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热壁加氢反应器材料2 1/4Cr-1Mo的回火脆性研究

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热壁加氢反应器材料2 1/4Cr-1Mo的回火脆性研究

作者：孙宇南京工业大学

学位级别：硕士

在石油炼制中广泛采用加氢工艺，该工艺能有效提高油品质量、改善油品性能、降低损耗、提高产品收益率。因此加氢工艺受到各国炼油工业的普遍重视，获得了较快发展。加氢反应器是加氢工艺的核心设备，它的稳定运行对整个装置的安全至关... 详细信息

在石油炼制中广泛采用加氢工艺，该工艺能有效提高油品质量、改善油品性能、降低损耗、提高产品收益率。因此加氢工艺受到各国炼油工业的普遍重视，获得了较快发展。加氢反应器是加氢工艺的核心设备，它的稳定运行对整个装置的安全至关重要。目前使用的加氢反应器可按工作状态下外壁的温度分为冷壁和热壁两种，本文主要研究的是热壁加氢反应器。目前热壁加氢反应器的主要选材还是2 1／4Cr-1Mo钢，但该种材料在操作温度下具有明显的高温回火脆化特性。因此，针对该种材料的回火脆化特性展开研究工作，对设备的安全运行具有重要意义。扬子石化公司芳烃厂加氢裂化装置于1989年10月正式投产，反应器内底部预先放置了4个带有焊缝的试块，试块材料、焊材及焊接工艺与筒体焊材和焊接工艺均相同。每运行一个周期约5万小时即取出一个试块，进行材料劣化的研究，为反应器的安全运行提供依据。1995年(大约服役50000小时)曾对加氢精制反应器DC101A内随其运行了5年的试块进行了解剖，实验研究表明该反应器材质发生了一定程度的劣化。至2001年7月已运行了12年，为了继续了解反应器在使用过程中材质的劣化情况，从反应器内部取出了另一试块进行研究。本文的主要研究工作如下： 1．对已服役12年的试块进行回火脆化实验。通过反应器母材及焊缝金属在各温度下的冲击试验，获得冲击功随试验温度的变化曲线，确定材料的回火脆化量。通过试样的冲击断口宏观形貌分析，获得断口形貌转变温度，从而确定材料的回火脆化量。 2．将服役5年和12年的试验数据进行比较和分析。研究结果表明：服役12年后，试块产生了明显的脆化，说明试块的脆化度随服役时间的增加而增加。同时发现，不管是母材还是焊缝，取样位置对脆化度的增加量影响不大。 3．虽然试块所处环境与反应器简体一致，但它是放置在反应器内部，承载情况却与反应器简体承载情况不同，试块不受应力作用而反应器筒体则在一定应力下工作。因此，探讨应力、温度对材料脆化的综合影响是十分必要的。对已服役12年的试块进行加载和不加载回火脆化实验，通过脆化试样脆化量的比较，结果表明：温度是导致材料回火脆化的主要影响因素，应力对试块的回火脆性的影响不显著。 4．应用晶界平衡偏聚理论分析2 1／4Cr-1Mo钢中杂质元素磷在运行条件下偏聚量与回火脆化量的关系。通过回火脆化量计算公式得到了回火脆化量与微量元素成分、温度、

关键词：加氢反应器 21/4Cr-1Mo钢回火脆化平衡偏聚非平衡偏聚应力

磷在镍基变形高温合金中的强化作用及偏聚行为

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磷在镍基变形高温合金中的强化作用及偏聚行为

作者：斯天斅沈阳工业大学

学位级别：硕士

磷元素在高温合金中是一种常见的残余元素,其元素含量与合金性能有着密不可分的联系。磷元素主要从熔炼合金的原材料中混入,所以被科学家们认为是有害元素。直到高温合金冶炼工艺逐渐发展,纯净化程度升高,人们发现少量的磷对合金性能有... 详细信息

磷元素在高温合金中是一种常见的残余元素,其元素含量与合金性能有着密不可分的联系。磷元素主要从熔炼合金的原材料中混入,所以被科学家们认为是有害元素。直到高温合金冶炼工艺逐渐发展,纯净化程度升高,人们发现少量的磷对合金性能有益,在IN718合金中磷对持久寿命提升7倍之多。由于高温合金种类繁多,磷在不同体系合金中的作用也不尽相同。因此,本文按基体元素种类进行划分,比较了磷对镍基和镍铁基合金是否存在差异化影响。在IN718成牌合金基础上,保留其主要元素Ni、Cr、Fe、Al,并同时移除Fe元素作为对照组,观察不同磷含量对两类合金的影响。通过比较磷在两类合金中的作用可以更清楚的掌握P与Fe元素的交互作用。研究结果显示:在两类合金的铸态组织中,磷的加入对于等轴晶的形成起到抑制作用,同时具有细化柱状晶的趋势并促进柱状晶规则生长。使枝晶间距逐渐变小,细化枝晶,并在Ni-Cr和Ni-Cr-Fe合金中分别促进了三次枝晶的形成以及二次枝晶的横向长大。磷在铸态中主要呈规则球状相形式分布在枝晶间,查阅文献得富磷相为MNP-γ共晶,相熔点在980℃-990℃。在熔炼过程中加入磷元素使界面前溶质浓度梯度升高,使液相凝固速度加快。并使用EPMA对枝晶间和枝晶区域进行元素分析,发现铸态组织中P元素的加入增加了凝固组织的偏析行为。两类简化合金轧态组织都为单相γ相组织,表明磷在Ni基和Ni-Fe基高温合金中固溶度均高于0.09%。轧态组织晶粒尺寸在6μm-8μm。通过XRD衍射发现P可以使Ni-CrFe合金的衍射峰右移,证明P以置换原子形式大量固溶与晶内,而Ni-Cr系合金的衍射峰数据表明P在其中的固溶度较低。在Ni-Cr和Ni-Cr-Fe两类合金中P对拉伸性能的影响并不相同,表现出对Ni-Cr合金屈服强度有害,而对Ni-Cr-Fe系合金有益的作用。研究表明Fe元素增加Ni基合金的晶格畸变,形成大量空位,使屈服强度下降44MPa。而由于基体本身Ni具有很高的有序性,Ni-Cr简化合金中Ni含量高达81%以上,此时当P在Ni-Cr系合金少量固溶时,打破了这种有序情况,反而引入了过量的晶内缺陷导致应变微孔的产生。这也导致即使在P提升力学性能后,Ni-Cr-Fe系合金的性能仍小于NiCr系。P可以影响晶界扩散速率,进而影响晶界迁移。P对晶粒长大的影响在两类合金中也明显不同。对于Ni-Cr系合金而言,由于P在晶内固溶度低所以P会大量偏向于晶界富集。而由于热锻轧冷却过程中P会与空位形成复合原子团结构,这使P促进了晶界向前推进,晶粒进一步长大。促进作用在950℃固溶时间10min下最为强烈,使晶粒由22.19μm增长到31.50μm,Ni-3P合金与Ni-0P相比尺寸增长了42%。而磷对于Ni-Cr-Fe系合金晶粒长大的影响作用则更为复杂。由于Fe含量提升,使P在晶内的饱和固溶度增高。除了本身P与空位形成原子团向晶界扩散的机制以外,还有晶界处P原子向晶内的非平衡偏聚作用。这使得P对Ni-Cr-Fe系合金促进作用由两种机制共同决定,随固溶温度升高呈现出促进晶粒长大,先抑制后促进晶粒长大及完全抑制晶粒长大三种趋势。试样经1050℃固溶后,P元素在晶内的富集作用明显减少,此时观察X射线衍射峰并没有发现偏移。对此时合金进行力学性能实验可知P对Ni-Cr-Fe系合金的强化作用消失,不同磷含量的力学性能差别主要由晶粒尺寸引起的霍尔佩奇关系决定。

关键词：镍基高温合金 P元素铸态组织晶粒长大非平衡偏聚

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金属学报——第18卷 1982年分类索引

金属学报 1982年第6期 781-789页

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硼在钢中的分布

金属学报 1977年第4期 235-245+337-356页

作者：贺信莱褚幼义张秀林余宗森李秋萍尹熙光北京钢铁学院

采用经过改进的核反应产物粒子径迹照相技术,研究25MnTiBR钢中硼的分布状态及其对钢的淬透性的影响。试验结果表明,硼的平衡偏聚在高温奥氏体化时消失;硼钢在淬火过程中产生的晶界偏聚是一个非平衡的动力学过程。随奥氏体化后,淬火温度... 详细信息

采用经过改进的核反应产物粒子径迹照相技术,研究25MnTiBR钢中硼的分布状态及其对钢的淬透性的影响。试验结果表明,硼的平衡偏聚在高温奥氏体化时消失;硼钢在淬火过程中产生的晶界偏聚是一个非平衡的动力学过程。随奥氏体化后,淬火温度升高使偏聚程度增加,以及在其附近出现贫硼区,是晶界非平衡偏聚的显著特征。在25MnTiBR钢中加入0.4%稀土金属,在一定温度范围内有显著阻碍硼向奥氏体晶界偏聚的作用。这可能主要是由于稀土元素在此温度范围内存在有平衡偏聚的结果;硼和稀土元素在奥氏体晶界偏聚,以一定程度互相配合,对提高钢的淬透性是有利的。

关键词：奥氏体晶界图版稀土元素 ⅢB族元素晶界偏聚钢中非平衡偏聚蚀坑密度淬透性奥氏体化淬火温度

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12Cr1MoV钢动态断裂韧度的估算研究

机械工程与自动化 2006年第4期 70-72页

作者：胡艳华杨尚林内蒙古工业大学内蒙古呼和浩特010062 哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨150001

根据示波冲击试验结果,结合经验公式,估算12C r1M oV钢的动态断裂韧度。结果表明,12C r1M oV钢的动态断裂韧度随恒温保持时间的变化规律与磷的非平衡晶界偏聚动力学曲线吻合得很好。通过冲击动力学试验建立动态断裂韧度与脆性溶质原子... 详细信息

根据示波冲击试验结果,结合经验公式,估算12C r1M oV钢的动态断裂韧度。结果表明,12C r1M oV钢的动态断裂韧度随恒温保持时间的变化规律与磷的非平衡晶界偏聚动力学曲线吻合得很好。通过冲击动力学试验建立动态断裂韧度与脆性溶质原子非平衡晶界偏聚动力学的对应关系,用恒温过程中的晶界偏聚浓度的变化来表征金属材料服役过程的可靠性。

关键词：动态断裂韧度冲击试验非平衡偏聚钢

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中温低张应力下磷在2．25Cr-1Mo钢中的晶界偏聚研究

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武汉科技大学学报 2008年第4期31卷 357-360页

作者：陈莉袁泽喜周家祥宋申华武汉科技大学材料与冶金学院湖北武汉430081 哈尔滨工业大学深圳研究生分院广东深圳518055

采用俄歇电子能谱仪(AES)研究了在520℃,40 MPa的张应力下2.25Cr-1Mo钢中磷元素的晶界偏聚行为。经检测发现磷在晶界处发生了明显的非平衡晶界偏聚现象,其临界时间为0.5 h,此时磷原子的偏聚量为14.82%(原子百分比)。根据徐庭栋的中温低... 详细信息

采用俄歇电子能谱仪(AES)研究了在520℃,40 MPa的张应力下2.25Cr-1Mo钢中磷元素的晶界偏聚行为。经检测发现磷在晶界处发生了明显的非平衡晶界偏聚现象,其临界时间为0.5 h,此时磷原子的偏聚量为14.82%(原子百分比)。根据徐庭栋的中温低张应力引起的非平衡晶界偏聚理论模型进行分析,发现张应力使磷-空位复合体的扩散系数增加了1个数量级,使磷原子的扩散系数降低了4个数量级,且俄歇试样的断口形貌与晶界磷原子的偏聚结果相一致。

关键词：磷非平衡偏聚张应力扩散系数

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