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1、?:2001 - 10 - 22 ?:董金梅(1972 - ) ,女,硕士,现华东理工大学化工机械研究所工作,主要研究压力容器加氢材料。 ?: CN31 - 1508(2002)08 - 0023 - 04 2 1/4Cr21Mo2V? 董金梅1, 张仁刚2 (1. 华东理工大学化工机械研究所, 上海200237 ; 2.上海锅炉厂有限公司, 上海200245) ?: 2 1/ 4Cr21Mo2V钢;氢浓度;氢致开裂 ?: 将传统的电解充氢装置加以改进,并以改进的充氢装置对2 1/ 4Cr21Mo2V钢进行氢致开裂试 验。通过改变各种充氢参数进行氢致开裂试验,试验结果表明钢中的氢浓度是影响材料
2、氢致开裂的重 要因素。 ?:TB303?:B 0? 热壁加氢反应器在高温高压临氢环境下运 行,其设备结构面临的主要问题有:器壁母材的 回火脆化,母材与对接焊缝的氢脆和氢致裂纹 扩展,不锈钢堆焊层金属的表面裂纹的形成以 及堆焊层的氢致剥离等。其中,发生在不锈钢 堆焊层与母材焊接熔合区的氢致剥离裂纹问 题,经过世界各国科学家多年的研究,已经取得 了较为满意的结果。如今,器壁母材的氢脆和 氢致裂纹扩展已成为国内外科学家研究的主要 对象。 本文的目的是采用电解充氢方法对2 1/ 4Cr2 1Mo2V抗氢钢材料进行氢致开裂试验,通过改 变充氢参数寻求影响材料氢致开裂性能的主要 因素。 1? 氢致开裂是一
3、种延迟开裂现象,是在加氢 反应器停止操作以后,温度降到室温附近延迟 出现的。 对氢致开裂问题的研究至今已有30多年 的历史。总的来说,对试样充氢一般采用高温 高压气相充氢、 现场挂片、 电解充氢等方法。与 其它两种方法相比,电解充氢方法主要有如下 优点: (1)电解充氢可获得较高的氢浓度1; (2)电解充氢为氢致开裂提供了适当的温 度和时间条件。 综合电解充氢方法的各种特点,它满足实 际生产中材料可能发生氢致开裂的条件和温度 范围,而且电解充氢有较好的直观性和经济性, 便于实验室操作和分析,故本文对2 1/ 4Cr2 1Mo2V抗氢钢材料进行氢致开裂性能的试验 采用电解充氢方法。 2? 传统的
4、电解充氢装置大都采用铂丝作为电 极23。本文试验采用的是改进的1T - WOL 试样,试样尺寸较大,采用铂丝作为电极,阴极 与阳极面积相差较大,将会产生极化现象,导致 电流密度分布不均匀,从而引起同一试样不同 位置充氢量的不均匀。故本试验将不采用铂 丝,而采用特制的与试样面积差不多大小的铂 第33卷第8期 2002年8月 锅 炉 技 术 BOILER TECHNOLOGY Vol. 33 ,No. 8 Aug. ,2002 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1 电解充氢示意图 片作为
5、电极。 改进的电解充氢装置整体示意图(见图 1) 。常温试验时将电解槽置于恒温水浴锅中, 0 充氢时将电解槽置于盛满冰水的保温桶中, 电源采用JWL - 30恒流晶体管稳流器,水浴锅 为501型超级恒温水浴锅。充氢结束后在甘油 测氢仪内测扩散氢含量。 3? 3.1? 化学成分测试在光谱化学分析仪BAIRD SPECTROVAC上进行,结果如表1所示。 3.2? 材料的拉伸性能试验在INSTRON - 8032 ?1? % 化学元素CMnSiSPCrMoVNiCuAsSbSn 平均含量0. 160. 540. 060. 002 0. 0062. 511. 010. 300. 060. 040.
6、01 0. 005 0. 006 ?2? 试验温度 屈服强度s(MPa)抗拉强度b(MPa)伸长率s%面缩率% 15458. 3607. 420. 380. 7 135425. 9543. 217. 082. 0 427366. 5458. 519. 080. 3 上进行,试验结果见表2。 4? 将由挂片试板材料加工成的改进型1T - WOL试样清洗、 吹干,密封其非充氢面,置于电 解槽中,采用不同的电解充氢参数:充氢电流、 充氢时间、 充氢温度,分别进行电解充氢,所得 结果如(图2图 4) 所示。并将电解充氢后1T - WOL试样的典型开裂状况(见图 5) 及具有 代表性的断口形貌示于图6。
7、 图2 不同充氢电流时试样中的平均氢浓度 (充氢温度相同,充氢时间相同) 图3 不同充氢时间时试样中的平均氢浓度 (充氢温度相同,充氢电流相同) 42 锅 炉 技 术 第33卷 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ? 图4 不同充氢温度时试样中的平均氢浓度 (充氢电流相同,充氢时间相同) 图5 典型的WOL试样开裂状况 图6 WOL试样开裂部位的断口形貌(沿晶) 5? (1)由以上的电解充氢试验结果可知: a.同一材料,充氢温度相同,充氢电流 密度相同,则充氢时间越长,充氢量越大,平均
8、氢浓度越高; b.同一材料,充氢时间相同,充氢电流 密度相同,则在室温附近充氢温度越低,充氢量 越大,平均氢浓度越高; c.同一材料,充氢时间相同,充氢温度 相同,则充氢电流密度越大,充氢量越大,平均 氢浓度越高。 由以上的分析可知,要获得较高的氢浓度, 必须具备相应的时间、 温度和电流条件。 此外,随着充氢电流密度的提高或充氢时 间的延长,试样的平均氢浓度将趋于饱和。 (2)由试样开裂部位的断口形貌(见图 6) 可知,电解充氢导致的开裂呈典型的脆性断裂 特征。由此可知,此时产生的开裂是由氢导致 的脆性开裂。 (3)在进行电解充氢的过程中,还发现在 充氢电流较小或充氢时间较短或充氢温度较高 时
9、,试样并不开裂,这说明2 1/ 4Cr21Mo2V钢发 生氢致开裂有一临界氢浓度。当材料中的氢浓 度超过此值时,就会发生氢致开裂。 在工程上,运行着的加氢反应器并未处于 一电解充氢环境之中,因而,温度是影响加氢反 应器器壁材料氢浓度的关键性因素。为了保证 加氢反应器的安全运行,在快速放空和急冷时, 必须控制冷却速度,否则,可能会导致加氢反应 器在温度降到室温附近时发生氢致开裂。 ?: 1贾瑞兰. 2 1/ 4Cr21Mo钢氢脆及其与回火脆叠加的研究 J .石油化工设备,1987 ,16(10) :4. 2万颖滨,林金榜.加氢反应器用铬钼钢氢脆断裂性能的研 讨J .化工炼油机械,1984 ,13
10、(5) :84. 3 W J Albery. Electrode Kinetics M . Clarendon , Oxford , 1975. 52 第7期董金梅,等:2 1/ 4Cr21Mo2V钢抗氢致开裂性能的研究 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. St udy on t he Properties Resis ting t o Hydrogen2Induced Cracking of 2 1/ 4Cr21Mo2V St eel DON G Jin2mei , ZHAN G Re
11、n2gang Key words :2 1/ 4Cr21Mo2V steel ; concentration of hydrogen; hydrogen2induced cracking Abs tract :In this paper , the conventional equipment of electrochemical hydrogen charging is improved. With the improved equipment , the properties resisting to hydrogen2induced cracking of 2 1/ 4Cr21Mo2V
12、steel are studied. A series of electrochemical hydrogen charging tests are dong by changing the factors of electrochemical hydrogen charging. It has been shown that the concertration of hydrogen is the important factor influencing the hydrogen2induced cracking of 2 1/ 4Cr21Mo2V steel. (上接第8页) 验也证明,该
13、条件下的型煤燃烧状况良好。本 型煤在实际应用上经济可行。 ?: 1Berker.Briquetting of Asin - Elbisten lignite of Turkey using different waste materialsJ . Fuel Process Technol ,1997 ,51 (12) :137 - 144. 2Taylor , John W. Effect of binder displacements during bri2 quetting on the strength of formed cokeJ . Fuel , 1991 , 70 (7) :87
14、3 - 876. 3Rahman A N E , Mosood M A , Prasod C S N. Influence of size and shape on strength of briquettes J . Fuel Process Technol , 1989 , 23(3) :185 - 195. 4David E C , Harry M. Factors in influencing propertiesof coal briquettesJ . Fuel , 1989 ,68(8) :1031 - 1038. 5杨国华.锅炉燃煤加工新技术的研究J .热能动力工程, 1997
15、 ,12(1) :68 - 70. 6武增华,张连庆.燃煤助燃剂的功效及节能、 除害机理J . 节能,1996 ,(4) :7 - 8. 7朱伟勇.最优设计理论与应用 M.辽宁:辽宁人民出版 社,1981. The Ort hogonal Experiment s about t he Combus tion Charact eris tic of Cylinder Briquet t e GON G Yan2w u , GU A n2zhong , ZHAO Guang2bo Key words :cylinder briquette ; ratio of losing weight ; t
16、he orthogonal method Abs tract :In this article experiments are conducted with the orthogonal method to study efficiently how the factors influence the combustion characteristic of cylinder briquette. The result shows that compression strength is one of the most distinct factors that have an impor2
17、tant effect on the ratio of losing weight may vary greatly. The ratio of losing weight of cylin2 der briquette with high content of the bender is a litter low. And the content of sulfur cap2 ture has little effect on the combustion performance. 62 锅 炉 技 术 第33卷 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ?