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加氫反應(yīng)器是重要的石油煉化設(shè)備，在原油的煉化過程中，容器內(nèi)壁堆焊的不銹鋼層處于高溫和高壓的氫氣氛中，此時(shí)如果發(fā)生因設(shè)備的操作不當(dāng)而導(dǎo)致設(shè)備急速冷卻，這就有可能發(fā)生不銹鋼耐腐蝕層與容器壁母材產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。本試驗(yàn)就是針對(duì)這個(gè)問題，按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM G146-01標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合雪弗隆在印度項(xiàng)目上的氫剝離試驗(yàn)要求，采用UT超聲波和金相法檢測(cè)2讕Cr-1Mo-讕V母材在高溫高壓的氫環(huán)境下快速降溫到室溫時(shí)，不銹鋼堆焊層對(duì)氫剝離的抵抗性，從而確定在容器在急速冷卻情況下，設(shè)備母材上的不銹鋼堆焊層是否會(huì)發(fā)生氫剝離，并通過采用不同材料的不銹鋼堆焊層的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)比不同焊接方法對(duì)氫剝離的頂抗性。

1、試樣制備

氫剝離試驗(yàn)的母材采用2讕Cr-1Mo-讕V，采用雙層(TP309L 和TP347)共5種焊接方法進(jìn)行試驗(yàn)堆焊見表1。按照ASTMG146-01的要求制備5塊氫剝離試樣見圖D。試樣為圓柱棒，直徑為73+2 mm，厚度為45+2 mm。評(píng)定層的厚度與實(shí)際產(chǎn)品的厚度相同，試樣的側(cè)面堆焊不銹鋼，以促進(jìn)氫在厚度方向上的擴(kuò)散，唯一露出母材的表面是與受測(cè)試面相反的面，在側(cè)壁堆焊的目的.是限制擴(kuò)散氫在試樣冷卻至室溫過程中及冷卻后發(fā)生徑向擴(kuò)散，這樣使擴(kuò)散氫沿著試樣的厚度的方向擴(kuò)散，與反應(yīng)器冷卻時(shí)發(fā)生的擴(kuò)散狀況相似。

2、試驗(yàn)規(guī)程

2.1、試驗(yàn) 概述

將5個(gè)試樣放置到模擬爐中，在處于高溫高壓氫環(huán)境中足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，控制冷卻速度冷卻至室溫。之后，采用超聲波直探法測(cè)定試樣界面上的氫剝離，如果發(fā)現(xiàn)有氫剝離現(xiàn)象則用金相檢驗(yàn)的方法進(jìn)一步確認(rèn)氫剝離發(fā)生的區(qū)域，并確定氫剝離區(qū)域的大小及其分布情況，如果沒有發(fā)現(xiàn)氫剝離，則觀察不銹鋼堆焊層與母材交界面處的典型微觀組織。

2.2、試驗(yàn)步驟

①側(cè)面堆焊和試驗(yàn)前均要測(cè)量試樣的原始尺寸，包括試樣的直徑、試樣的厚度、側(cè)壁堆焊層厚度和不銹鋼層的厚度，保證側(cè)壁堆存在不銹鋼堆焊層。

②每次測(cè)量前，采用按照ASTM G146-01 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鉆有3 mm直徑孔的校準(zhǔn)塊校核超聲設(shè)備的靈敏度見圖3。

③試樣 在模擬煉化環(huán)境前，應(yīng)采用超聲直探法按照ASME第V卷第五章規(guī)定方法_二對(duì)試樣進(jìn)行探傷。

④用無氯試劑清洗試樣，清洗后采用夾鉗轉(zhuǎn)移試樣。

⑤使用夾具把試樣 安裝到模擬爐中均勻加熱。

⑥密封好測(cè)試容器后， 把空氣從測(cè)試容器和相關(guān)系統(tǒng)中排除，注入氬氣以減少測(cè)試爐中的氧氣濃度。反復(fù)進(jìn)行3注氣循環(huán)。

⑦測(cè)試前確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)中的壓力。在設(shè)定壓力下保持10min，保證測(cè)試系統(tǒng)無泄漏和降壓情況。

⑧在完成.上述壓力測(cè)試后，排除注入的氣體，形成真空。將測(cè)試氣體氫氣充填到容器中，增壓至設(shè)定值。

⑨使用電阻絲緩慢加熱，保證爐內(nèi)溫度的緩慢均勻升溫。

⑩在達(dá)到預(yù)定溫度和壓力后保溫保壓48 h，然后將試樣急冷至室溫。

?試樣出爐后在24+2.5C環(huán)境中保存7天，用與(2相同的超聲波測(cè)試方法，測(cè)試的數(shù)量、尺寸和剝離部分面積將被確定和紀(jì)錄。然后按ASTM G146-01標(biāo)準(zhǔn)的12.16的規(guī)定進(jìn)行評(píng)定。

?試驗(yàn)完成后，解剖試樣，露出不銹鋼表層、不銹鋼/母材界面及母材基體。

?試樣按E3法金相打磨拋光，檢驗(yàn)不銹鋼合金/母材界面，檢測(cè)是否有微觀的氫剝離。

3、氫剝離試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)檢測(cè)氫剝離試驗(yàn)的5個(gè)試樣都沒有產(chǎn)生氫剝離現(xiàn)象，說明2譖Cr-1Mo-韁V這種材料在使用以上5種焊接方法堆焊時(shí)，母材與j堆焊層在熔合線區(qū)域結(jié)_合生成的氫分子數(shù)量少，產(chǎn)生的膨脹乃小，熔合線區(qū)域的脆硬組織承受的應(yīng)力沒有超過其極限，因此不會(huì)產(chǎn)生母材與堆焊層間的剝離現(xiàn)象。

對(duì)應(yīng)氫分?jǐn)?shù)量少的原因有如下分析：

（1）只有保證足夠的氫原子濃度，才可能有大量的氫原子與氫原子相遇結(jié)合的機(jī)會(huì)出現(xiàn)，而在采用表1的方法進(jìn)行堆焊時(shí)，氫原子在熔合線區(qū)域無法達(dá)到足夠的濃度，所以減少了氫分子的生成數(shù)量。

（2）由于2讕Cr-1Mo-譖V材料的合金元素V在晶間的彌散存在，阻止了氫原子在晶間的移動(dòng)，因而減少了氫原子與氫原子相遇結(jié)合的幾率，因而減少了氫分子的生成數(shù)量。