铬钼钢在氢蚀下的疲劳裂纹扩展研究.pdf

第14卷第4期
抚顺石油学院学报
Vol 14 No 4
1994年12月
JOURNAL OF FUSHUN PETROLEUM INSTITUTE Dec1994
铬钼钢在氢蚀下的疲劳裂纹扩展研究*
谢根栓王茂廷
(化工机系)
摘对细铜在氩做境下的疲劳纹扩展行为作了研究。重点考查了在不同的
温度、压力、时向和荷比情下的疲劳取扩及特性,并找出了对Pars公式中的系数的
响楚势。从而为万油化エ设各的寿命?估、安全评定以及压カ容的可靠性设计供必要的
型论和实验依据。
关體词压力容;腐做;疲劳扩
中日分号034621
在炼油厂等一些石化企业,压力容器是必不可少的关键设备,尤其是高压加氢装量不
仅受高温高压的作用,而且内部氢介质对其寿命会产生较大形响。因此环境介质对压力
容器材料断裂疲劳性能的影响正目益受到人们的重视,例如,21c-1Mo钢和1Cr
Mo钢已用作在苛刻氢环境条件下运行的反应器材料。自从钢中发现氢致裂纹后,这一间
已成为加氢等装面临的严重问题,随着炼油厂操作温疲和压力有越来越高的倾向,
防止氢致裂纹起裂扩展及寿命预测引起了人们更加关注
另ー方面,我国60、70年代投产的一些石化设备也正面临着使用寿命愈来愈少的现
实。80年代以后我国又相继引进多套较先进的热壁加氢反应器,尽管我国在消化吸收的
基础上也自行设计和制造了多套此类反应器,但在全面实现国产化上仍存在一些向题,尤
其缺乏氢蚀环境下石化设备用材的一些基础数据。而目前国内此方面的研究并不多,主
要原因在于缺乏临氢现场模拟条件,而抚顺石油三厂具有模拟实际工况条件的反应釜,我
们利用这一优势试图在材料疲劳断裂方面做一些工作,从而为开发同类设备及其材料,为
临氢设备的设计以及在役设备的寿命评估莫定一定的理论和实验基础。也为热壁加氢反
应器尽快全面实现国产化提供基础数据。
本文着重在宏观上通过实验研究2Cr-1Mo钢及15CrMo钢在高温(400
500C),高压(10~20MPa)氢环境下的疲劳裂纩扩展行为,考査温度、压力和氢蚀时间
等对疲劳裂纹扩展的羏响。
收稿日期:1994-10~13
*本研究为中国石化总公司資動科研项目中一事分エ作。
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抚顺石油学院学报
R94年
1实验
疲劳裂纹扩展速率实验根据国标GB6398-86中的试验方法,试件采用12.7mm厚的
中心裂纹拉伸试样(CCT试样)。试样加工采用先加工毛坯然后表面抛光,利用钼丝切
割机在中心切出两边各1mm的缝。腐蚀实验在抚顺石油三厂广进行,先在模拟现场条件的反
应釜中分别腐蚀240h、480h和720h,温度在不同中分别控制在450℃和500℃,这
样共6组试样。氢蚀后试件在MIS880材料试验机上采用载荷控制进行裂纹扩展速率实
验,載荷比R在0.05~0.8之间,作为对比还进行了未蚀件实验,加频率52,对各种
材料也进行了常规机被性能和疲劳性能实验
裂纹长度渊量借助于光学仪器采用目法,数据处理采用7点递增多项式处理程
序,对本实验试件的应力强度因子变程按下式计算
4x≈4
ni
B
2
(1)
式中△P=P。~P(R≥の)
a=2a/w
2氢蚀后的疲劳裂纹扩展行为
2.1蚀环境及条件
本研究所采用的环境条件为模拟实际工况的反应釜氢蚀条件,温度分别控制在450
C和500℃两组,压力为18MPa,根据美国石油学会公布的石油精馏和石化厂用于高温
高压临氢钢的安全使用限( API Publication941),即1977年版 Nelson曲线如图1。两
种Cr-Mo钢在450℃和500
均发生程度不同的氢蚀
2.2疲劳现纹护展
24 Cr-imo
般情况下在线弹性及小范只
屈服条件下疲劳裂纹扩展Ⅱ阶段《0
300
15CMO
可用 Paris公式描述:
da/dN=C(△Kr
内屁魂
对I5CMo和2r-IMo两种材
6.9013.7420.902.6034.50
分压/MPa
料未腐蚀件,实验后数据处理结果
1条件下两种使用
为
对15CrMo钢da/aN=2.136×10~△K2m6
对2元Cr-1Mo钢daAN=7.85×10°△K27
其中15CM钢的结果为R=0,J=HL下的统计处理结果,对2ィC-1Mo钢
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