不锈钢封头在低温临氢工况下的开裂分析.pdfVIP

第49卷第4期 化 工 设 备 与 管 道 Vol1．49 NO．4 2012年 8月 PROCESSEQUIPMENTPIP1NG Aug．2012 · 材 料 与 防 腐 · 不锈钢封头在低温临氢工况下的开裂分析 逄金娥，郭雪华 (中国石化工程建设公司， E京 100101) 摘 要：利用硬度检测和马氏体含量检测、金相组织及现场裂纹观察等手段，对某低温临氢奥氏体不锈铜 凸形封头的开裂原因进行了分析并进行了理论研究。认为该封头的开裂属于氢致裂纹 (HIC)，缘于冷加 工形变、氢在不同温度下的扩散 以及低温等因素的交互作用。冷加工变形所造成的马氏体相变、位错密 度的升高是造成氢致裂纹的主要原因；残余应力为裂纹的形成与扩展创造了有利条件；氢在马氏体中的 溶解度随温度变化而不同，从一50℃至一100℃溶解度降低幅度较大，析出的氢是造成封头开裂的直接因 素。亚稳定型奥氏体不锈钢元件在冷加工成形后进行固溶处理是降低其氢脆敏感度的有效手段。 关键词：凸形封头；低温；临氢；氢脆；形变马氏体；奥氏体不锈钢 中图分类号：TQ050．41；TH142 文献标识码：A 文章编号：1009—3281(2012)04—006404 目前国内工程界一般认为奥氏体不锈钢在一196℃ 容器进行现场检查和检测，并有如下发现。 及以上的低温场合的应用是令人满意的_1]；奥 氏体不 (1)泄漏处的裂纹贯穿容器壁，沿子午线方 向 锈钢在临氢状态下可 以不考虑氢损伤 j。但事实上 开裂； 这种理解并不够全面。2005年 11月，国外某乙烯装 (2)介质泄漏均发生在椭圆封头的折边段区域； 置中两台用于低温且临氢场合的ANSI340不锈钢压 在该容器的筒体、焊缝及热影响区均未发现裂纹。 力容器，其封头部位出现了贯穿裂纹并造成了介质泄 (3)对封头折边段进行硬度检测，发现硬度大 漏。本文将结合此事故实例来分析奥氏体不锈钢凸形 于 HV265。 封头在用于低温与临氢工况时的注意事项 [3-51。 (4)用 SevernGage铁素体检测仪对封头直边段 进行铁磁相含量测定，发现铁素体含量大于7．5。 1 事故背景 (5)对封头开裂处进行金相检测，发现裂纹路 该两 台压力容器均在 一100℃下操作 ，内部 径沿着马氏体的连续网络，呈半脆裂失效形态。 氢分压 2200kPa，使用 2：l的ANSI340不锈钢 (6)资料调查发现，这两台容器的封头均采用 椭圆封头。一台容器 的封头直径 2000mm，厚度 冷旋压成形，且成形后未进行固溶热处理。 40mm；另一 台容器 的封头直径 590mm，厚度 3 事故原因分析 14mm。在稳定运行 2年后，由于装置中其他设备 需要更换垫片，该两台压力容器短暂停车。停车期 经现场检查，在封头与圆筒的连接焊缝及热影 间，该两台容器内的温度升至 一50℃以上，氢分压 响区未发现裂纹，说明该事故不是 由于焊接缺陷引 保持在 210-2100kPa之间。装置检修完毕后 ，该 起的。因此该凸形封头的开裂原因应该在材料性质、 两台容器重新投入使用，容器 内温度在 25rain内 成形加工以及使用环境等因素中查找。 由一50℃降至正常操作温度 一100℃。待正常操作 3．1 奥氏体组织的相变 工况刚刚建立，一台容器的封头即发生了泄漏；约