旋風分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區服役后性能分析

裴繼斌，張斌，傅強

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013）

旋風分離器奧氏體不銹鋼接頭敏化溫度區服役后性能分析

裴繼斌，張斌，傅強

（大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013）

石化裝置旋風分離器是催化裂化裝置回收催化劑的關鍵設備，本文以旋風分離器奧氏體不銹鋼焊接接頭為對象，研究旋風分離器超溫在敏化溫度區服役后的材料性能和組織的變化規律。研究發現斷裂韌性在敏化溫度區隨著時間的變化，性能下降較為顯著，而強度變化不大。焊縫組織由奧氏體+δ鐵素體逐漸析出σ相，轉變成σ相的組織使材料性能明顯劣化。

旋風分離器；奧氏體不銹鋼；敏化；性能

1 概述

石化裝置旋風分離器是催化裂化裝置中的重要設備，在長期使用后，其奧氏體不銹鋼焊縫易開裂。旋風分離器壽命的影響因素很多，其中材料在超溫條件下運行，造成材料組織和性能的變化是一個重要的原因。對于材質是1Cr18Ni9Ti的旋風分離器，它的正常工作溫度不大于700℃。旋風分離器長期超溫在敏化溫度區運行時，奧氏體不銹鋼容易產生高溫敏化和σ相析出，導致力學性能下降，影響旋風分離器的使用壽命。本論文以1Cr18Ni9Ti焊接接頭為研究對象，分析在敏化溫度時長期服役條件下，其沖擊韌性和金相組織的變化，得出奧氏體材料性能的變化規律。

2 性能分析

圖1為750℃下材料沖擊韌性隨時間的變化規律，由圖和擬合公式可知，沖擊韌性的減少幅度在整個實驗過程中均非常大，從沖擊韌性試驗后的斷口分析，可知焊縫已經明顯的脆化，幾乎看不到塑性變形。實驗所作的時間較短，從圖中的趨勢線可看出，加熱時間增加到一定程度時，材料的沖擊韌性會減少到很低的水平。

圖1 750℃材料的沖擊韌性隨時間的變化規律

將750℃溫度下試樣的屈服強度和抗拉強度，與材料初始屈服強度和抗拉強度做比較，對這兩個變化趨勢用對數公式擬合，如圖2所示。相比沖擊韌性，其強度指標屈服強度和抗拉強度雖然也下降，但是在很短的實驗時間內即可達到穩定狀態，并且下降的數值也不大。這說明，在敏化溫度區內，如果用強度的性能變化數值作為材料的指標判斷結構是否失效不夠準確。

圖2 750℃材料的屈服強度和抗拉強度變化規律

3 金相組織分析

圖3為材料在不加熱的條件下正常的焊縫組織，焊縫的金相組織為奧氏體基體+枝晶狀δ鐵素體。圖4為材料在750℃時加熱7200min后組織的變化，焊縫的金相組織為奧氏體+枝晶狀δ鐵素體，有少量的σ相析出。σ相是由鐵素體轉化而來的。奧氏體與鐵素體相比，熱膨脹系數更大，在快冷的過程中，奧氏體的變形更大，當材料在600～850℃之間停留時，鐵素體就會轉化為σ相。σ相是無磁性且具有高硬度的脆性相。σ相形成的同時會伴隨著硬度的增加與塑性、韌性的降低。而且析出引起鉻變化（鉻加速σ相的形成）而使鋼的耐蝕性下降。

圖3 材料在不加熱的條件下焊縫的金相組織(100x)

圖4 750℃溫度下加熱7200分后焊縫的金相組織（500x）

3 結語

奧氏體不銹鋼材料超溫在敏化溫度區長期服役性能變化的主要原因是材料中析出σ相。材料長期在高溫下服役，σ相的析出引起了材料的脆化，脆化會引起材料沖擊韌性的下降和塑性的降低。當材料不能通過塑性變形來緩解結構應力時，因變形受約束而產生的結構應力越來越大，最終由于超過抗拉強度而斷裂。

[1]劉金紅. 旋風分離器的發展與理論研究現狀[J].化工裝備技術，1998，199（5）：49-50.

[2]鄧云山. 催化裂化裝置再生器旋風分離器失效原因分析及改進措施[J].石油化工設備技術，1999，20（4）：167-169.

TE624

A

1671-0711（2017）05（上）-0174-02