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抗氢钢及构件的中子衍射应力分析研究

抗氢钢及构件的中子衍射应力分析研究

作者：李建中国工程物理研究院

学位级别：硕士

抗氢钢是用于制造临氢构件的一类特殊金属材料,其典型应用是制造贮氢或氢同位素的压力容器,这类产品已广泛应用于航天、军工、能源等多种领域中。制造贮氢压力容器的抗氢钢通常为某类奥氏体不锈钢,虽然比铁素体和马氏体钢有更优良的抗... 详细信息

抗氢钢是用于制造临氢构件的一类特殊金属材料,其典型应用是制造贮氢或氢同位素的压力容器,这类产品已广泛应用于航天、军工、能源等多种领域中。制造贮氢压力容器的抗氢钢通常为某类奥氏体不锈钢,虽然比铁素体和马氏体钢有更优良的抗氢损伤性能,但并不像早期认识那样完全不受氢的影响,氢会对材料及构件的力学性能、微缺陷和应力分布等产生不同程度的影响。尤其是在应力和高压氢同时作用下的力-氢受载过程中,这种影响将会变得更为复杂。贮氢压力容器的结构安全性是其服役期中一直很关注的重点问题。中子衍射技术在工程部件残余应力测量中的应用始于上个世纪九十年代。中子衍射作为一种重要的无损检测手段,具有深穿透、对氢元素敏感等重要特点。通过中子衍射应力测量技术可以较为准确地获得材料深度范围内宏观应力、微观应力、晶间应力等三类应力分布数据,研究内应力存在和变化对材料微观结构单元的影响,通过对应力／应变场分布变化的分析,研究材料孪晶、位错等微观形变机制。作为目前多晶材料内部三维应力无损检测的唯一技术手段,中子衍射应力测量技术在全球范围内重要的科学研究机构均受到重视。美国与欧洲包括Los Alamos、Oak Ridge、NIST、Rutherford-Appleton Lab. (ISIS)、ILL (Grenoble)在内的国家实验室或研究中心皆将中子衍射残余应力测量技术列为材料工程研究的重点。其目的主要是发展原位(In-Situ)中子散射技术为建立各种微(介)观力学模型提供必备的实验数据,通过材料各种应力(宏观与相间微观应力)的测量直接服务于材料设计。中子散射方法结合原位加载技术可以获取抗氢钢的应力演化数据,为抗氢钢性能评估提供实验数据支撑。本论文基于离线状态充氢不同阶段抗氢钢的宏观拉伸应力-应变曲线多阶段的变形特征数据,利用新兴发展的原位中子衍射应力分析技术和新建立的中子衍射应力分析谱仪以及原位力学实验设备开展抗氢钢变形过程的微结构演化分析。探索了氢的介入与抗氢钢屈服强度、塑性、延伸率等降低之间的关系,初步获得氢在位错附近增值聚集及其对位错滑移的阻滞是造成抗氢钢宏观力学三大性能指标下降的机理性认识。本论文对由抗氢钢材料电子束焊接而成的钢筒的三维应力分布进行了测量。采用中子衍射应力测量技术无损地获得了3mm深度下抗氢钢焊接钢筒三种特征区域(焊接区、热影响区、基体区)残余应力分布数据：切向承受了最大拉应力,达到350MPa,轴向/径向均受压应力作用,其中轴向压应力最大,达到-220MPa,焊接区及热影响区范围内应力梯度最大,是诱发断裂的最主要位置。对比同类型焊接件国际上测量得到的数据结果,结果的可信度较好。

关键词：抗氢钢中子衍射应力原位拉伸微观变形三维应力分布结构件

冷高压分离器16MnR(HIC)抗氢钢超大型筒体研制

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压力容器 2005年第2期22卷 25-29,2页

作者：杜军毅孙嫘鞠庆红中国第二重型机械集团公司四川德阳618013

大庆石化 12 0× 10 4t/a加氢裂化装置冷高压分离器和循环氢分液罐筒体锻件是目前国内制造的内径 2 0 0 0～ 30级别筒体中长度最长、重量最大的化工容器筒体锻件 ,该筒体最大交货尺寸为外 2 6 98/ 内 2 4 0 0mm× 4 40 0mm ,重量为 ... 详细信息

大庆石化 12 0× 10 4t/a加氢裂化装置冷高压分离器和循环氢分液罐筒体锻件是目前国内制造的内径 2 0 0 0～ 30级别筒体中长度最长、重量最大的化工容器筒体锻件 ,该筒体最大交货尺寸为外 2 6 98/ 内 2 4 0 0mm× 4 40 0mm ,重量为 4 4. 2 13t ,达到二重公司现有设备制造极限 ,制造困难。其特点是超长、超大 ,且筒体钢种采用抗氢钢 16MnR(HIC)及技术条件。为实现HIC抗氢钢和超长大型筒体的制造 ,满足材料的腐蚀特性要求。研究和确定了冶炼、锻造及热处理工艺方案 ,解决筒体超重、超大筒体的制造难题 ,成功制造了三件筒体锻件。

关键词：锻件 16MnR 抗氢钢大型筒体锻造制造钢种化工容器超大型液罐

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萘对HR-2抗氢钢粘接性能的影响

中国胶粘剂 2016年第9期25卷 12-15页

作者：廖宏陈捷黄勇中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900

用EP（环氧树脂）-酸酐胶粘剂粘接HR-2抗氢钢,制成的胶接件在萘环境中储存1～2 a后会出现脱胶现象。采用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XRD）法、热失重分析（TGA）法、差示扫描量热（DSC）法和红外光谱（FT-IR）法对萘环境中胶粘... 详细信息

用EP（环氧树脂）-酸酐胶粘剂粘接HR-2抗氢钢,制成的胶接件在萘环境中储存1～2 a后会出现脱胶现象。采用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XRD）法、热失重分析（TGA）法、差示扫描量热（DSC）法和红外光谱（FT-IR）法对萘环境中胶粘剂的性能变化进行了分析。研究结果表明：萘升华后渗透至胶粘剂内部,致使胶粘剂氧化降解,故胶粘剂的硬度降低、粘接强度下降;胶接件在萘环境中室温储存1 a后,其拉伸强度接近于0,因而发生脱胶现象,说明在萘环境中不能采用粘接的连接方式。

关键词：胶粘剂抗氢钢环氧树脂酸酐萘拉伸强度粘接强度

加氢装置15CrMoR(H)抗氢钢的埋弧焊

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压力容器 2010年第1期27卷 35-37,51页

作者：王丽黑鹏辉阳震高军松中国船舶重工集团公司第七二五研究所河南洛阳471000

对加氢装置主体材料抗氢钢15CrMoR(H)的焊接性进行分析,制定合理的焊接工艺评定,实现对抗氢钢15CrMoR(H)产品的埋弧焊。

关键词： 15CrMoR(H) 抗氢钢冲击韧性加氢装置

抗氢钢在中、小型氮肥厂高压管线中的应用小结

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化工设计通讯 1993年第3期19卷 48-49页

作者：孙东篱浙江工业大学化工设备厂杭州市310014

采用10MoWVNb,12SiMoVNb 抗氢钢制造的高压管已普遍应用到合成塔至废热锅炉的管道上,其总造价约为不锈钢管的1/3,且高温强度优于不锈钢。该厂利用该钢种已能生产 Pg320,Dg150(φ219×35)以下的各种规格和材料的管弯和管件;以及相关的配... 详细信息

采用10MoWVNb,12SiMoVNb 抗氢钢制造的高压管已普遍应用到合成塔至废热锅炉的管道上,其总造价约为不锈钢管的1/3,且高温强度优于不锈钢。该厂利用该钢种已能生产 Pg320,Dg150(φ219×35)以下的各种规格和材料的管弯和管件;以及相关的配套技术措施。

关键词：抗氢钢氮肥厂高压管线

我国2(1/4)Cr-1 Mo-(1/4)V抗氢钢的开发

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石油化工设备技术 2002年第5期23卷 38-42,48页

作者：陈崇刚黎国磊洛阳石油化工工程公司河南洛阳471003

介绍国内面对国外已开发成功各种新Cr Mo钢并很快被推广应用而将加氢反应器技术又向前推进一个新高度的背景下 ,在 90年代后期也开始着手相应材料的开发工作。在取得 3Cr 1Mo V钢开发成功的基础上 ,又相继开发出了 2 Cr 1Mo V钢... 详细信息

介绍国内面对国外已开发成功各种新Cr Mo钢并很快被推广应用而将加氢反应器技术又向前推进一个新高度的背景下 ,在 90年代后期也开始着手相应材料的开发工作。在取得 3Cr 1Mo V钢开发成功的基础上 ,又相继开发出了 2 Cr 1Mo V钢并完成了首台加氢反应器的研制。

关键词：中国 2 1/4Cr-1Mo-1/4 V 抗氢钢国产化开发应用炼油加氢设备

12SiMoVNb抗氢钢埋弧焊焊缝金属结晶裂纹敏感性的研究

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沈阳工业大学学报 1983年第2期 71-94页

作者：顾钰熹印有胜戚福国马学智

本文应用“横向可变拘束试验法”分别研究了Si、Mo、V、Nb、Cr、W、Ni等7种合金元素对12SiMoVNb抗氢钢埋弧焊焊缝金属结晶裂纹的敏感性的影响。通过对焊道中心最大裂纹长度(L)、裂纹数目(n)、临界变形量(ε临)、裂纹总长度(L总)、热裂... 详细信息

本文应用“横向可变拘束试验法”分别研究了Si、Mo、V、Nb、Cr、W、Ni等7种合金元素对12SiMoVNb抗氢钢埋弧焊焊缝金属结晶裂纹的敏感性的影响。通过对焊道中心最大裂纹长度(L)、裂纹数目(n)、临界变形量(ε临)、裂纹总长度(L总)、热裂纹温度范围(BTR)以及焊缝金属随温度降低临界变形量(CST)等六项指标的全面评定,找到了上述7种合金元素对12SiMoVNb钢焊缝金属热裂倾向的影响规律,进而对结晶裂纹断口利用扫描电镜进行细致的观察分析,深入地揭示了合金元素影响的本质。最后,在上述研究的基础上找到了具有优良抗裂性的焊丝合金系统。解决了12SiMoVNb抗氢钢埋弧焊焊缝金属结晶裂纹这一关键。

关键词：裂纹敏感性热裂纹高温裂纹埋弧焊埋弧焊接焊缝金属抗氢钢

12SiMoVNb抗氢钢碳化物与抗氢腐蚀关系

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工程科学学报 1983年第2期 119-130页

作者：陈梦谪李华瑞程桂娟马风书李怀山郭纲平北京钢铁学院河北师范大学鞍钢钢研所

抗氢钢中形成稳定的合金碳化物以固定碳,避免在高温、高压下与氢作用形成甲烷造成氢损伤,这不仅与钢材成分的合理设计有关,而且与合理选择热处理制度密切有关。本文采用综合相分析方法对12SiMoVNb合金碳化物析出及其与氢相互作用行为进... 详细信息

抗氢钢中形成稳定的合金碳化物以固定碳,避免在高温、高压下与氢作用形成甲烷造成氢损伤,这不仅与钢材成分的合理设计有关,而且与合理选择热处理制度密切有关。本文采用综合相分析方法对12SiMoVNb合金碳化物析出及其与氢相互作用行为进行探讨,指出采用～1000℃正火及720℃～740℃高温回火,以获得在铁素体基体上分布着以V;C;为主的弥散碳化物,以及Mo、V、Nb元素固溶强化是该合金获得综合力学性能,特别是高温(400℃P;=200kg/cm;)抗氢腐蚀性能的关健。

关键词：碳化物钢中碳化合物氢腐蚀抗氢钢相间沉淀贝茵体贝氏体回火温度

冷高压分离器16MnR(HIC)抗氢钢超大型筒体研制

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大型铸锻件 2004年第4期 15-21页

作者：杜军毅孙嫘鞠庆红中国第二重型机械集团公司四川618013

1 2 0× 1 0 4 吨 /年加氢裂化装置冷高压分离器和循环氢分液罐筒体锻件超长、超大 ,采用抗氢钢1 6MnR(HIC)制造 ,技术要求非常高 ,达到了二重现有设备的制造极限。我们在工艺上采用纯净钢冶炼 ;上下球面镦粗 ,预扩孔—最终扩孔、拔长... 详细信息

1 2 0× 1 0 4 吨 /年加氢裂化装置冷高压分离器和循环氢分液罐筒体锻件超长、超大 ,采用抗氢钢1 6MnR(HIC)制造 ,技术要求非常高 ,达到了二重现有设备的制造极限。我们在工艺上采用纯净钢冶炼 ;上下球面镦粗 ,预扩孔—最终扩孔、拔长—扩孔砧扩孔等超大型薄壁筒体的锻造 ;卧装、卧淬的热处理等制造技术 ,以及合理的热处理工艺参数 ,成功制造了三件筒体锻件。

关键词： 16MnR 锻件抗氢钢拔长薄壁筒体锻造镦粗冷高压分离器 HIC 加氢裂化装置