焊接对HK40高温炉管的蠕变损伤与断裂的影响

采用含有局部效应的蠕变损伤力学方法 ,计及材料不均匀性 ,建立母材和焊缝金属两材料有限元模型 ,分析了具有缺口的 HK40带焊缝试样以及实际 HK40炉管焊接接头的蠕变损伤发展与断裂。蠕变损伤模拟结果表明 ,虽然焊缝金属为蠕变硬焊缝 ,但在服役寿命的后期 ,焊缝损伤较母材严重 ,出现损伤局部化特征 ,最终的失效发生在焊缝中。服役 10年的 HK40炉管的金相剖析也表明焊缝比母材具有较高的损伤级别 ,这预示着焊缝在长期服役过程中是最薄弱的环节之一。

稀土对渗铝HK40耐热钢氧化性能的影响

采用 OM、SEM、EDX及 XRD等仪器设备 ,研究了经渗铝和稀土渗铝处理的 HK40耐热钢在 10 0 0℃、110 0℃、12 0 0℃空气中氧化的行为。发现经渗铝和稀土渗铝处理的 HK40耐热钢试样 ,其氧化动力学呈抛物线规律 ,经稀土渗铝处理后的试样 ,其氧化膜的塑性和粘附性得到改善 。

HK40钢的渗铝新工艺及抗碳化腐蚀性能研究

采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDAX)等仪器设备研究了HK40钢的渗铝及其抗碳化腐蚀能力。试验结果表明,通过调整渗剂中特种添加剂与铝粉的比例和渗铝温度等工艺参数,可达到控制渗铝层相组成的目的。与传统一段法固体粉末渗铝工艺相比,两段法固体粉末渗铝工艺可提高渗速约60％。HK40钢的渗铝层由NiAl相和Ni3Al相组成时,其抗碳化腐蚀能力得到明显提高。

晶粒形状和碳化物对HK40蠕变裂纹扩展的影响

对两种晶粒形状的HK40炉管材料,研究了晶粒形状及碳化物对蠕变裂纹扩展速率的影响。发现当加载方向与柱状晶轴向垂直时,柱状晶材料的蠕变裂纹扩展抗力低于等轴晶材料。二次碳化物对裂纹扩展速率的影响依赖于晶粒形状。

HK40耐热钢凝固过程的研究

利用液淬－金相法研究了ＨＫ４０耐热钢的凝固过程。结果表明，ＨＫ４０钢的固相线和液相线温度分别为１４０６℃和１１９０℃，并在１３００℃时开始析出γ＋碳化物共晶，且共晶形态与熔池形态有关。ＴＥＭ分析结果表明该碳化物共晶为γ＋Ｍ＿７Ｃ＿３。ＤＴＡ结果与等温凝固结果基本一致。

转化炉管材料HK40的组织转变与持久寿命预测

在高温条件下长期工作的材料，由于组织粗化造成其持久性能下降，导致实际持久寿命较参数外推法计算值低。本文在Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ外推法和寿命损耗率理论基础上，提出组织粗化相当于产生了寿命损耗，得到了在考虑组织粗化时的寿命损耗率公式：对转化炉管材料ＨＫ４０的实例估算表明，根据公式估算的持久寿命与实际较为接近。

电磁搅拌对HK40钢离心铸管显微组织及蠕变性能的影响

电磁离心铸造HK40钢管的凝固组织由外层的倾斜柱状晶和内部等轴晶组成,随着励磁电流的增大,柱状晶偏斜角增加,等轴晶晶粒变细,晶界共晶碳化物数量增加,时效析出二次碳化物减少。在3A的励磁电流搅拌作用下,共晶碳化物引起的晶界强度和二次碳化物引起的晶内强度获得最佳配合,使HK40离心铸管蠕变抗力最大,增加或减少励磁电流都会使蠕变抗力降低。

HK40高温炉管长期服役后的性能

对服役 8万多小时后的 HK40炉管进行了综合研究 ,包括表面探伤、金相组织检查、冲击性能测试、持久及蠕变裂纹扩展性能等等。在此基础上对 HK40经长期使用后的性能退化进行了分析讨论并作了剩余使用寿命估测 ,实践表明 。

Al含量对HK40合金显微组织的影响

研究了Al含量对HK40合金微观组织的影响,采用OLYMPUS金相显微镜观察金相组织,并利用FEIQuanta200型扫描电镜观察背散射电子衍射图像,结合XD-3A型X射线衍射仪对合金进行物相分析。结果表明,在含2wt%Al的HK40合金中,Al元素全部固溶于基体中,未形成沉淀相,显微组织为奥氏体+碳化物;当Al含量为4wt%时,合金中出现了大量的树枝相AlNi、Fe2Al5,基体相仍然为γ-Fe固溶体;当Al含量增加到6wt%时,基体相转变成以α-Fe为主,同时有大量AlNi金属间化合物析出。

柱状晶方向对离心铸造HK40炉管蠕变裂纹扩展行为的影响

从离心铸造ＨＫ４０炉营上截取柱状晶方向与预制裂纹方向（炉管径向）呈不同角度（θ）的紧凑拉伸型试样，在８７１℃进行了恒载荷蠕变裂纹扩展试验。发现裂纹沿柱状晶方向扩展，而随θ角的增加，裂纹扩展抗力增大。θ角与裂纹扩展速率之间存在下列依赖性：ｄａ／ｄｔ＝Ａ［Ｋｃｏｓ￣２（θ／２））￣ｍ。裂纹扩展速率与能量率积分（Ｃ）的良好关联表明，Ｃ是铸态ＨＫ４０合金的蠕变裂纹扩展的控制参数。

基于蠕变损伤力学理论的HK40炉管焊接接头的蠕变损伤研究

The accurate prediction of damage behavior of welded components at high temperature is becoming incresasingly important in order to realize an optimised design and maintenance of a plant life.In the present paper,the creep properties of the weld of HK40 furnace tube are determined by means of a local deformation measuring technique.A damage mechanics approach is introduced to simulate the damage development and creep rupture of HK-40 furnace tubes due to the presence of a weld.Metallographical research also indicates that the weld has a higher damage rank.It has been illustrated that damage is prone to the weld in the later period of service life.It is thus concluded that the weldments may become the weak link in HK-40 furnace tubes.

石化装置用HK40炉管的焊接

对HK40炉管焊接易产生热裂纹及保证800℃左右使用的热强性及热稳定性,提出了保证焊缝质量的措施,通过焊接试验与评定,确定了施焊工艺,并成功地用于转化炉管的焊接。

铝对HK40耐热钢组织和冲击性能的影响

研究了铝对HK40耐热钢组织和冲击性能的影响,并对冲击断口进行了观察和分析。结果表明,未添加铝和含铝量为1.68%的HK40耐热钢的组织由奥氏体和碳化物组成;含铝量为4.72%和7.10%时,组织中出现了大量颗粒状的γ′相。加入铝使合金的冲击功明显下降。加入铝量为1.68%的合金冲击功下降较少,为未加铝时的80.11%;加入铝量为4.72%和7.10%时,冲击功仅为未加铝时的33.51%和19.62%。

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。

利旧HK40钢炉管与Cr5Mo钢弯头的焊接

通过分析HK40钢的组织和焊接性能,特别是在高温服役6万h以后的组织变化,再结合Cr5Mo钢的焊接性能,制定了焊接旧炉管HK40与Cr5Mo弯头的方法和工艺,经过2次对比试验,确定了具体的焊接施工方案。按照该方案施工,节约了新炉管,旧炉管得到重新利用,提高了炼油厂焦化炉的运转周期和经济效益。

HK-40离心浇铸炉管的焊接

对HK-40离心浇铸炉管的材料作了介绍,结合兰州石化公司新建的制氢装置转化炉的辐射炉管焊接施工,对该炉管的焊接性进行了分析,确定了焊接方法、焊接材料、焊前准备、焊接过程、焊后返修、焊后检查等一系列焊接问题,得到了良好的焊接效果。

HK40制氢转化管外壁腐蚀原因分析

本文对转化管外壁腐蚀原因进行了分析。结果表明,炉内投放锅炉烟垢清除剂造成了炉管外表面发生盐类粉尘腐蚀和保护膜破坏,但炉管外壁局部腐蚀破坏是高温下氧、硫沿晶腐蚀破坏。

HK40材料剩余寿命预测的推算公式

本文在统计分析大量HK40性能数据基础上,提出了基于K-D法的HK40剩余寿命外推公式:t_r=exp(ā-10.36logσ+12000/T),其中的值:ā=(1/n)sum from l=1 to n(lnt_n-(42000/T_l)+10.36logσ_l)。公式物理意义明确,并得到良好验证。

HK40钢固体粉末渗铝的动力学研究

对渗铝过程中可能发生的化学反应进行了热力学计算 ,根据热力学原理及扩散理论 ,研究了渗剂中铝原子向钢件表面传递的过程 ,并导出了估算HK40钢渗铝动力学方程的计算方法 ,应用此法计算所得的数值与实验结果基本吻合。

Cr5Mo法兰与HK—40炉管焊接裂纹分析

分析了轻油制氢装置转化炉的Ｃｒ５Ｍｏ法兰与ＨＫ—４０炉管焊接裂纹产生的原因，并对防止焊接裂纹的产生提出了建议。