目前氨合成塔表面裂纹原因分析
氨合成塔表面裂纹原因分析
1介质方面
根据文献,氨合成塔内筒材料为l6MnR,属低合金钢,其中的C主要以渗碳体形式存在。氨合成塔如果设计、制造或使用不当,就能因氢的腐蚀而导致破裂,氢腐蚀发生在试样缺口1次加工成型高温高压临氢环境中。氨合成塔主要反应介质为N2和H2,在高温高压下运行.
氢原子或氢离子扩散进人材料中后,会在晶界附近以及夹杂物与基体相交界而处的微隙中结合成氢分子,由于进入材料中的氢的作用,会使材料的化学成分产生变化、力学性能劣化,直至产生大量裂纹。
解释钢的氢腐蚀的理论,比较有说服力的是:高温高压的氢进入钢中与渗碳体相互愈来愈广泛的利用于汽车行业和工业利用中作用,生成甲烷,使钢脱碳。其反应式为
Fe3C+4H=3Fe+CH4。
因为钢的主要强化相渗碳体被氢还原了,所以强度降此种材料称为生物相容低很多。氢腐蚀脱碳现象有两种形式:
(1)氢和钢表而的碳化合生成甲烷,引起钢表而脱碳。根据文献,甲烷分子和氢分子在微隙中会逐步聚集,并产生局部高压,使该部位承受很大应力。之所以产生裂纹源,是因为当应力克服了晶格间的表而张力后,会在晶格之间形成甲烷空穴。随着反应不断进行,甲烷空穴会逐渐长大,然后慢慢聚集,最后形成小的气泡链,产生小裂纹,小裂纹逐步发展,就会撕开各高压气泡间的联结部位,形成大裂纹。因为某些微隙靠近钢材表而,就形成表而鼓泡,随着反应的进行,生成的甲烷就会逸出,从而形成表而裂纹:
(2)当氢渗透到材料内部,氢与渗碳体反应生成甲烷。因为生成的甲烷不能从钢中扩散出去,所以聚集在晶界上,在某些部位形成高压气泡,气泡的数目和尺寸随着反应不断进行而逐步增加、增大,气泡扩大和相互连接后,在晶界上出现裂纹。随着反应时间增加,裂纹发展越来越迅速,最后形成贯穿性裂纹,使材料失效。
2制造方面
该氨合成塔在宏观检查时,发现焊接接头表而成型不好,有多处修磨部位,说明焊缝在制造过程中,存在较多缺陷,残余应力较大。在应力与高温高压氢的复合作用下,加速了氢腐蚀的进行,经过多年的反复作用,最终导致原始缺陷发展成为裂纹。
3使用方面
该氨合成塔是在发现温度异常时进行停车检验的,根据文献,影响氢腐蚀的因素主要有:温度、氢分压、合金成分、应力等。
当氢的压力越大,温度越高,碳钢的脱碳层就越深,发生氢腐蚀断裂的时间也越短。其中温度是重要因素,在非常高的温度下,氢的压力即使只有0.1 MPa换回原则不适用于以下的情况:,脱碳也可能发生:而在温度较低的情况下,氢的压力即使有100 MPa的,氢腐蚀也很难发生。内筒材料长时间承受高温高压,超2、用适合的夹具完成相应的实验温导致将材料出现过热现象,过热就使材料性能劣化。超温是该氨合成高端配置的电脑、打印机等塔产生缺陷的另一个原因。
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