珠光體耐熱鋼#知識資料

1、1.2關(guān)于珠光體耐熱鋼的研究珠光體耐熱鋼在化工、石油設(shè)備中主要用于爐管、熱交換器和其它受熱面管子、高壓加氫設(shè)備中的各種管道和高溫緊固件。1.2.1珠光體耐熱鋼的特點珠光體耐熱鋼除碳鋼外，大多是含有鉻、鉬元素，少數(shù)的還含有釩元素，但含量都不大，所以當(dāng)加熱、冷卻時都能發(fā)生a相的轉(zhuǎn)變。經(jīng)正火后，容易得到珠光體組織，因此，這類鋼稱為珠光體耐熱鋼。作為石油化工熱交換器和鍋爐用鋼，除了要求有較好的耐熱性外，還要求有很好的焊接性能和冷加工性能，為此，這類鋼應(yīng)具有良好的塑性。因此，其化學(xué)成分中含碳量都很低，其中鋼管的含碳量要求更低，一般在0.10.15%C之間；鋼板為0.200.30%C之間，最多不能超過0.

2、30%C。這類鋼作為耐熱鋼，其耐熱性雖然比奧氏體鋼低，但它有許多優(yōu)點：1) 這類鋼合金元素少，價格比較便宜；2) 冷、熱加工性能和焊接性能較好，熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱性能強(qiáng)，從而可避免焊接時引起局部過熱和產(chǎn)生較大的應(yīng)力；3) 熱處理工藝簡單，一般為正火加回火，能改善機(jī)械性能，也能利用熱處理細(xì)化組織。但這類鋼耐熱性較差，它的工作溫度一般不超過550580。1.2.2珠光體耐熱鋼的組織穩(wěn)定性在高溫、應(yīng)力長期作用下，由于擴(kuò)散過程加快，鋼的組織將逐漸發(fā)生變化。由于組織的不穩(wěn)定性將引起鋼的性能的變化，特別是對鋼的熱強(qiáng)性、松弛穩(wěn)定性等性能都會帶來不利的影響。珠光體耐熱鋼在高溫長期工作條件下常見的組織不穩(wěn)定現(xiàn)象

3、有：1.2.2.1石墨化鋼在高溫、應(yīng)力長期作用下，由于珠光體內(nèi)滲碳體分解為游離石墨的現(xiàn)象稱為石墨化。低碳鋼當(dāng)溫度于450以上，含0.5%Mo的鋼在500左右長期工作時，都可能發(fā)生石墨化，此時，鋼脆化，強(qiáng)度與塑性降低，可導(dǎo)致爆管等事故。對由于長期過熱導(dǎo)致爆管的20鋼分析發(fā)現(xiàn)，其石墨化已達(dá)三級。一般鋼發(fā)生石墨化的時間約需幾萬小時。防止0.5%Mo鋼石墨化的最有效方法是實行進(jìn)一步的合金化。在鋼中加入鉻、釩、鈮等強(qiáng)碳化物形成元素能有效地阻止石墨化。1.2.2.2珠光體球化低合金珠光體型耐熱鋼在高溫和應(yīng)力長期作用下，珠光體組織中片狀滲碳體逐漸自發(fā)地趨向形成球狀滲碳體，并慢慢聚集長大。該現(xiàn)象稱為珠光體球化

4、。文獻(xiàn)5對碳化物的球化過程和機(jī)理進(jìn)行了探討。影響球化的主要因素是溫度、時間和化學(xué)成分。實踐表明，低合金耐熱鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩、鈮等合金元素能顯著地減弱其球化過程。這些合金元素的單個加入或復(fù)合加入后都能起到良好的作用。其原因是，它們能減弱碳在固溶體中的擴(kuò)散，同時這些合金元素又能與碳形成穩(wěn)定的碳化物。1.2.2.4蠕變過程中析出相類型的轉(zhuǎn)變在高溫和應(yīng)力條件下長期作用下，由于珠光體中Fe3C的分解，固溶體內(nèi)合金元素向碳化物過渡以及碳在固溶體內(nèi)擴(kuò)散過程加速進(jìn)行，會引起在蠕變過程中碳化物相析出類型發(fā)生變化，從而影響鋼的熱強(qiáng)性。文獻(xiàn)7-13對低合金鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼長期服役后的碳化物相進(jìn)行了研究，其轉(zhuǎn)變

5、過程大致是：珠光體組織中Fe3C球化和分解，在鐵素體基體中開始析出M7C3、M23C6、M2C等不同類型的碳化物，同時發(fā)生固溶體內(nèi)合金元素的貧化，隨工作時間的增長，碳化物顆粒也聚集長大，最后轉(zhuǎn)變?yōu)镸6C碳化物。1.2.3珠光體耐熱鋼的熱強(qiáng)性能珠光體耐熱鋼是在高溫和應(yīng)力下長期使用的材料，因此要求鋼具有長期熱強(qiáng)性能，通常這指的是鋼在高溫和應(yīng)力長期作用下的拉變形和抗斷裂能力。它的基本判據(jù)是蠕變極限和持久強(qiáng)度。對緊固件用鋼來說，松弛穩(wěn)定性也是重要判據(jù)之一。1.2.3.1蠕變極限通常所說的蠕變極限都屬于條件蠕變極限，它是由蠕變第二階段的蠕變速率所確定下來的應(yīng)力，或在一定時間間隔內(nèi)達(dá)到規(guī)定的總形變時的應(yīng)力

6、。蠕變極限表明材料在高溫下的形變抗力，它隨溫度的提高而降低。許可的蠕變形變的大小，取決于零部件的工作條件及對零部件所要求的使用期限。1.2.3.2持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度表明材料在高溫和應(yīng)力長期作用下的抗斷裂能力，通常用以表示材料在給定溫度下經(jīng)過規(guī)定時間發(fā)生斷裂的應(yīng)力。持久強(qiáng)度是進(jìn)行高溫材料強(qiáng)度計算的另一個判據(jù)。有些部件如鍋爐過熱器管及再熱器管，對蠕變速率的限制不嚴(yán)，但必須保證在使用期間內(nèi)不致爆破。這些部件的主要設(shè)計依據(jù)便是持久強(qiáng)度。長期持久強(qiáng)度是通過較短期的持久強(qiáng)度試驗求出規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力下到斷裂所經(jīng)歷的時間外推求得的。通過對12Cr1MoV、12CrMo、10CrMo910等三種熱強(qiáng)鋼的持久強(qiáng)度

7、數(shù)據(jù)分析表明，它們的持久強(qiáng)度均最佳服從對數(shù)正態(tài)分布，經(jīng)不同時間運行后的12Cr1MoV鋼其持久強(qiáng)度仍在其原始狀態(tài)持久強(qiáng)度分散帶內(nèi)，揭示了高溫性能數(shù)據(jù)資源共享的可行性。1.2.3.3松弛穩(wěn)定性保持線尺寸不變的受力試樣或機(jī)件，在給定溫度下，在力的作用方向上，靠彈性變形的減少，塑性變形的逐漸增加，使應(yīng)力隨時間逐漸自發(fā)降低的現(xiàn)象叫做松弛。可以用下列條件來表示松弛過程：總= 彈+塑=常數(shù)常數(shù)目前對松弛的機(jī)理還沒有完整的認(rèn)識，一般認(rèn)為第一階段松弛主要發(fā)生在晶界上，晶界的擴(kuò)散過程起主要作用；第二階段松弛主要發(fā)生在晶粒內(nèi)部，由鑲嵌塊的轉(zhuǎn)動或移動所引起的。1.2.4.2 1Cr5Mo鋼1Cr5Mo是石化行業(yè)中廣

8、泛采用的珠光體耐熱鋼，在550以下有一定的熱強(qiáng)性，650以下有較好的抗氧化性，在熱石油介質(zhì)中有很好的耐蝕性。適用于制造石油蒸餾的管道及容器，廣泛用于制造熱交換器和再熱器等。近年來關(guān)于1Cr5Mo比較系統(tǒng)而深入的研究不多。目前的研究主要集中在兩方面，一是對在役的1Cr5Mo爐管進(jìn)行組織性能分析及剩余壽命預(yù)測，二是對損壞的1Cr5Mo爐管進(jìn)行失效分析。加拿大學(xué)者M(jìn)ay將轉(zhuǎn)化爐爐管的高溫蠕變損傷分為五級，各級對應(yīng)于不同的剩余壽命，見圖1-l所示。張禮敬等利用這一方法對Cr5Mo爐管進(jìn)行了剩余壽命的評估，即在破裂部位組織嚴(yán)重?fù)p傷，被定為E級(存在宏觀裂紋)；舊管部位的組織為B-C級(形成空洞)，其接近總壽命的1/3。文獻(xiàn)44研究了經(jīng)長期高溫壓力服役后的1Cr5Mo耐熱鋼管道，分析