高溫服役條件對爐管材料斷裂韌性的影響.pdf

1、制氫轉(zhuǎn)化爐是石化行業(yè)中制氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，而爐管又是制氫轉(zhuǎn)化爐的核心零部件。爐管的服役條件非常惡劣，經(jīng)常面臨高溫蠕變、高溫氧化、高溫腐蝕等多重?fù)p傷，一旦發(fā)生事故，將會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并引起不良的社會影響。因此對爐管進(jìn)行損傷及失效研究，對保證制氫轉(zhuǎn)化爐乃至整個制氫裝置長周期安全運(yùn)行具有重要意義。
　　近來研究表明：高溫蠕變是造成爐管材料損傷的主要原因，而高溫又是導(dǎo)致蠕變的直接原因。為了得到高溫條件對爐管材料性能（特別是斷裂韌

2、性）的影響，本文開展了相關(guān)研究。首先利用實(shí)驗(yàn)室的電阻爐對爐管材料在不同溫度下進(jìn)行了時效處理。然后對十組經(jīng)過不同高溫時效處理過的爐管材料進(jìn)行常溫拉伸力學(xué)試驗(yàn)、平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)，并對斷裂韌性試樣斷口進(jìn)行了宏觀分析。最后運(yùn)用斷裂力學(xué)理論和有限元法探討了高溫時效處理引起爐管材料韌性劣化的原因。得到的主要研究成果如下：
　?。?）通過對十組爐管試樣進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高溫時效處理之后爐管材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有所提高，但是表征材

3、料塑性參數(shù)的延伸率和截面收縮率都出現(xiàn)了下降。（2）通過對十組爐管試樣進(jìn)行平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高溫時效處理后爐管材料的斷裂韌性出現(xiàn)了劣化的現(xiàn)象。同時還發(fā)現(xiàn)時效時間對爐管材料的斷裂韌性影響不大，而隨著時效溫度的提高，爐管材料的斷裂韌性出現(xiàn)先下降再小幅度回升的現(xiàn)象。（3）根據(jù)材料損傷理論，如果材料的微觀組織發(fā)生損傷，那么在裂紋尖端與位錯區(qū)之間的無位錯區(qū)很容易形成微裂紋，裂紋的擴(kuò)展實(shí)質(zhì)上就是新老裂紋合并的結(jié)果。運(yùn)用斷裂力學(xué)理論和有限元