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《南京工业大学》 2004年
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液化石油气球罐再制造技术

孔凡玉  
【摘要】:球罐作为存储化学介质的压力容器,在我国化工、石油化工、冶金及城市燃气 等工业中得到了广泛的应用。球罐中约有 40%用来存储液化石油气(Liquid petroleum gas,LPG)。由于 LPG 常常含有超过标准要求的硫化氢和水分,导致低 合金钢制造的球罐发生应力腐蚀开裂,威胁着球罐长周期安全可靠运行。 本文从液化气球罐再制造技术出发,针对 16MnR 和 SPV50Q 球罐用钢,在分 析湿硫化氢环境下应力腐蚀开裂形式的基础上,通过残余应力测量和 M-WOL 预裂 纹试样的应力腐蚀开裂试验,对不同硫化氢浓度、不同焊接状态条件下的应力腐蚀 开裂进行研究。本文主要研究内容和结论如下: 1.论文总结了湿硫化氢环境下常见的应力腐蚀开裂形式,指出氢鼓泡(HB) 和氢致裂纹(HIC)与应力大小无关,仅与介质的苛刻度、材质纯净度及材料显微 组织有关;而硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和应力诱导的氢致开裂(SOHIC)与 应力有密切的关系,焊接残余应力是重要的影响因素。 2.通过磁弹法测量焊接残余应力,研究了 SPV50Q 和 16MnR 球罐用钢焊接试 板的残余应力状况,研究表明在焊态情况下,16MnR 焊接试板的焊接残余应力状况 好于SPV50Q焊接试板,SPV50Q焊接试板上有的焊接残余应力超过0.7σs,而16MnR 焊接试板的焊接残余应力不超过 0.7σs。焊后热处理能降低焊接残余应力,使焊接残 余应力分布趋于均匀,16MnR 焊接试板热处理效果更好。通过 SPV50Q 球罐的焊接 残余应力实际测量,进一步表明焊后热处理能改善焊接残余应力状况。 3.由于 SPV50Q 焊接后,在焊接粗晶热影响区存在淬硬性组织,使得焊接残 余应力较大,如果不经过焊后热处理,在湿硫化氢环境下使用,容易引起应力腐蚀 开裂。16MnR 由于可焊性较好,焊接后残余应力不高,如果经过焊后热处理,能很 好预防硫化物应力腐蚀开裂,但在高硫化氢浓度下,容易形成氢致开裂。 4.考虑不同材料、不同焊接状态和不同硫化氢浓度,进行了 M-WOL 预裂纹 试样应力腐蚀开裂试验。试验结果表明随着硫化氢浓度的减少,应力腐蚀裂纹扩展 速率 da/dt 降低,应力腐蚀临界应力强度因子 KISCC增加。对于 SPV50Q 钢和 16MnR 钢,在焊态情况下,粗晶热影响区的应力腐蚀裂纹扩展速率最大,应力腐蚀临界应 Ⅰ WP=4 摘 要 力强度因子 KISCC 最小,说明抗硫化氢环境下的应力腐蚀开裂能力最弱。热处理有 助于降低应力腐蚀裂纹扩展速率 da/dt,提高应力腐蚀临界应力强度因子 KISCC,增 加抗应力腐蚀开裂的性能。 5.SPV50Q 钢试样裂纹扩展速率在任何情况下较 16MnR 钢高,说明 SPV50Q 钢具有较高的应力腐蚀开裂敏感性,这是因为 SPV50Q 钢经过淬火回火调质处理, 屈服强度和抗拉强度得到显著提高,塑韧性相对较低,特别是焊接后热影响区粗晶 部分由于板条马氏体组织的生成,导致冷裂倾向增加和韧性下降的倾向。就应力腐 蚀临界应力强度因子 KISCC而言,16MnR 材料最低,这主要与材料的强度有关,这 并不说明 16MnR 材料在湿硫化氢环境下应力腐蚀开裂敏感性较高。
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