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作者:ope体育体育赛事|2020-03-10|浏览:67

SA543鋼在高溫鍋爐水中的應力腐蝕性能試驗研

為此從2002年起,美國SD公司采用強度級別更高的SA543鋼來制造。由于SA543鋼強度高00,未經熱處理的焊接接頭存在較大的殘余應力,容易引起應力腐蝕開裂。2007年和2008年世界各地投用的11臺采用SA543鋼制造的環氧乙烷反應器中,超過一半都發生了泄漏,其中就包括國內某石化公司的2臺環氧乙烷反應器,經常規超聲波檢測、超聲波衍射時差法(TOFD)檢測及超聲波相控陣檢測,發現2臺環氧乙烷反應器存在400多個超標缺陷,其中長度超過40mm的裂紋就有11條0.SD公司調查分析認為是SA543鋼在含Na離子的鍋爐水中產生了應力腐蝕裂紋。

1試驗方法該反應器主要參數為:反應器殼程和氣體冷卻器殼程主體材質為SA543TypeBCl.1,設計溫度分別為288和275°C,ope体育体育赛事操作溫度分別為255和216°C,最大內徑5500mm,總高20m,凈重515t.試驗所用材料為商用鋼板,其牌號為SA543TypeBCl.1,板厚度80mm.其化學成分和力學性能如表1,2所示。試驗溶液均為環氧乙烷反應器現場所用的鍋爐水,即含磷酸鈉的鍋爐水和改進后含磷酸銨的鍋爐水。

表1試驗用鋼板的化學成分元素原材料質量保證書復驗值表2試驗用鋼板的力學性能項目試樣編號取樣位置一14原材料質量保證書一1/4厚度處復驗數據1/2厚度處7―2000金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分:慢應變速率試驗在慢應變速率試驗機上進行慢應變速率試驗,試驗溫度為100°C和260°C,采用光滑板狀試樣,應變楔形張開加載(WOL)預裂紋試樣應力腐蝕試驗。在鋼制密閉容器進行試驗,采用MTS試驗機預制疲勞裂紋,頻率為5Hz,最大載荷為45kN,疲勞應力比為0.1.WOL試驗需標定螺栓加載載荷與刀口位移之間的關系,確定初始裂紋情況下刀口位移V通過控制刀口位移來控制初始螺栓加載載荷,各試樣的P―V關系式如表3所示。

表3各試樣P一V關系式試樣編號P一V關系式2結果與討論2.1楔形張開加載(WOL)預裂紋試樣應力腐蝕試驗結果通過楔形張開加載(WOL)預裂紋試樣應力腐蝕試驗可得到應力腐蝕裂紋的擴展速率。本次試驗只進行了100C下的WOL試驗,而環氧乙烷反應器的操作溫度260C左右,在此溫度下的應力腐蝕裂紋擴展行為是通過WOL試驗和慢應變應力腐蝕試驗間接得到。即分別進行100C和260C的慢應變試驗,考察SA543鋼在改進鍋爐水中的應力腐蝕敏感性變化情況,綜合WOL試驗和慢應變應力腐蝕試驗結果,來評價SA543鋼在260C改進鍋爐水環境下的裂紋擴展情況,為帶裂紋的環氧乙烷反應器的安全評定提供數據。

表5SA543鋼在100T:下含Na3PO4鍋爐水環境中SSRT應力腐蝕敏感性試驗結果試樣編號試驗溫度/C試驗環境抗拉強度/MPa延伸率/%斷面收縮率/%內積功空氣含Na3P4的鍋爐水表6SA543鋼在260T:下含Na3PO4鍋爐水環境中SSRT應力腐蝕敏感性試驗結果試樣編號試驗溫度/C試驗環境抗拉強度/MPa延伸率/%斷面收縮率/%內積功空氣含Na3PO4的鍋爐水表7SA543鋼在100T:下改進的含(NH4)3PO4鍋爐水環境中SSRT應力腐蝕敏感性試驗結果試樣編號試驗溫度/C試驗環境屈服強度/MPa抗拉強度/MPa延伸率/%斷面收縮率/%內積功空氣含(4)3P4的鍋爐水表8SA543鋼在260T:下改進的含(NH4)3PO4鍋爐水環境中SSRT應力腐蝕敏感性試驗結果試樣編號試驗溫度/C試驗環境屈服強度/MPa抗拉強度/MPa延伸率/%斷面收縮率/%內積功空氣含(4)3卩4的鍋爐水慢應變速率試驗結果一般以應力腐蝕敏感性指數/s的大小來評定應力腐蝕敏感性°8.當/s大于35%時,研究體系具有明顯的應力腐蝕傾向;當4.介于25%~35%時,研究體系有應力腐蝕傾向;當/s小于25%時,研究體系沒有明顯的應力腐蝕傾向。從,2及表5,6中數據分析可知,SA543鋼在100和260°C含Na3PO4鍋爐水環境中的應力腐蝕敏感性較大。從,4及表7,84中數據分析可知,SA543鋼在100和260C鍋爐水中的應力腐蝕敏感性指數均小于25%,且變化不大,應力腐蝕敏感性基本相同,其應力腐蝕裂紋擴展特性也應基本類似。示出SSRT試樣的斷口SEM照片,可以看出,各試樣表面顯示韌窩特征,沒有明顯的微二次裂紋。試驗結果表明,在改進后的高溫鍋爐水中,SA543鋼應力腐蝕裂紋萌生和擴展的抗力明顯增強。

3PP矚爺關孕肺丑31'i戽焯瞧癇罵tb擗苕9哿0墻cvf,曲菡、hHH25%,擗藤澇罘本笤嫌(W0L)逋埒瞧苒戽d-IfB-a癇擗馬菡排,SA543斛26000涔擇I3D爺關孕ilT-dl錨鈽W戽d-IfB-;!tt字,孕IN縮瀋戽鈽呻戽d-il菹埒氣鈿加,埒錯忍3湓戢戽-碥埋排3菰爵,孕Z,縮瀋戽H鈽呻埒郢3湓戢戽-md-ilfB-埒呻苕煉/%煉應力/MPa煉l敢試樣SSRT試樣的斷口形貌表9100和260T下SSRT應力腐蝕敏感性指數對比試驗溫度/C屈服強度指數/%抗拉強度指數/%延伸率指數/%斷面收縮率指數/%內積功指數/%3結論通過對SA543鋼在鍋爐水中的楔形張開加載(WOL)預裂紋試樣應力腐蝕試驗和慢應變速率試驗,可得到如下結論:WOL試驗結果表明:SA543鋼在100°C的改進鍋爐水環境下裂紋沒有擴展,說明SA543鋼母材在改進的鍋爐水環境下不會發生應力腐蝕裂紋擴展;C下含Na3P4鍋爐水環境中的應力腐蝕敏感性較大;而在改進鍋爐水環境中,100和260C試驗溫度下的應力腐蝕敏感性指數均小于25%,且變化不大,說明在改進后的高溫鍋爐水中,SA543鋼應力腐蝕裂紋萌生和擴展的抗力明顯增強;綜合楔形張開加載(WOL)預裂紋試樣應力腐蝕試驗結果和慢應變速率試驗結果可知,SA543鋼在260C改進鍋爐水環境下很難發生應力腐蝕開裂,試驗結果為環氧乙烷反應器缺陷的安全評定提供了數據支撐。