电炉加热和 保温 , 在试件的上 、 中、 下三位置捆绑热电偶控制温 度 , 试验加热到达试验温度后保温 30 分钟后开始试 验 , 控温精度为 ± 1 ℃。
图5 加氢裂化反应器顶部接管图 ( 堆焊层未画出)
图6 加氢裂化反应器顶部接管有限元网格图
( 1) 内压引起的应力计算 : 球封头内外径之比 Do/ Di = 11064 , 属于薄壁容器 , 有限元计算边界条
件 :在封头和接管内壁作用压力 18119 MPa , 封头端 部截面作用按 JB4732 — 95 [ 7 ] 中公式计算得到的均布
疲劳断裂是结构零部件失效的主要模式 。据统 计 , 由于结构部件失效导致的重大事故中有 85 % ～ 90 %是由疲劳断裂引起的 [ 1 ] 。研究疲劳裂纹扩展规 律 , 预测构件的疲劳裂纹的扩展寿命 , 对于保证构件 的安全运行具有重要意义 。2125Cr1Mo 钢属于低合 金珠光体耐热钢 , 在高温下具有良好的力学性能和 耐蠕变性能 , 广泛用于电力行业的高温蒸汽管道和 联箱等构件 , 在石油化工 、 炼油行业用于制造加氢反 应器 。2125Cr1Mo 钢在 550 ℃ 左右的疲劳裂纹扩展
第 21 卷第 7 期 压 力 容 器 总第 140 期
拉应力 146124 MPa , 接管端部轴向位移为 0 。
( 2) 温差引起的热应力计算 :加氢反应器由于回
a a < ( 0198 + 0107 R b) - ( 0106 + 0194 R b) c t
试 验 研 究
2 . 25Cr1Mo 钢的中温疲劳裂纹扩展行为研究
和加氢反应器的安全分析
李贵军 , 王乐勤
( 浙江大学化工机械研究所 , 浙江 杭州 310027)
摘 要 :对 2 . 25Cr1Mo 钢在室温和 420 ℃ 下的疲劳裂纹扩展速率进行了测试和分析 , 得到了两种温
度下的疲劳裂纹扩展规律 , 并根据测试结果对一台加氢反应器接管焊缝裂纹的疲劳扩展进行了计 算和安全评估 , 为该反应器的安全使用提供了理论依据 。 关键词 :疲劳 ; 裂纹扩展 ; 安全分析 ; 加氢反应器 ; 接管
ΔK 曲线 图3 420 ℃ 下的 d a/ d N —
图 4 是室温和 420 ℃ 疲劳裂纹扩展速率曲线的 ・1 9 ・
CPVT 2. 25Cr1Mo 钢的中温疲劳裂纹扩展行为研究和加氢反应器的安全分析 Vol21. No7 2004
比较 ,可以看出 , 在图中的扩展速率范围内 ,420 ℃ 的疲劳裂纹扩展速率比室温高 , 但高出不多 , 最大不 超过 215 倍 , 而且随着 ΔK 的增加 , 两种温度下的疲 劳裂纹扩展速率差值逐渐增大 。这说明随着温度升 高 , 材料强度下降 , 在同样载荷下 , 裂尖前沿塑性变 形增加 , 循环变形引起的裂尖材料损伤加重 , 导致疲 劳裂纹扩展速率增加 。
3 试验结果的处理和分析
ΔK 曲线 图2 室温下的 d a/ d N —
经曲率修正后得到裂纹长度和循环数的对应 值 , 采用 2000 年版 ASTM 标准 E - 647 [ 5 ] 附录 XL 中 推荐的七点递增多项式方法编制程序进行局部拟合 求导 , 得出疲劳裂纹扩展速率 d a/ d N 和裂纹长度的 拟合值 , 以及应力强度因子幅 ΔK , 室温和 420 ℃ 下 双对数坐标中 d a/ d N 与ΔK 的关系曲线分别见图 2
基金项目 :国家 “十五” 科技攻关项目 (2001BA803 - 06)
・18 ・
第 纹扩展试验
试件从厚度为 80 mm 的钢板上取样 , 其化学成 分见表 1 , 常温和 420 ℃ 的力学性能见表 2 。试样取 材方向为 L - T 方向 , 按 G B/ T6398 — 2000 《金属材料
表4 加氢裂化反应器的技术特性参数 项目 操作压力 ( MPa) ) 操作温度 ( ℃ 设计压力 ( MPa) ) 设计温度 ( ℃ 物料名称 筒体内径 ( mm) 筒体壁厚 ( mm) 球形封头内半径 ( mm) 球形封头壁厚 ( mm) 技术参数
18119 411 1911 427 油气 、 H2 、 H2 S 3000 200 + 8 1550 100 + 8 8
1 引言
规律已经得到广泛研究 , 在此温度下的裂纹扩展受 蠕变影响较大 , 裂纹扩展速率为循环相关分量 ( 疲劳 3] 分量) 和时间相关分量 ( 蠕变分量) 的叠加[ 2 、 , 在室 温到 500 ℃ 之间的疲劳裂纹扩展速率研究较少 , 石 油化工 、 炼油行业 2125Cr1Mo 钢制造的加氢反应器 设计温度一般不超过 450 ℃, 在此温度下 , 蠕变不起 主要作用 , 裂纹扩展主要表现为循环相关 ( 疲劳特 性) 。本文研究了 420 ℃中温条件下 2125Cr1Mo 钢 的疲劳裂纹扩展速率 , 得到了 Paris 公式的材料常 数 , 并利用测试结果对一台在役加氢反应器的接管 进行了疲劳裂纹扩展计算和安全分析 。
中图分类号 : TB302 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 4837 ( 2004) 07 - 0018 - 05
Research on Fatigue Crack Gro wth Behavior of 2 . 25 Cr1 Mo at Medium Temperature and Safety Evaluation of Hydrogenation Reactor
[6 ] 本文按 CVDA — 1984 《压力容器缺陷评定规范》 对
一台加氢反应器顶部开孔接管与封头对接焊缝部位 的经向表面裂纹的疲劳扩展进行计算和评定 。 411 设备基本情况 设备为某石化公司芳烃装置的加氢裂化反应 器 , 按操作压力进行疲劳裂纹扩展计算 。反应器的 设计压力为 1911 MPa , 操作压力为 18119 MPa , 设备 的技术特性参数见表 4 。 412 应力分析计算 根据 CVDA — 1984 , 进行裂纹扩展计算首先要获 得外载荷引起的应力 。因此 , 需要对内压和壳体径 向温差产生的应力进行计算 , 然后得到沿壁厚均匀 分布的膜应力 σ 1 和面外弯曲应力 σ b。 接管和球形封头连接结构如图 5 所示 , 在接管 与封头的连接部位 , 由于结构不连续 , 几何变形相互 约束 , 导 致 较 高 的 局 部 应 力 , 采 用 有 限 元 软 件 MSC1NASTRAN2001 进行应力计算 , 由内压引起的应 力和由温差引起的应力分别进行计算 , 计算中采用 ・20 ・
表3 疲劳裂纹扩展试验结果 试验温度 (℃ ) 室温
420
抗拉强度 延伸率 δ 断面收缩率 ψ σ ( %) ( %) b ( MPa)
60314 49715 2219 19104 7613 7418
疲劳裂纹扩展速率方程
d a/ d N = 11759 × 10 - 8 (ΔK) 21624 d a/ d N = 11441 × 10 - 8 (ΔK) 21772