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        旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區(qū)服役后性能分析

        2017-05-22 07:38:19裴繼斌張斌傅強(qiáng)
        中國(guó)設(shè)備工程 2017年9期
        關(guān)鍵詞:沖擊韌性敏化旋風(fēng)

        裴繼斌,張斌,傅強(qiáng)

        (大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 116013)

        旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區(qū)服役后性能分析

        裴繼斌,張斌,傅強(qiáng)

        (大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院,遼寧 大連 116013)

        石化裝置旋風(fēng)分離器是催化裂化裝置回收催化劑的關(guān)鍵設(shè)備,本文以旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼焊接接頭為對(duì)象,研究旋風(fēng)分離器超溫在敏化溫度區(qū)服役后的材料性能和組織的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)斷裂韌性在敏化溫度區(qū)隨著時(shí)間的變化,性能下降較為顯著,而強(qiáng)度變化不大。焊縫組織由奧氏體+δ鐵素體逐漸析出σ相,轉(zhuǎn)變成σ相的組織使材料性能明顯劣化。

        旋風(fēng)分離器;奧氏體不銹鋼;敏化;性能

        1 概述

        石化裝置旋風(fēng)分離器是催化裂化裝置中的重要設(shè)備,在長(zhǎng)期使用后,其奧氏體不銹鋼焊縫易開裂。旋風(fēng)分離器壽命的影響因素很多,其中材料在超溫條件下運(yùn)行,造成材料組織和性能的變化是一個(gè)重要的原因。對(duì)于材質(zhì)是1Cr18Ni9Ti的旋風(fēng)分離器,它的正常工作溫度不大于700℃。旋風(fēng)分離器長(zhǎng)期超溫在敏化溫度區(qū)運(yùn)行時(shí),奧氏體不銹鋼容易產(chǎn)生高溫敏化和σ相析出,導(dǎo)致力學(xué)性能下降,影響旋風(fēng)分離器的使用壽命。本論文以1Cr18Ni9Ti焊接接頭為研究對(duì)象,分析在敏化溫度時(shí)長(zhǎng)期服役條件下,其沖擊韌性和金相組織的變化,得出奧氏體材料性能的變化規(guī)律。

        2 性能分析

        圖1為750℃下材料沖擊韌性隨時(shí)間的變化規(guī)律,由圖和擬合公式可知,沖擊韌性的減少幅度在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中均非常大,從沖擊韌性試驗(yàn)后的斷口分析,可知焊縫已經(jīng)明顯的脆化,幾乎看不到塑性變形。實(shí)驗(yàn)所作的時(shí)間較短,從圖中的趨勢(shì)線可看出,加熱時(shí)間增加到一定程度時(shí),材料的沖擊韌性會(huì)減少到很低的水平。

        圖1 750℃材料的沖擊韌性隨時(shí)間的變化規(guī)律

        將750℃溫度下試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,與材料初始屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度做比較,對(duì)這兩個(gè)變化趨勢(shì)用對(duì)數(shù)公式擬合,如圖2所示。相比沖擊韌性,其強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度雖然也下降,但是在很短的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),并且下降的數(shù)值也不大。這說明,在敏化溫度區(qū)內(nèi),如果用強(qiáng)度的性能變化數(shù)值作為材料的指標(biāo)判斷結(jié)構(gòu)是否失效不夠準(zhǔn)確。

        圖2 750℃材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律

        3 金相組織分析

        圖3為材料在不加熱的條件下正常的焊縫組織,焊縫的金相組織為奧氏體基體+枝晶狀δ鐵素體。圖4為材料在750℃時(shí)加熱7200min后組織的變化,焊縫的金相組織為奧氏體+枝晶狀δ鐵素體,有少量的σ相析出。σ相是由鐵素體轉(zhuǎn)化而來(lái)的。奧氏體與鐵素體相比,熱膨脹系數(shù)更大,在快冷的過程中,奧氏體的變形更大,當(dāng)材料在600~850℃之間停留時(shí),鐵素體就會(huì)轉(zhuǎn)化為σ相。σ相是無(wú)磁性且具有高硬度的脆性相。σ相形成的同時(shí)會(huì)伴隨著硬度的增加與塑性、韌性的降低。而且析出引起鉻變化(鉻加速σ相的形成)而使鋼的耐蝕性下降。

        圖3 材料在不加熱的條件下焊縫的金相組織(100x)

        圖4 750℃溫度下加熱7200分后焊縫的金相組織(500x)

        3 結(jié)語(yǔ)

        奧氏體不銹鋼材料超溫在敏化溫度區(qū)長(zhǎng)期服役性能變化的主要原因是材料中析出σ相。材料長(zhǎng)期在高溫下服役,σ相的析出引起了材料的脆化,脆化會(huì)引起材料沖擊韌性的下降和塑性的降低。當(dāng)材料不能通過塑性變形來(lái)緩解結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí),因變形受約束而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力越來(lái)越大,最終由于超過抗拉強(qiáng)度而斷裂。

        [1]劉金紅. 旋風(fēng)分離器的發(fā)展與理論研究現(xiàn)狀[J].化工裝備技術(shù),1998,199(5):49-50.

        [2]鄧云山. 催化裂化裝置再生器旋風(fēng)分離器失效原因分析及改進(jìn)措施[J].石油化工設(shè)備技術(shù),1999,20(4):167-169.

        TE624

        A

        1671-0711(2017)05(上)-0174-02

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