基于受火损伤模式的石油化工设备铝、铜部件合于使用评定技术研究

发布时间：2017-05-05 18:10

  本文关键词：基于受火损伤模式的石油化工设备铝、铜部件合于使用评定技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石化承压设备遭受火灾后,可能会发生局部或整体的变形,材料力学性能也会发生退化,但并不一定意味着失去继续服役的能力。因此有必要对其安全可靠性进行评价。本研究根据国内外的经验,并参考美国石油学会API 579《合于使用》中火灾后的评定方法,对受火后石油化工设备3A21铝合金、紫铜进行不同热暴露温度、保温时间和冷却速率的热处理来模拟火灾发生时的受火过程,并对其力学性能与微观组织进行评定,总结出一套能及时、准确和迅速的有效评价方法。结果表明:3A21铝合金的受火温度低于510℃时,冷却方式对冲击韧性影响较大,冲击吸收功在204℃空冷条件下升高65%,427℃水冷条件下升高57%;受火温度低于510℃时力学性能随受火温度升高略有降低,受火温度达到657℃时,抗拉强度降低30%,屈服强度降低45%;空冷时硬度降低37%,水冷时降低28%。受火温度在510℃以下时冷却方式对冲击韧性影响较大,温度高于510℃时材料的冲击韧性变化在空冷和水冷条件下基本一致;受火温度高于510℃后发生再结晶、硬质相颗粒部分溶解与在晶界处再析出以及晶粒粗化现象,导致力学性能下降。510℃为3A21铝合金的临界温度,硬度的临界值为38HB,晶粒组织变的粗大、第二相出现溶解。紫铜在空冷时抗拉强度降低到217Mpa下降15%,硬度降低到67HB下降13%,伸长率达到62%增加72%,断面收缩率达到83%基本维持不变;水冷时抗拉强度降低到223Mpa降低13%左右,硬度降低到69HB下降10%,伸长率达到60%增加67%,断面收缩率达到83%基本维持不变;在621℃受火后的紫铜发生再结晶晶粒长大,晶粒变的粗大;出现尺寸较大、较深的韧窝。受火温度低于621℃,紫铜的力学性能基本维持不变。621℃为紫铜的临界温度,临界硬度值为67HB,再结晶晶粒长大组织粗大。基于API579《适用性评价》通过与受火模拟3A21铝合金、紫铜表面颜色、硬度的参考判断出元件所处的受火带快速地作出评价,实现对过火承压设备的损伤严重程度的快速筛查目的,根据模拟受火的力学性能的变化来作为参考,以此计算材料最大允许工作压力(MAWP),使评定结果更符合过火承压设备的实际条件。
【关键词】：3A21铝合金 紫铜 受火模拟处理 力学性能 微观组织 合于使用评定
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146;TE65
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 铝合金在石化行业的应用17-20
• 1.3.1 铝锰系铝合金研究现状17-19
• 1.3.2 铝锰系铝合金应用现状19-20
• 1.3.3 3A21铝合金研究现状20
• 1.4 铜合金在石化行业的应用20-22
• 1.4.1 紫铜研究现状21
• 1.4.2 紫铜应用现状21-22
• 1.5 课题研究目的及意义22
• 1.6 本课题研究内容22-24
• 1.6.1 主要研究内容22-23
• 1.6.2 实验工艺技术路线23-24
• 第2章 实验方案设计24-28
• 2.1 试验材料及实验方案24
• 2.2 试样的制备24-26
• 2.2.1 拉伸试验25
• 2.2.2 冲击试验25-26
• 2.2.3 硬度试验26
• 2.3 显微组织的观察26-28
• 2.3.1 金相组织的观察26
• 2.3.2 扫描电镜及能谱分析26
• 2.3.3 X射线衍射26-28
• 第3章 3A21铝合金受火后性能及组织的变化28-55
• 3.1 受火后力学性能的变化28-36
• 3.1.1 受火温度对拉伸性能的影响28-31
• 3.1.2 保温时间对拉伸性能的影响31-35
• 3.1.3 冷却方式对拉伸性能的影响35-36
• 3.2 受火后冲击韧性的变化36-39
• 3.2.1 受火温度对冲击韧性的影响36-37
• 3.2.2 保温时间对冲击韧性的影响37-38
• 3.2.3 冷却方式对冲击韧性的影响38-39
• 3.3 受火后布氏硬度的变化39-41
• 3.3.1 受火温度对布氏硬度的影响39-40
• 3.3.2 保温时间对布氏硬度的影响40-41
• 3.3.3 冷却方式对布氏硬度的影响41
• 3.4 受火后 3A21铝合金组织的变化41-46
• 3.4.1 不同受火温度下拉伸断口形貌41-43
• 3.4.2 不同保温时间下拉伸断口形貌43-45
• 3.4.3 不同冷却方式下拉伸断口形貌45-46
• 3.5 受火后冲击断口形貌46-50
• 3.5.1 不同温度下冲击断口形貌46-48
• 3.5.2 不同保温时间下的冲击断口形貌48-49
• 3.5.3 不同冷却方式下的冲击断口形貌49-50
• 3.6 显微组织的变化50-54
• 3.6.1 金相组织的变化50-51
• 3.6.2 SEM形貌51-53
• 3.6.3 XRD分析53-54
• 3.7 小结54-55
• 第4章 紫铜受火后性能及组织的变化55-74
• 4.1 受火后力学性能的变化55-61
• 4.1.1 受火温度对拉伸性能的影响55-57
• 4.1.2 保温时间对拉伸性能的影响57-60
• 4.1.3 冷却方式对拉伸性能的影响60-61
• 4.2 受火后冲击韧性的变化61-63
• 4.2.1 受火温度对冲击韧性的影响61-62
• 4.2.2 保温时间对冲击韧性的影响62
• 4.2.3 冷却方式对冲击韧性的影响62-63
• 4.3 受火后布氏硬度的变化63-65
• 4.3.1 受火温度对布氏硬度的影响63-64
• 4.3.2 保温时间对布氏硬度的影响64-65
• 4.3.3 冷却方式对布氏硬度的影响65
• 4.4 受火后紫铜组织的变化65-68
• 4.4.1 不同受火温度下拉伸断口形貌65-66
• 4.4.2 不同保温时间下拉伸断口形貌66-68
• 4.4.3 不同冷却方式下拉伸断口形貌68
• 4.5 受火后冲击断口形貌68-71
• 4.5.1 不同温度下冲击断口形貌68-70
• 4.5.2 不同保温时间下的冲击断口形貌70-71
• 4.5.3 不同冷却方式下的冲击断口形貌71
• 4.6 受火后紫铜微观组织的变化71-72
• 4.7 小结72-74
• 第5章 受火后 3A21铝合金、紫铜合于使用的评定研究74-85
• 5.1 合于使用评定研究背景74
• 5.2 评定所需测定的数据74-75
• 5.3 评定方法75-77
• 5.3.1 水平1评价77
• 5.3.2 水平2评价77
• 5.3.3 水平3评价77
• 5.4 3A21铝合金、紫铜受火后的评定77-84
• 5.4.1 3A21铝合金表面颜色的变化77-79
• 5.4.2 紫铜表面颜色的变化79-80
• 5.4.3 力学性能的损失80
• 5.4.4 显微组织的变化80-81
• 5.4.5 评定过程81-84
• 5.5 小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录91

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