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压缩机活塞杆氢脆检测与分析么鑫(大庆石化公司炼油厂黑龙江大庆.DOC
压缩机活塞杆氢脆检测与分析
么 鑫
(大庆石化公司炼油厂,黑龙江 大庆 163711)
为保证压缩机的安全可靠运行,需要定期对活塞杆进行氢脆检测。目前多数往复式压缩机活塞杆材质为38CrMoAl,
1 材质检验
1.1 材质成分
依据GB/T 16597-1996对某压缩机的活塞杆材质成分进行化学分析。结果表明,活塞杆样块材质符合38CrMoAl
表1 材质分析结果
项目 C Si Mn Cr Mo Al 检测含量/% 0.369 0.447 0.458 1.490 0.204 0.880 标准含量/% 0.350~0.420 0.200~0.450 0.300~0.600 1.350~1.650 0.150~0.250 0.700~1.100 1.2 金相检验
在38CrMoAl活塞样块上,分别取横、纵向2个金相样品,经预磨、抛光和4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在光学显微镜下观察金相组织为回火索氏体,金相组织正常[2]。
1.3 扫描电镜观察及EDS分析
用扫描电镜能谱仪对活塞样块母材中的夹杂物进行检测。结果表明,样块母材中的夹杂物是以氧化物(Al2O3、MgO)、硫化物(MnS)为主,夹杂物分布较少。
1.4 力学测试
从样块上拉伸试样,使用AG-100kNG设备,在室温下对材质的力学性能进行检测。结果表明,样块材质的力学性能达到了38CrMoAl钢的标准要求。
表2 样块力学性能
项目 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 检测值 852 985 15.2 标准值 ≥835 ≥980 ≥14
1.5 定氢检测
在样块上取棒状样品,使用TCH600氮、氢、氧分析仪,对其材质中氢含量进行测定。结果显示,样品的内部氢含量为1.1 μg/g。氢在钢铁中的固溶度室温下为0.1 μg/g,在高温下为3μg/g。
2 氢脆分析
活塞杆氢脆的类型可分为不可逆氢脆和可逆氢脆2种[3]。
不可逆氢脆包括3种类型。
(1)氢压裂纹。当氢压大于屈服强度时就会产生局部塑性变形,如缺陷在试样表层,则会使表层鼓起,形成氢气泡。当氢压等于原子键合力时就会产生微裂纹,称为氢压裂纹。氢压裂纹包括钢中白点、H2S 浸泡裂纹、焊接冷裂纹以及高逸度充氢时产生的微裂纹等。
(2)氢腐蚀。在高温高压氢环境下使用较长时间后,由于高压氢与钢中碳作用在晶界上反应生成甲烷,形成的 CH4分子不能扩散出来,就在晶界夹杂物处形成气泡,。当气泡中的甲烷的压力大于材料在该温度下的强度时就会转化为裂纹,而使材料脆化。
(3)氢脆。由于ⅣA 族(Ti、Zr、Hf)和ⅤA 族(V、Nb、Ta)金属极易生成氢化物,因为氢化物是1种脆性中间相,一旦有氢化物析出,材料的塑性和韧性就会下降,即氢化物的析出导致材料变脆。
可逆氢脆的破坏,要具备 3 个必要条件,临界氢含量、临界应力和对氢脆敏感的组织。
高强钢热处理后的组织通常对氢脆都很敏感。由于可逆氢脆失效过程受氢扩散控制,故一方面构件中必须含有一定量的扩散氢,另一方面构件在受力作用过程中的应变速率必须足够低,以使氢能充分地进行扩散而集中。就是说受氢扩散控制的氢脆破坏是一个氢致滞后开裂和断裂过程,而突发的应力或过高的应变速率不体现氢对开裂的作用。
3 结束语
在临氢系统使用一个周期后的38CrMoAl活塞杆的力学性能仍可以达到38CrMoAl钢的标准要求。金相组织为回火索氏体,不属于氢脆的敏感组织,氢致相变导致的氢脆由于并未检测出有氢化物形成,因此其氢脆敏感性较低。
参考文献:
[1] 韩顺昌.金属腐蚀显微组织图谱[M].北京:国防工业出版社,2008:185-187.
[2] 任学冲,褚武扬,李金许,等.原子氢和白点对车轮钢力学性能的影响[M].金属学报,2006,42(2):153-157.
[3] 褚武扬,乔利杰,陈奇志,等.断裂与环境断裂[M].北京:科学技术出版社,2000:27-29.
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