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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