旋风分离器奥氏体不锈钢接头敏化温度区服役后性能分析

裴继斌，张斌，傅强

（大连市锅炉压力容器检验研究院，辽宁 大连 116013）

旋风分离器奥氏体不锈钢接头敏化温度区服役后性能分析

裴继斌，张斌，傅强

（大连市锅炉压力容器检验研究院，辽宁 大连 116013）

石化装置旋风分离器是催化裂化装置回收催化剂的关键设备，本文以旋风分离器奥氏体不锈钢焊接接头为对象，研究旋风分离器超温在敏化温度区服役后的材料性能和组织的变化规律。研究发现断裂韧性在敏化温度区随着时间的变化，性能下降较为显著，而强度变化不大。焊缝组织由奥氏体+δ铁素体逐渐析出σ相，转变成σ相的组织使材料性能明显劣化。

旋风分离器；奥氏体不锈钢；敏化；性能

1 概述

石化装置旋风分离器是催化裂化装置中的重要设备，在长期使用后，其奥氏体不锈钢焊缝易开裂。旋风分离器寿命的影响因素很多，其中材料在超温条件下运行，造成材料组织和性能的变化是一个重要的原因。对于材质是1Cr18Ni9Ti的旋风分离器，它的正常工作温度不大于700℃。旋风分离器长期超温在敏化温度区运行时，奥氏体不锈钢容易产生高温敏化和σ相析出，导致力学性能下降，影响旋风分离器的使用寿命。本论文以1Cr18Ni9Ti焊接接头为研究对象，分析在敏化温度时长期服役条件下，其冲击韧性和金相组织的变化，得出奥氏体材料性能的变化规律。

2 性能分析

图1为750℃下材料冲击韧性随时间的变化规律，由图和拟合公式可知，冲击韧性的减少幅度在整个实验过程中均非常大，从冲击韧性试验后的断口分析，可知焊缝已经明显的脆化，几乎看不到塑性变形。实验所作的时间较短，从图中的趋势线可看出，加热时间增加到一定程度时，材料的冲击韧性会减少到很低的水平。

图1 750℃材料的冲击韧性随时间的变化规律

将750℃温度下试样的屈服强度和抗拉强度，与材料初始屈服强度和抗拉强度做比较，对这两个变化趋势用对数公式拟合，如图2所示。相比冲击韧性，其强度指标屈服强度和抗拉强度虽然也下降，但是在很短的实验时间内即可达到稳定状态，并且下降的数值也不大。这说明，在敏化温度区内，如果用强度的性能变化数值作为材料的指标判断结构是否失效不够准确。

图2 750℃材料的屈服强度和抗拉强度变化规律

3 金相组织分析

图3为材料在不加热的条件下正常的焊缝组织，焊缝的金相组织为奥氏体基体+枝晶状δ铁素体。图4为材料在750℃时加热7200min后组织的变化，焊缝的金相组织为奥氏体+枝晶状δ铁素体，有少量的σ相析出。σ相是由铁素体转化而来的。奥氏体与铁素体相比，热膨胀系数更大，在快冷的过程中，奥氏体的变形更大，当材料在600～850℃之间停留时，铁素体就会转化为σ相。σ相是无磁性且具有高硬度的脆性相。σ相形成的同时会伴随着硬度的增加与塑性、韧性的降低。而且析出引起铬变化（铬加速σ相的形成）而使钢的耐蚀性下降。

图3 材料在不加热的条件下焊缝的金相组织(100x)

图4 750℃温度下加热7200分后焊缝的金相组织（500x）

3 结语

奥氏体不锈钢材料超温在敏化温度区长期服役性能变化的主要原因是材料中析出σ相。材料长期在高温下服役，σ相的析出引起了材料的脆化，脆化会引起材料冲击韧性的下降和塑性的降低。当材料不能通过塑性变形来缓解结构应力时，因变形受约束而产生的结构应力越来越大，最终由于超过抗拉强度而断裂。

[1]刘金红. 旋风分离器的发展与理论研究现状[J].化工装备技术，1998，199（5）：49-50.

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TE624

A

1671-0711（2017）05（上）-0174-02