石化装置用珠光体耐热钢损伤规律及安全评估技术的研究

摘要

石化装置用珠光体耐热钢一般都工作在高温压力条件下,在温度和压力长期作用下,材料的显微组织将发生一系列变化,如珠光体球化、合金元素贫化以及碳化物聚集长大等,这些组织劣化行为使得材料的高温性能下降,进而导致管材提前失效或发生爆裂事故,影响石化装置的安全运行.因而有必要研究珠光体耐热钢的损伤规律及安全评估技术.该文主要针对石化装置常用的三种珠光体耐热钢12Cr1MoV、1Cr5Mo和20钢进行研究.通过不同温度、不同时间的高温时效试验,使材料出现不同程度的组织损伤,利用扫描电镜、电子探针、图像分析仪、光学显微镜等对时效过程中的组织演变规律进行研究.同时对于具有典型组织劣化状态的材料,进行常温、高温短时力学性能试验以及持久性能试验,以分析组织劣化对材料性能的影响.通过上述试验,总结了三种材料在时效过程中显微组织的变化规律,并得到了碳化物的粗化动力学关系式.对材料的常温及高温短时拉伸的断口形貌分析表明,其断口都是典型的延性断口.对时效900h后的12Cr1MoV部分合金元素(Cr、Mo)的定量分析表明:Cr的贫化不显著,而Mo则有着明显的贫化现象,由于Mo的贫化,减弱了固溶强化的效果,这是材料性能降低的原因之一.该文探讨了三种珠光体耐热钢进行剩余寿命评估的基本策略,对于在高温条件下运行的珠光体耐热钢来说,由于组织的劣化,导致持久性能的下降,这一过程可用Larson-Miller法表示为:P=Z-Z<,1>lg σ-Z<,2> σ或P=Z<,0>-Z-Z<,1>lg σ-Z<,2>σ,其中Z是用于表征由于组织劣化而产生的性能劣化参数,随着组织劣化,剩余寿命下降,相应的数据曲线左移,Z值随之发生变化.同时建立了材料持久性能劣化参数Z与组织劣化程度E之间的关系.因此,实现了通过对构件组织的评定来定量预测构件的剩余寿命.该项目是与大连石化公司合作的横向课题,已于2003/12/9通过大连石化公司的验收.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2关于珠光体耐热钢的研究

1.2.1珠光体耐热钢的特点

1.2.2珠光体耐热钢的组织稳定性

1.2.3珠光体耐热钢的热强性能

1.2.4三种常用珠光体耐热钢的研究现状

1.3高温构件寿命安全评估技术的基本理论

1.3.1材料本构理论的研究

1.3.2裂纹扩展理论的研究

1.4寿命预测技术实用方法的研究进展

1.4.1蠕变损伤评定方法

1.4.2显微组织老化研究

1.4.3组织特征参数法

1.4.4 TMP法

1.4.5无损检测方法

1.5常用寿命预测方法存在的问题

1.6本课题的主要研究内容

第二章1 2Cr1MoV钢损伤规律及安全评估技术的研究

2.1 12Cr1MoV钢简介

2.2试验过程

2.2.1试验材料

2.2.2试验方案

2.3试验结果及分析

2.3.1 12Cr1MoV钢时效过程中显微组织的分析

2.3.2碳化物粗化动力学分析

2.3.3固溶体合金元素贫化分析

2.3.4常温及高温短时力学性能分析

2.3.5断口分析

2.3.6寿命评估策略

2.4结论

第三章1 Cr5Mo钢损伤规律及安全评估技术的研究

3.1 1Cr5Mo钢简介

3.2试验过程

3.2.1试验材料

3.2.2试验方案

3.3试验结果及分析

3.3.1 1Cr5Mo钢时效过程中的显微组织分析

3.3.2碳化物粗化动力学分析

3.3.3常温及高温短时力学性能分析

3.3.4断口分析

3.3.5寿命评估策略

3.4结论

第四章20钢损伤规律及安全评估技术的研究

4.1 20钢简介

4.2试验过程

4.2.1试验材料

4.2.2试验方案

4.3试验结果及分析

4.3.1 20钢时效过程中的显微组织分析

4.3.2时效过程中的石墨化

4.3.3碳化物粗化动力学分析

4.3.4晶粒度

4.3.5常温及高温短时力学性能分析

4.3.6断口分析

4.3.7寿命评估策略

4.4结论

第五章总结与展望

5.1三种珠光体耐热钢的比较

5.1.1显微组织劣化的比较

5.1.2碳化物粗化的比较

5.1.3持久性能的比较

5.2总结

5.3展望

参考文献

攻读硕士期间完成的论文及项目

致谢

附录

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