20Cr32NiNb钢热壁集气管的失效分析

某厂CO转化炉热壁集气管在服役2a后发生早期开裂,通过断口宏观观察、扫描电镜观察、化学成分分析、力学性能测试等对开裂集气管进行了失效分析。结果表明:集气管的失效形式为蠕变开裂;由于集气管长期在高温下服役,大量蠕变孔洞在晶界处萌生,并在高温和应力作用下不断长大,相邻蠕变孔洞间相互连接或融合,形成裂纹,在应力作用下,裂纹沿晶界不断扩展并最终导致集气管的开裂。

高温时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体不锈钢微观组织演化及高温力学性能的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、高温拉伸、高温冲击、硬度分析等研究了950℃高温时效对20Cr32Ni1Nb钢微观组织演化及高温力学性能的影响。结果表明:长期时效过程中,材料在基体内会析出大量的二次碳化物,枝晶界上会发生NbC和M23C6碳化物的不断长大和粗化,并且NbC会向G相转变。与原始状态的材料性能相比,材料的屈服极限和抗拉强度在时效初期首先略微增加,之后连续下降,同时,伸长率的变化呈现出单调下降的趋势。高温冲击韧性随时效时间增加先大幅度下降,随后微小增加,长期时效后,高温冲击韧性呈现出连续缓慢下降的趋势。在整个时效过程中,硬度先略微增加之后单调下降,总体而言,硬度的下降幅度有限。

时效时间对20Cr32Ni1Nb钢显微组织与力学性能的影响

对20Cr32Ni1Nb钢进行950℃、不同时间(200~5 000h)时效处理,研究时效时间对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢晶界上共晶碳化物的层片状结构消失,并由短杆状逐渐变成颗粒状,奥氏体基体内析出弥散分布的二次碳化物,且在时效500h时,二次碳化物的数量最多;时效5 000h时,20Cr32Ni1Nb钢中有G相析出;随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢的抗拉强度和屈服强度均先增后降,伸长率减小,冲击韧性呈先降后增再降的变化趋势,时效5 000h时,冲击韧度为40J·cm^(-2)。

长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体不锈钢组织演化及蠕变行为的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和蠕变试验,研究了长期时效对20Cr32Ni1Nb奥氏体耐热钢微观组织演化及蠕变行为的影响。结果表明:长期时效过程中材料在基体内会析出大量的二次碳化物,枝晶界上会发生NbC和M23C6碳化物的不断长大和粗化,并且Nb C向G相转变;与原始状态的蠕变性能相比,长期高温时效改变了材料蠕变曲线的形状,不仅明显地缩短了蠕变第一阶段,还使得材料的蠕变速率随时效时间的延长连续增大。

高温环境下Cr20Ni32Nb铸造管开裂原因分析

在乙烯裂解装置高温裂解气环境下运行的铸造Cr20Ni32Nb钢带叉锥体发生了开裂。采用宏观检查、超声波检测、光谱分析和金相分析等方法对开裂带叉锥体的损伤形貌、剩余壁厚、金属化学成分及金相组织形貌进行了检测,结果表明,带叉锥体的失效形式为蠕变开裂。铸造Cr20Ni32Nb钢带叉锥体长期服役在高温、拉应力环境下,其金相组织中的枝晶间碳化物逐渐溶解并发生蠕变变形,大量的蠕变孔洞在晶界处相互连接形成裂纹,裂纹沿晶界不断扩展,最终导致带叉锥体发生开裂。

Fe-Cr-Ni基奥氏体不锈钢蠕变损伤本构模型研究

通过考虑碳化物粗化和孔洞形核与长大对Fe-Cr-Ni基奥氏体不锈钢蠕变损伤的影响,基于sinh函数建立了新的蠕变损伤本构模型,开发了模型材料参数优化程序,并结合有限元方法,对标准圆棒试样进行了宽应力范围内的蠕变行为研究,比较了基于3种蠕变损伤模型所计算的试样失效时间。结果表明:提出的本构模型能够准确地反映材料在890℃不同应力水平下的蠕变行为;与广泛使用的幂律型Kachanov-Robotnov模型和Liu-Murakami模型所预测的失效时间相比,该模型的预测结果可以反映宽应力范围内应力和蠕变破断时间在双对数坐标下的非线性关系,预测结果更为合理。

基于损伤力学的蒸汽转化炉热壁集气管蠕变损伤有限元分析

基于改进的Liu-Murakami本构模型,结合有限元方法,对理想工况下蒸汽转化炉热壁集气管进行了蠕变损伤分析。结果表明:改进的Liu-Murakami模型能够较为准确地预测不同应力水平下集气管的单轴蠕变曲线;理想条件下,集气管在服役初始阶段的最大Mises应力和最大主应力出现在猪尾管和集气管交界处;服役过程中,集气管发生应力再分布,最大Mises应力和最大主应力均显著减小;服役10^5 h后,集气管最大损伤值仅为0.071。

扩散与幂率蠕变联合控制的孔洞受约束长大模型研究

高温环境下,材料蠕变变形与断裂的微观机制主要是晶界的孔洞化。蠕变过程中孔洞的长大是一种非常复杂的行为,很多因素会对孔洞的长大产生影响。基于扩散和幂率蠕变耦合控制孔洞长大理论,建立了新的孔洞受约束长大模型。研究结果表明:在孔洞长大速率主要由扩散控制的区域,基于本文提出的模型预测的孔洞长大速率与基于Needleman-Rice模型和Chen-Argon模型的计算结果一致;与不考虑约束效应的Chen-Argon模型相比,基于本文提出的模型计算出的孔洞长大速率较低。研究结果对保障我国高参数蒸汽转化装置的长周期安全运行具有重要的现实意义。