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上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 _2.25Cr-1Mo-0.25V的高温蠕变性能研究 学 院 机械学院 专 业 材料成型及控制工程 班 级 BJ1111 学 号 111002431129 姓 名 张少春 指导教师 张永涛 定稿日期： 2015 年 3月1 日92.25Cr-1Mo钢高温蠕变性能研究一、 选题背景及其意义-陈、聂近年来，国内石油化工和煤化工发展迅速。为追求最佳经济规模，装置的规模趋于大型化。目前多套1000万炼油、100万乙烯等大型石化装置已建成投产，为我国石化机械制造业的发展提供了机遇。反应器作为石化装置的核心设备，大型化、参数化的倾向日趋显著。在石化炼油工业中，采用高温高压加氢精制技术已有近半个世纪的历史。随着加氢劣化和加氢脱硫等工艺的改进，轻质油品需求量的增加，重质原油的裂解精制，防止大气污染等的需要，该该工艺技术在不断进步，并带动加氢精制装置和加氢裂化装置中的核心设备加氢反应器制造技术的改进提高和材料的更新换代。二、 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）20世纪60年代由于炼油生产的大型化发展需要，焊接技术的进步，开发制造了大型锻焊热壁加氢反应器。到1968年日本制钢所（JSW）已能够制造内径4.4m、壁厚260mm，重达550t的锻焊加氢反应器。炼油生产中加氢反应器的最高设计温度为454（850），当时选用了在454下有好的抗氢腐蚀性能、力学性能与较好的制造工艺性能的2.25Cr-1Mo钢。2.25Cr-1Mo钢在使用过程中曾发现2.25Cr-1Mo钢壳体材料回火脆化、不锈钢堆焊层氢致剥离与堆焊层开裂等问题。在初期，问题曾相当严峻，但经过多年大量研究改进后这些问题均得到解决。2.25Cr-1Mo钢锻焊加氢反应器一直使用至今，能满足生产安全要求。20世纪70年代世界发生能源危机，石油紧缺，促使人们研究开发煤炭加氢直接液化生产石油。煤炭直接液化需要更高的温度和压力，其加氢反应器的设计温度需达482（950），重达20004000t。2.25Cr-1Mo钢在482时高温强度将显著降低，按照ASME（美国机械工程师协会）规范第卷第分篇，其设计应力强度将比454降低22%，难以由于制造煤液化加氢反应器，因此促使人们开发高温下强度更高的抗氢钢。研究发现在Cr-Mo抗氢钢中加入V，可显著提高其高温强度、抗高温回火脆性和抗堆焊层氢剥离性能。因此人们2.25Cr-1Mo与3Cr-1Mo为基添加V开发能够满足煤液化加氢反应器要求的新钢种。从20世纪80年代开始，在2.25Cr-1Mo钢使用经验的基础上，开发成功了增强性2.25Cr-1Mo钢和改进型2.25Cr-1Mo钢（2.25Cr-1Mo-0.25V和2.25Cr-1Mo-0.25V-Cb-Ca）及改进型3Cr-1Mo钢（3Cr-1Mo-0.25V-Ti-B和3Cr-1Mo-0.25V-Cb-B）。特别是2.25Cr-1Mo-0.25V是目前制造加氢反应器的首选材料我国从20世纪70年代开始有了加氢反应器的制造技术。第一种型机器厂2002年初完成了2.25Cr-1Mo-0.25V钢材料制造出我国第一台锻焊结构加氢裂化反应器。反应器设计压力为11.68MPa，设计温度为450，内径4000mm，切线长23300mm，壁厚为150mm，堆焊层为TP309L和TP347L，总重为542t。由中国一重大连加氢反应器制造有限公司为中石油大连分公司建造的1400t的特大型加氢反应器，2007年3月从一重加氢反应器制造公司的棉花岛基地研制成功，并运往大石化。该加氢反应器总长为46m，外围直径为4.9m，是我国自主建造的最大吨位原油冶炼装备。三、研究内容1、加氢反应器简介（1）定义加氢又称氢化作用，有机质在分解后所产生的不饱和烃经加氢作用后变成饱和烃，这个过程称为加氢。加氢反应器就是给加氢反应提供反应场所。加氢反应器分为加氢精制反应器和加氢裂化反应器，属于有爆炸性危险的临氢承压设备。大型加氢反应器具有如下特点：体积庞大、壁厚较大、吨位较大。（2）用途该设备主要用于石油炼制和重质油的加氢裂化、加氢精制，以及催化重整、脱硫、脱除重金属等工艺过程。为获得高质量的石油加工产品或增产石油化工原料和中馏分油，以及适应高含硫原油、劣质原油深加工的需要与改善环境条件等目的，在现代石油加工工业中出现了加氢工艺装置。其在加氢工艺中的目的就是为原料油和氢气在催化剂和温度压力条件下进行反应提供场所。（3）服役工况与性能要求加氢反应器通常在高温、高压、临氢条件（所谓高温、高压、临氢条件是指温度250，氢分压1.4MPa）、高温硫和硫化氢环境下工作，使用条件十分恶劣，因此设计和制造难度较大。而且随着加氢装置的大型化，加氢反应的抗拉强度由原来的515690MPa提高到了585760MPa，这对加氢反应器的主体材料性能提出了更高的要求。 （4）目前存在的问题就给它的制造提出了如下必须克服的问题：1）由于其体积庞大，单件尺寸较大，所以冷加工设备应该足够大。2）由于壁厚较大，这给零件的热处理带来了困难，这是因为零件越大，其沿壁厚方向的机械性能分布越不均匀，其机械性能越难保证。因此，零件的热处理需要专门的热处理工艺和设备。3）由于其体积庞大，陆上运输困难，长距离的运输只能用海运，短距离的陆上运输也需要专用车辆。装配的难度也很大。4）由于加氢反应器要在高温高压等严酷条件下长期服役，加氢反应器外壁还要面临介质腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变断裂脆化等一系列问题。5、2.25Cr-1Mo-0.25V钢的开发与应用20世纪60年代由于炼油生产的大型化发展需要，焊接技术的进步，开发制造了大型锻焊热壁加氢反应器。到1968年日本制钢所（JSW）已能够制造内径4.4m、壁厚260mm，重达550t的锻焊加氢反应器。炼油生产中加氢反应器的最高设计温度为454（850），当时选用了在454下有好的抗氢腐蚀性能、力学性能与较好的制造工艺性能的2.25Cr-1Mo钢。2.25Cr-1Mo钢在使用过程中曾发现2.25Cr-1Mo钢壳体材料回火脆化、不锈钢堆焊层氢致剥离与堆焊层开裂等问题。在初期，问题曾相当严峻，但经过多年大量研究改进后这些问题均得到解决。2.25Cr-1Mo钢锻焊加氢反应器一直使用至今，能满足生产安全要求。20世纪70年代世界发生能源危机，石油紧缺，促使人们研究开发煤炭加氢直接液化生产石油。煤炭直接液化需要更高的温度和压力，其加氢反应器的设计温度需达482（950），重达20004000t。2.25Cr-1Mo钢在482时高温强度将显著降低，按照ASME（美国机械工程师协会）规范第卷第分篇，其设计应力强度将比454降低22%，难以由于制造煤液化加氢反应器，因此促使人们开发高温下强度更高的抗氢钢。研究发现在Cr-Mo抗氢钢中加入V，可显著提高其高温强度、抗高温回火脆性和抗堆焊层氢剥离性能。因此人们2.25Cr-1Mo与3Cr-1Mo为基添加V开发能够满足煤液化加氢反应器要求的新钢种。从20世纪80年代开始，在2.25Cr-1Mo钢使用经验的基础上，开发成功了增强性2.25Cr-1Mo钢和改进型2.25Cr-1Mo钢（2.25Cr-1Mo-0.25V和2.25Cr-1Mo-0.25V-Cb-Ca）及改进型3Cr-1Mo钢（3Cr-1Mo-0.25V-Ti-B和3Cr-1Mo-0.25V-Cb-B）7。由于煤直接液化工艺至今尚未成熟，未能形成规模工业生产能力，因此V改进钢极少能用于制造设计温度为482的煤液化反应器。但由于ASME规范中，V改进钢的设计许用应力强度要比2.25Cr-1Mo钢高出许多，将V改进钢用于制造设计温度为454的炼油生产用加氢反应器，可以显著减轻反应器的重量。因此，大量的V改进钢用于代替2.25Cr-1Mo钢制造炼油生产用加氢反应器。直到2007年，ASME规范又进一步提高了V改进钢的设计许用应力，尤其近年来煤化工业的发展，对材料强度、高温强度、冲击韧性、抗氢、抗回火脆化等要求更苛刻，促使人们更多地用V改进钢特别是2.25Cr-1Mo-0.25V代替2.25Cr-1Mo钢6。 2、耐热钢（1）耐热钢定义在高温下长期工作既有足够的高温强度，良好的抗氧化性和抗腐蚀性，又有长期组织性能稳定性和良好的工艺性能的钢的总称（2）耐热钢分类耐热钢最常见的分类是按照正火后的组织来分，按此分类方法可将耐热钢分为铁素体类耐热钢和奥氏体类耐热钢，铁素体类耐热钢又可分为珠光体耐热钢、铁素体耐热钢、马氏体耐热钢。 1）、珠光体耐热钢 正火后的显微组织为珠光体的耐热钢称为珠光体耐热钢。一般会含有部分贝氏体和马氏体组织。 2）、奥氏体耐热钢 正火后常温下显微组织为奥氏体或者只含少量铁素体的奥氏体-铁素体双相组织的高合金耐热钢称为奥氏体耐热钢。3）、铁素体耐热钢 正火后常温下显微组织为铁素体且高温下不发生奥氏体转变的耐热钢称为铁素体耐热钢。铁素体耐热钢是一种抗高温氧化钢，又称不起皮钢。4）、马氏体耐热钢 马氏体耐热钢正火后得到的室温组织为马氏体，或是马氏体贝氏体混合组织，一般也会含有少量铁素体。（3）设计思想和强化机理耐热钢的发展是高温下工作的电力机械得到需要，其在高温下承受各种在和，如拉伸、弯曲、扭转、疲劳、和冲击等。此外，它们还与高温、蒸汽、空气或燃气接触，表面发生高温氧化或气体腐蚀。在高温下工作，钢将发生原子扩散过程，并引起组织转变，这是与低温工作不见的不同点。所以耐热钢的设计基本要求是：1）具有较高的高温强度和与之相应的塑性；2）具有足够高的抗氧化及抗腐蚀能力等；3）具有足够高的显微组织稳定性。耐热钢根据显微组织不同可分为铁素体型耐热钢和奥氏体形耐热钢两大类。其中，铁素体型耐热钢工作范围在350-650。它的强化方法是固溶强化和碳化物沉淀强化。固溶强化元素有钨、钼、铬，能增强基体原子间结合强度，提高再结晶温度，因而能显著提高基体的蠕变抗力。碳化物形成元素有钒、钛、铌。而具有面心立方结构的奥氏体型耐热钢，在 650或更高的温度下有较高高温的强度。奥式体型耐热钢的强化方式有固溶强化和沉淀强化。固溶强化型奥氏体耐热钢是以钨、钼进行固溶强化，以硼进行晶界强化 。3、常见的材料分析表征方法的原理 （1）金相显微镜OM用于金相分析和金相检验的光学显微镜。放大倍数从100倍至3000倍不等。由光源、光学系统 、照像系统、机械系统和支架等部分组成。光源发出的光经反射到达试样的磨面,再被磨面反射进入物镜,经物镜和目镜两次放大成像后用肉眼 观察或被底片感光。金相显微镜简称为光镜,其主要工作参数是鉴别率 (对试样中最细微的组织造成 可分辨相的能力) 、有效放大率 (主要受物镜数值 孔径的控制) 和景深度 (物镜对试样中凸凹不平的 组织都能清晰成像的力)。 （2）扫描电子显微镜SEM （3）透射电子显微镜TEM4 研究方案（1）、借助50kg真空冶炼炉、可逆式热轧试验机和箱式热处理炉制备出试验材料；（2）、借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等搞清调质态试样的显微组织特征；（3）、开展高温蠕变试验，分析热处理工艺对材料高温蠕变性能的影响。4.1 总体方案随着风力发电技术的不断发展,风力发电机的单机容量不断增加,.（1） XXXXXXXXXXXXXXXXXXX。（2） XXXXXXXXXXXXXXXXXXX。（3） XXXXXXXXXXXXXXXXXXX。（4）XXXXXXXXXXXXXXXXXXX。4.2 拟采取的技术措施选用.5 进度计划2010年12月- 2011年1月：收集资料，确定设计系统总体方案，翻译有关外文资料及阅读技术文献，书写开题报告。XX年XX月- XX年XX月： XX年XX月- XX年XX月： XX年XX月- XX年XX月： XX年XX月- XX年XX月： XX年XX月- XX年XX月：编写毕业论文。XX年XX月- XX年XX月：毕业答辩准备和答辩。参考文献1 Lev S.Belyaev,Oleg V.Marchenko,Sergei V.Solomin. 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