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1 典型乙烯裂解管材料概述 1

1.1 乙烯工业生产现状 1

1.1.1 全球乙烯工业发展简述 1

1.1.2 我国乙烯工业的发展现状及存在的问题 2

1.2 乙烯裂解装置 4

1.2.1 乙烯裂解装置结构与功能 4

1.2.2 裂解炉的开发 6

1.3 乙烯裂解管材料发展现状 7

1.3.1 乙烯裂解管材料的发展历程 7

1.3.2 乙烯裂解管材料的分类 9

1.4 乙烯裂解管材料强化原理 12

1.4.1 乙烯裂解管材料中基体元素的作用 12

1.4.2 乙烯裂解管材料的固溶强化 16

1.4.3 乙烯裂解管材料的晶界强化 16

1.4.4 乙烯裂解管材料的第二相强化 16

1.5 裂解炉炉管的失效 17

1.5.1 炉管组织损伤研究现状 17

1.5.2 裂解炉炉管的失效形式 20

1.5.3 失效实例 26

1.6 典型乙烯裂解管材料的性能 29

1.6.1 物理性能 29

1.6.2 常规力学性能 31

1.6.3 蠕变极限 32

参考文献 34

2 高温服役过程中的组织演化 39

2.1 未服役乙烯裂解管材料的典型显微组织 40

2.1.1 未服役HP40合金的显微组织 40

2.1.2 未服役Cr35Ni45合金的显微组织 42

2.1.3 Nb含量对耐热钢中碳化物析出的影响 45

2.2 服役态乙烯裂解管材料的典型显微组织 47

2.2.1 服役态HP40合金显微组织 47

2.2.2 服役态Cr35Ni45合金的显微组织 50

2.3 乙烯裂解炉管材料高温服役下的组织演化机理 53

2.3.1 枝晶间碳化铬的组织演变 53

2.3.2 枝晶间含Nb相的组织演变 55

2.3.3 晶内二次碳化物的组织演变 57

参考文献 58

3 乙烯裂解管的氧化 61

3.1 耐热钢的高温静态氧化 61

3.1.1 金属氧化过程 61

3.1.2 氧化物膜的结构与性能 63

3.1.3 不同氧化物膜的特征 64

3.1.4 静态氧化后的合金组织 67

3.2 服役炉管内壁的氧化特征及机理 72

3.2.1 服役炉管内壁的氧化特征 72

3.2.2 连续性氧化膜形成机理 78

3.2.3 Cr2O3/SiO2复合氧化膜的抗氧化机制 81

3.2.4 氧化膜剥落机制 82

3.2.5 氧化膜黏附性的改善 87

3.2.6 贫碳化物区 90

3.2.7 碳化物富集区 90

参考文献 92

4 乙烯裂解炉管服役过程的结焦机理及组织特征 95

4.1 结焦原理 95

4.1.1 催化结焦 96

4.1.2 自由基结焦 96

4.1.3 缩合结焦 97

4.2 结焦体的组织特征及形成机理 98

4.3 结焦后炉管的组织 100

4.3.1 结焦后炉管的组织演化特征 100

4.3.2 结焦后炉管的组织演化机理 101

4.4 结焦对炉管使用性能的影响 103

参考文献 104

5 乙烯裂解管的渗碳 106

5.1 低压真空渗碳 107

5.1.1 真空渗碳原理 108

5.1.2 真空低压渗碳工艺 109

5.1.3 渗碳的多元反应扩散热力学 110

5.2 未服役HP40合金的真空渗碳行为 112

5.3 服役态HP40合金的真空渗碳行为 114

5.3.1 未打磨内壁 114

5.3.2 打磨内壁 116

5.4 未服役Cr35Ni45Nb合金真空渗碳行为及组织演化机理 118

5.4.1 真空渗碳后炉管的组织特征 118

5.4.2 真空低压渗碳后炉管内壁的渗碳行为分析 121

5.4.3 炉管内壁渗碳后的组织演变机理 124

5.5 服役态Cr35Ni45Nb合金真空渗碳行为及组织演化机理 127

5.5.1 渗碳动力学 127

5.5.2 渗碳后炉管内侧组织特征 129

5.5.3 炉管的乙炔真空低压渗碳过程分析 132

5.5.4 氧化层对炉管抗渗碳能力的影响机理 133

5.5.5 碳化物转变规律 137

5.6 渗碳过程的DICTRA模拟 139

5.6.1 扩散动力学模型 139

5.6.2 分散粒子系统的扩散模型 143

5.6.3 耐热合金的渗碳过程模拟 143

5.7 耐热合金的抗结焦及抗渗碳研究进展 162

5.7.1 炉管材料的改进 162

5.7.2 炉管的表面处理 163

5.7.3 乙烯裂解工艺的控制 164

参考文献 165

6 高温应力损伤 169

6.1 乙烯裂解管的蠕变 169

6.1.1 蠕变的基本概念 169

6.1.2 乙烯裂解管的蠕变强度 171

6.1.3 炉管应力来源 171

6.1.4 蠕变总应力的计算 178

6.2 高温应力条件下氧化膜的破裂损伤及其对持久寿命的影响 179

6.3 合金内部组织变化及其对持久性能的影响 184

参考文献 189

7 剩余寿命评估 191

7.1 剩余寿命评估的基本方法 191

7.1.1 空洞面积率法 192

7.1.2 金相法 192

7.1.3 L-D法持久强度外推模型 193

7.1.4 断裂力学方法 193

7.1.5 基于可靠性的寿命评估方法 194

7.1.6 Larson-Miller参数外推法 194

7.2 根据扩散方程评估渗碳损伤炉管的剩余寿命 200

7.2.1 渗碳层厚度的计算 200

7.2.2 基于渗碳层厚度的寿命评定 201

7.3 基于渗碳和蠕变损伤的Larson-Miller剩余寿命评估 201

7.3.1 C参数的估算 202

7.3.2 P参数与应力σ的关系 203

7.3.3 渗碳和蠕变损伤的综合影响 204

7.3.4 其他因素的影响 206

7.4 渗碳处理对Cr35Ni45Nb合金持久寿命的影响 206

7.4.1 渗碳层深度与持久寿命的关系 207

7.4.2 长时高温应力条件下Cr35Ni45Nb钢的组织演化特征 208

7.4.3 炉管在高温应力条件下的断裂特征 212

7.4.4 渗碳对高温蠕变断裂的影响机理 213

参考文献 217