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2.25Cr-1Mo钢是加氢反应器普遍采用的材料。由于反应器长期在高温高压、临氢环境下运行,该钢会发生回火脆化现象,在反应器停工或急冷过程中,高温时溶解于钢内的氢将处于过饱和状态,此时回火脆化与氢的联合作用对反应器产生危害的程度是目前百化行业关注的问题。本文对已运行了10万小时的加氢反应器的随机试块进行了一系列的氢脆试验,包括冲击试验、J积分断裂韧性试验、WOL试样恒位移试验以及慢应变速率拉伸试验,对回火脆化材料在氢的作用下的脆化程度及各种氢脆试验方法的适用性作了全面的分析,其研究结果对现正在服役的加氢反应器的安全运行有重要的工程价值和普遍的指导作用。
本文的主要研究内容与创新成果有以下几个方面:
(1)确定了电解充氢的最佳温度为25℃。首次建立了25℃下充氢电流密度和氢浓度的关系,为研究回火脆化后的2.25Cr-1Mo钢的氢脆问题提供了重要的基础。
(2)首次建立了一种能保持试样内氢浓度恒定与可控的氢脆试验方法,获得了2.25Cr-1Mo钢在25℃、应变速率为2×10-5s-1下脆化指数Iψ和氢浓度CH的关系,确定了停工状态下25℃时反应器钢材的氢致塑性(ψ)损失的安全氢浓度,对反应器停工时的安全操作规程的制定意义重大。
(3)氢对回火脆化材料的脆化作用的影响不仅与材料的回火脆化程度有关,而且与材料的应变速率有关。FATT低于0℃的材料,充氢后FATT的上升量低于10℃,FATT为77.9℃的材料,充氢后FATT显著上升了70.5℃;室温时相同氢浓度下,快速拉伸(1.44s-1)对材料的断后伸长率和断面收缩率没有影响,慢拉伸(2×10-5s-1)则显著下降。因此高应变速率(如冲击试验)不能用来评价材料的氢脆。
(4)首次确认对于2.25Cr-1Mo钢不同回火脆化程度时氢的脆化作用的评价,在线充氢慢应变速率拉伸试验是最佳的试验方法。
(5)提出了加氢反应器用2.25Cr-1Mo钢在发生回火脆化后和氢联合作用的脆化机理:冲击载荷下材料发生的氢致开裂,是固溶在晶格间隙内的氢浓度(CL)和陷阱处(包括回火脆杂质在晶界的偏析)的氢浓度(CT)所形成的氢压降低了原子键合力造成的,材料的断裂模式由回火脆杂质在晶界的偏析量决定;慢应变速率下(<10-3s-1)材料发生的氢致开裂,是位错携带的氢气团(C⊥)和固溶在陷阱处的氢浓度(CT)互相叠加,局部区域氢浓度过饱和造成的,材料的断裂模式由固溶氢浓度CL和回火脆杂质在晶界的偏析量决定。
以上研究成果中,(1)、(2)、(4)、(5)未见报导。