考虑蠕变作用的2.25Cr-1Mo-V钢加氢反应器设计方法

以某台2.25Cr-1Mo-V钢加氢反应器为例,从工程角度介绍现行设计方法与ASME Code Case 2605-3在反应器设计中的应用,说明过去留有一定余量的设计是设备安全运行的原因之一。探讨了压力和温度载荷对蠕变参数的影响,其中压力对三轴度系数影响较大,而温度对蠕变松弛影响显著。最后提出在业主非强制要求进行完整分析的前提下,ASME Code Case 2605-3在工程上的简化应用。

2.25Cr-1Mo-V钢制反应器蠕变-疲劳寿命分析

基于ASME code case 2605-1对2.25Cr-1Mo-V钢制反应器进行高温蠕变疲劳耦合分析,根据已有棘轮分析的结果,结合纯蠕变寿命分析,对正在设计的加矾钢反应器进行蠕变-疲劳寿命评估,详细阐述了具体的分析步骤,结果表明加矾钢反应器的预期寿命能够满足设计要求。

钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究进展

中国实验快堆蒸汽发生器主要使用核级2.25Cr-1Mo钢制造。由于钠冷快堆中严苛的工作环境,蒸汽发生器传热管需要同时面对高温、高压差以及钠和水腐蚀等问题,其中部分问题引起蒸汽发生器的热老化行为,从而影响其寿命。本文调研了钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为的主要影响因素,总结了开展2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究的多种方法,提出了解决2.25Cr-1Mo钢热老化问题的措施,并对未来发展方向进行展望,以期为我国钠冷快堆蒸汽发生器部件的寿命评估和安全运行提供参考。

2.25Cr-1Mo钢焊缝裂纹现场返修工艺

加氢反应器是石油化工行业的核心设备,某石化装置2.25Cr-1Mo耐热钢制加氢反应器使用多年停车检修时,发现加氢反应器封头与筒体连接的环缝处有一横向裂纹。本文以该裂纹的现场修复为例,对2.25Cr-1Mo耐热钢的焊接性及裂纹产生原因进行了分析,通过对2.25Cr-1Mo耐热现场修复流程的制定与实施,总结了高效修复2.25Cr-1Mo耐热钢焊缝裂纹的工艺方法,为现场修复类似缺陷的加氢反应器提供了参考。

采用2.25Cr-1Mo-V-Cb-Ca钢的加氢反应器的制造

2.25Cr-1Mo-V-Cb-Ca和3Cr-1Mo-V-Cb-Ca钢已经作为高温高压加氢反应器的材料被发展起来了,这些Cr-Mo-V-Cb-Ca钢由于加了V在高温下有着很高的强度,同时附加的大约0.25％的V还能显著提高高温下抗氢蚀和抗氢脆的能力,附加的Ca也是这种材料独有的特征,它能有效降低焊件热影响区产生再热裂纹的可能性,另外通过附加的V还能减少焊件再热裂纹的灵敏度。虽然采用3Cr-1Mo-V-Cb-Ca钢的加氢反应器已经制造成功了,但本文讨论的是第一次采用2.25Cr-1Mo-V-Cb-Ca钢来制造加氢反应器,而且和ASME规范实例2098比较,我们还取得了这种材料的大量的性能数据。另外,对于传统的探伤技术,我们引荐了一种飞行时间衍射(Time-of-Flight Diffraction)(TOFD)技术来对焊件进行超声波探伤,进一步保证了检测手段的可靠性。

核用2.25Cr-1Mo钢在不同环境下的微动磨损性能

目的研究核用2.25Cr-1Mo钢在不同环境下的微动磨损性能。方法采用自制的切向微动磨损试验设备,在4种环境(温室RT/大气、RT/水、450℃/大气和450℃/液态钠)下对2.25Cr-1Mo钢进行了切向微动磨损试验。试验参数为:法向载荷20 N,运动频率5 Hz,位移幅值50μm,循环次数10^(5)和2×10^(5)。试验前,采用维氏硬度仪测量了2.25Cr-1Mo钢在室温和450℃高温下的硬度。试验后,采用Bruker白光干涉显微镜测量了磨痕的三维形貌并获得了截面轮廓和磨损量。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析磨痕表面和横截面的微观形貌以及摩擦化学反应。结果2.25Cr-1Mo钢在不同环境下表现出不同的磨损性能。450℃液态钠环境下的磨损量最大,大于450℃和室温大气环境下的磨损量;室温水环境下的磨损最小。经过10^(5)微动循环后,2.25Cr-1Mo钢在450℃液态钠和室温水环境下表现出最大和最小的磨损率,分别为4.17×10^(-6)mm^(3)/(N·m)和0.32×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论2.25Cr-1Mo钢在室温大气环境下的磨损机制为分层、剥落和氧化磨损;随着温度升高到450℃,大气环境下的氧化磨损加剧,伴随着剥层和“锻造流线”;室温水环境下的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损;450℃液态钠环境下的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和“锻造流线”,同时钠的腐蚀协同作用也加速了材料的失效。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢上国产焊材单层带极堆焊工艺研究

以往国内2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器均采用双层带极堆焊技术,且绝大部分要求为进口焊材,这种技术制造周期长、成本高。而单层带极堆焊因其显著的优势(周期短、成本低),在国外广泛应用。本文对2.25Cr-1Mo-0.25V钢上国产焊材单层带极堆焊进行研究,在2.25Cr-1Mo-0.25V钢上采用国产TP.309LNb堆焊材料进行单层堆焊试验。试验数据表明,国产单层堆焊焊材堆焊后各项指标均满足2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器设备制造要求,且与同类进口焊材水平相当,个别指标甚至更优。

基于声发射统计信息的2.25Cr-1Mo钢早期损伤判别方法

裂纹开裂是金属材料常见的损伤失效形式之一。而材料失效会经历从早期微小损伤到宏观变形的微观组织动态演化过程,如何在材料发生宏观变形之前,能够及早地发现损伤至关重要。该文基于对材料损伤失效过程不同声源的机理分析,提出了以不同声源信号数的统计占比值κ这一变量来判定表征材料早期损伤阶段的判别指标,制备6个含不同缺陷的不带堆焊层和带堆焊层的2.25Cr-1Mo钢试件,采用声发射技术对试件的弯曲损伤全过程进行在线测试,获得了6个试件早期损伤阶段的声学数据,通过对比分析以幅值和能量为主的单一参量以及基于支持向量机的多元参量κ值的统计结果,证明了利用κ值可以有效地对不带堆焊层和带堆焊层的2.25Cr-1Mo钢试件的早期损伤阶段进行判别,其中不带堆焊层试件的κ值范围为1:3.1~1:3.6之间,带堆焊层试件的κ值范围为1:2.2~1:2.6之间,具有明显的区分度。

2.25Cr-1Mo-0.25V大型厚壁锻焊加氢反应器制造阶段典型质量问题解析

文章简述了2.25Cr-1Mo-0.25V大型厚壁锻焊加氢反应器的制造过程。通过对近年来多个大型炼化项目中该类加氢反应器的制造过程进行监造,总结出其在制造过程中出现的筒体锻件冲击性能不稳定、超声检测不合格、超声波检测盲区等典型质量问题及其他制造中应控的质量风险。同时结合相关试验结果,重点分析了出现问题的原因,并针对性地提出了相应的质量管理办法,以期为大型锻焊加氢反应器的国产化制造和检验提供借鉴。

2.25Cr-1Mo-0.25V钢148 mm厚板尾部分层缺陷分析及控制工艺

采用扫描电镜及电子探针对55 t钢锭成材148 mm厚2.25Cr-1Mo-0.25V钢板尾部分层缺陷进行观察分析,结果表明:分层缺陷是由于模铸保护渣卷入钢液造成的。为减少钢板尾部分层缺陷,对冶炼工艺进行优化,精炼过程中采用碳粉、电石及1.2~2.0 kg/t钢Al线复合脱氧工艺,真空后软吹12~14 min,采用高粘度、低熔点、高熔速及膨胀系数较大的模铸保护渣。优化工艺后,钢板尾部分层缺陷出现概率分别为11.3%、9.6%、6.9%,分层缺陷导致钢板废品率由原8.1%降至1.7%。

2.25Cr-1Mo钢回火过程中碳化物析出顺序的研究

采用化学相分析的方法研究了2.25Cr-1Mo钢粒状贝氏体组织在回火过程中碳化物的变化和析出顺序.结果表明,当回火参数为18140～22000时,试验钢中析出合金碳化物的类型为M2(CN),M6C,M4C3,Cr9C3以及M23C6;合金碳化物的析出顺序为M2(CN)→M6C→M7C3,Cr7C3→M23C6,而且这些合金碳化物的变化过程是一系列重迭的阶段.

2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器开发与制造中的一些问题

由于对尺寸增大和高设计参数加氢反应器的需求,促使要制造更大、更重的高温钢加氢反应器。20世纪80年代开发了2.25Cr-1Mo-0.25V钢。钢中添加V后影响到焊接与热处理时的氢陷阱、氢扩散与应力松弛。制造规范需要进行调整,以防止焊接接头发生硬度高、韧性低以及持久强度低和开裂等问题。本文扼要介绍了以往2.25Cr-1Mo-0.25V钢容器制造过程中发生的一些问题及国外研究工作的进展,对国内需进行的工作提出了建议。

残余奥氏体对2.25Cr-1Mo钢焊缝冲击性能的影响

比较2.25Cr-1Mo钢埋弧焊焊缝经过720℃保温2 h(工艺1)以及680℃保温12 h(工艺2)的冲击性能,结果表明热处理工艺1具有更好的冲击韧度;进一步测试工艺1接头液氮处理后的冲击性能,发现冲击韧度降低,推测残余奥氏体质量分数是造成这不同热处理工艺冲击性能差异的因素。采用振动样品磁强计和电子背散射衍射技术分别研究两种热处理试样的磁极化强度和相分布,获得了两种热处理工艺处理后焊缝金属的残余奥氏体质量分数,磁法测量表明焊后经工艺1处理后存在约3%左右的残余奥氏体,而经工艺2处理后残余奥氏体为0.2%;EBSD分析结果:工艺1的残余奥氏体质量分数为3.49%,工艺2的质量分数为0.18%,证实了焊缝中残余奥氏体质量分数的变化对冲击性能具有一定的影响。

2.25Cr-1Mo-0.25V纯净钢筒体锻件的工艺与性能

为了制造千吨级煤液化反应容器 ,满足更高温度 (482℃ )和更高的强度等级 (σ0 2 ≥ 4 15MPa) ,减少筒体锻件的重量 ,在原采用的 2 2 5Cr - 1Mo钢的基础上 ,开发出了加V钢。针对煤液化装置 (或大型热壁加氢反应器 )用 2 2 5Cr - 1Mo - 0 2 5V纯净钢筒体锻件的特点及理化性能要求 ,分析了冶炼、锻造、热处理等工序的难点 ,在进行大量的国内、外资料查寻以及材料和工艺试验的基础上 ,制定出并实施了制造工艺 ,经过筒体锻件的解剖及理化检验 ,证明所采用的工艺方法是非常有效的 ,完全满足煤液化装置用钢 2 2 5Cr- 1Mo - 0 2 5V的质量要求。

2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为

根据溶质晶界偏聚理论和原子扩散原理研究了2.25Cr-1Mo钢服役12年后磷晶界偏聚行为及脱脆处理工艺。采用俄歇电子能谱实验对溶质原子的晶界偏聚程度进行了测试分析。结果表明:对于已脆化的2.25Cr-1Mo钢,存在临界脆化温度,且脆化程度越高,临界脆化温度越低;高于临界脆化温度数小时的保温即可消除脆化现象,即2.25Cr-1Mo钢的脱脆速率远大于脆化速率。

2.25Cr-1Mo-0.25V复合钢板制加氢反应器焊接

分析了加氢反应器主体材料2.25Cr-1Mo-0.25V钢板的化学成分及其焊接特点,介绍了2.25Cr-1Mo-0.25V复合钢板制加氢反应器的焊接结构设计、焊接工艺、质量控制措施以及热处理工艺,焊后反应器主体焊缝一次探伤合格率为98.5%,质量良好。

2.25Cr-1Mo钢氢致裂纹扩展行为研究

采用电解充氢方法对2.25Cr-1Mo钢氢致裂纹扩展进行试验,并采用甘油测氢法测定了2.25Cr-1Mo钢发生裂纹扩展时钢中扩散的平均氢浓度。为了进一步了解裂纹尖端的氢浓度大小对裂纹扩展的影响,利用有限元软件对氢在2.25Cr-1Mo钢中的扩散过程进行模拟分析,系统研究了在应力-氢环境交互作用下裂纹尖端周围的氢扩散规律,并给出了裂纹扩展时裂尖局部位置的氢浓度大小。

作用应力对2.25Cr-1Mo合金钢回火脆性的影响

在146.7MPa的作用应力下,对加氢反应器材料2.25Cr-1Mo合金钢(%:0.15C、2.32Cr、0.95Mo、0.011S、0.009P、0.0068As、0.0035Sb、0.0079Sn、0.01V)进行468℃125h和400h的等温回火脆化试验。根据加氢反应器母材试块脱脆、脆化和应力作用3种状态冲击功和温度关系曲线,得出各状态回火脆性转变温度VTr54.2(℃)值和回火脆化度ΔVTr54.2(℃)。结果表明,温度和等温时间是导致材料回火脆化的主要因素,作用应力对2.25Cr-1Mo钢回火脆性的影响不显著。

基于主曲线方法确定2.25Cr-1Mo钢韧脆转变区的断裂韧度

针对运行了20万h的加氢反应器接管弯头材料2.25Cr-1Mo钢,测试了其低温拉伸性能、夏比V型缺口冲击功及断裂韧性;在此基础上,得到了其主曲线的参考温度,通过进一步预测得到了该钢在整个韧脆转变区的断裂韧度分布。结果表明:2.25Cr-1Mo钢主曲线的参考温度为-154℃;经过20万h的运行,该钢仍具有充足的韧性;验证了主曲线方法对非核电用2.25Cr-1Mo钢的适用性。

3.5Ni-Cr-Mo-V和2.25Cr-1Mo低合金钢的显微组织对回火脆性的影响

本文研究了用于低压转子的三种3．5Ni—Cr—Mo—V钢和用于石油化工反应容器的一种2．25Cr-1Mo钢，以确定原始奥氏体晶粒度对回火脆性的影响。前三种钢取自锻件，这些锻件在580℃下作最终消除应力处理，随后以极其缓慢的速度随炉冷却。这些材料的原始奥氏体晶粒度的大小各不相同，就某种程度而言，含锡（Sn）量最多的，原始奥氏体晶粒最粗。