旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區(qū)服役后性能分析

裴繼斌，張斌，傅強(qiáng)

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013）

旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區(qū)服役后性能分析

裴繼斌，張斌，傅強(qiáng)

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013）

石化裝置旋風(fēng)分離器是催化裂化裝置回收催化劑的關(guān)鍵設(shè)備，本文以旋風(fēng)分離器奧氏體不銹鋼焊接接頭為對象，研究旋風(fēng)分離器超溫在敏化溫度區(qū)服役后的材料性能和組織的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)斷裂韌性在敏化溫度區(qū)隨著時間的變化，性能下降較為顯著，而強(qiáng)度變化不大。焊縫組織由奧氏體+δ鐵素體逐漸析出σ相，轉(zhuǎn)變成σ相的組織使材料性能明顯劣化。

旋風(fēng)分離器；奧氏體不銹鋼；敏化；性能

1 概述

石化裝置旋風(fēng)分離器是催化裂化裝置中的重要設(shè)備，在長期使用后，其奧氏體不銹鋼焊縫易開裂。旋風(fēng)分離器壽命的影響因素很多，其中材料在超溫條件下運行，造成材料組織和性能的變化是一個重要的原因。對于材質(zhì)是1Cr18Ni9Ti的旋風(fēng)分離器，它的正常工作溫度不大于700℃。旋風(fēng)分離器長期超溫在敏化溫度區(qū)運行時，奧氏體不銹鋼容易產(chǎn)生高溫敏化和σ相析出，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，影響旋風(fēng)分離器的使用壽命。本論文以1Cr18Ni9Ti焊接接頭為研究對象，分析在敏化溫度時長期服役條件下，其沖擊韌性和金相組織的變化，得出奧氏體材料性能的變化規(guī)律。

2 性能分析

圖1為750℃下材料沖擊韌性隨時間的變化規(guī)律，由圖和擬合公式可知，沖擊韌性的減少幅度在整個實驗過程中均非常大，從沖擊韌性試驗后的斷口分析，可知焊縫已經(jīng)明顯的脆化，幾乎看不到塑性變形。實驗所作的時間較短，從圖中的趨勢線可看出，加熱時間增加到一定程度時，材料的沖擊韌性會減少到很低的水平。

圖1 750℃材料的沖擊韌性隨時間的變化規(guī)律

將750℃溫度下試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，與材料初始屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度做比較，對這兩個變化趨勢用對數(shù)公式擬合，如圖2所示。相比沖擊韌性，其強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度雖然也下降，但是在很短的實驗時間內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且下降的數(shù)值也不大。這說明，在敏化溫度區(qū)內(nèi)，如果用強(qiáng)度的性能變化數(shù)值作為材料的指標(biāo)判斷結(jié)構(gòu)是否失效不夠準(zhǔn)確。

圖2 750℃材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律

3 金相組織分析

圖3為材料在不加熱的條件下正常的焊縫組織，焊縫的金相組織為奧氏體基體+枝晶狀δ鐵素體。圖4為材料在750℃時加熱7200min后組織的變化，焊縫的金相組織為奧氏體+枝晶狀δ鐵素體，有少量的σ相析出。σ相是由鐵素體轉(zhuǎn)化而來的。奧氏體與鐵素體相比，熱膨脹系數(shù)更大，在快冷的過程中，奧氏體的變形更大，當(dāng)材料在600～850℃之間停留時，鐵素體就會轉(zhuǎn)化為σ相。σ相是無磁性且具有高硬度的脆性相。σ相形成的同時會伴隨著硬度的增加與塑性、韌性的降低。而且析出引起鉻變化（鉻加速σ相的形成）而使鋼的耐蝕性下降。

圖3 材料在不加熱的條件下焊縫的金相組織(100x)

圖4 750℃溫度下加熱7200分后焊縫的金相組織（500x）

3 結(jié)語

奧氏體不銹鋼材料超溫在敏化溫度區(qū)長期服役性能變化的主要原因是材料中析出σ相。材料長期在高溫下服役，σ相的析出引起了材料的脆化，脆化會引起材料沖擊韌性的下降和塑性的降低。當(dāng)材料不能通過塑性變形來緩解結(jié)構(gòu)應(yīng)力時，因變形受約束而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力越來越大，最終由于超過抗拉強(qiáng)度而斷裂。

[1]劉金紅. 旋風(fēng)分離器的發(fā)展與理論研究現(xiàn)狀[J].化工裝備技術(shù)，1998，199（5）：49-50.

[2]鄧云山. 催化裂化裝置再生器旋風(fēng)分離器失效原因分析及改進(jìn)措施[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，1999，20（4）：167-169.

TE624

A

1671-0711（2017）05（上）-0174-02