钢的氢剥离试验

加氢反应器是重要的石油炼化设备，在原油.的炼化过程中，容器内壁堆焊的不锈钢层处于高温和高压的氢气氛中，此时如果发生因设备的操作不当而导致设备急速冷却，这就有可能发生不锈钢耐腐蚀层与容器壁母材产生剥离现象。本试验就是针对这个问题，按照标准ASTM G146-01标准要求，根据氢剥离试验要求，采用UT超声波和金相法检测2讕Cr- 1Mo-讕V母材在高温高压的氢环境下快速降温到室温时，不锈钢堆焊层对氢剥离的抵抗性，从而确定在容器在急速冷却情况下，设备母材上的不锈钢堆焊层是否会发生氢剥离，并通过采用不同材料的不锈钢堆焊层的试件进行试验，以对比不同炸接方法对氢剥离的顶抗性。

1、试样制备

氢剥离试验的母材采用2讕Cr-1Mo-讕V，采用双层(TP309L和TP347)共5种焊接方法进行试验堆焊(见表1。按照ASTMG146-01的要求制备5块氢剥离试样(见图D。试样为圆柱棒，直径为73+2 mm，厚度为45+2 mm。评定层的厚度与实际产品的厚度相同，试样的侧面堆焊不锈钢，以促进氢在厚度方向.上的扩散，唯一露出母材的.表面是与受测试面相反的面，在侧壁堆焊的目的是限制扩散氢在试样冷却至室温过程中及冷却后发生径向扩散，这样使扩散氢沿着试样的厚度的方向扩散，与反应器冷却时发生的扩散状况相似。

2、试验规程

2.1、试验概述

将5个试样放置到模拟炉中，在处于高温高压氢环境中足够长的时间后，控制冷却速度冷却至室温。之后，采用超声波直探法测定试样界面上的氢剥离，如果发现有氢剥离现象则用金相检验的方法进一步确认氢剥离发生的区域，并确定氢剥离区域的大小及其分布情况，如果没有发现氢剥离，则观察不锈钢堆焊层与母材交界面处的典型微观组织。

2.2、试验步骤

（1）侧面堆焊和试验 前均要测量试样的原始尺寸，包括试样的直径、试样的厚度、侧壁堆焊层厚度和不锈钢层的厚度，保证侧壁堆存在不锈钢堆焊层。

（2）每次测量前，采用按照ASTM G146-01 标准规定的钻有3 mm直径孔的校准块校核超声设备的灵敏度(见图3）。

（3）试样在模拟炼化环境前，应采用超声直探法按照ASME第V卷第五章规定方法二对试样进行探伤。

（4）用无氯试剂清洗试样，清洗后采用夹钳转移试样。

（5）使用夹具把试样安装到模拟炉中均匀加热。

（6）密封好测试容器后， 把空气从测试容器和相关系统中排除，注入氩气以减少测试炉中的氧气浓度。反复进行3注气循环。

（7）测试前确认测试系统中的压力，在设定压力下保持10min,保证测试系统无泄漏和降压情况。

（8）在完成上述压力测试后，排除注入的气体，形成真空。将测试气体氢气充填到容器中，增压至设定值。

（9）使用电阻丝缓慢加热，保证炉内温度的缓慢均匀升温。

（10）在达到预定温度和压力后保温保压48 h，然后将试样急冷至室温。

（11）试样出炉后在24+2.5C环境中保存7天，用与（2）相同的超声波测试方法，测试的数量、尺寸和剥离部分面积将被确定和纪录。然后按ASTM G146-01标准的12.16的规定进行评定。

（12）试验完成后，解剖试样，露出不锈钢表层、不锈钢/母材界面及母材基体。

（13）试样按E3法金相打磨抛光，检验不锈钢合金/母材界面，检测是否有微观的氢剥离。

3、氢剥离试验结果分析

经检测本试验的5个试样都没有产生氢剥离现象，说明2讕Cr-1Mo-讕V这种材料在使用以上5种焊接方法堆焊时，母材与堆焊层在熔合线区域结_合生成的氢分子数量少，产生的膨胀力小，熔.合线区域的脆硬组织承受的应力没有超过其极限，因此不会产生母材与堆焊层间的剥离现象。

对应氢分数量少的原因有如下分析：

（1）只有保证足够的氢原子浓度，才可能有大量的氢原子与氢原子相遇结合的机会出现，而在采用表1的方法进行堆焊时，氢原子在熔合线区域无法达到足够的浓度，所以减少了氢分子的生成数量。

（2）由于2讕Cr-1Mo-讕V材料的合金元素V .在晶间的弥散存在，阻止了氢原子在晶间的移动，因而减少了氢原子与氢原子相遇结合的几率，因而减少了氢分子的生成数量。

4、结语

以母材为2讕Cr-1Mo-讕V，采用双层(TP309L和TP347)堆焊技术， 在测试工况下，不会发生氢剥离现象，焊接质量能够满足雪弗隆的技术条件要求。因此可以进行实际焊接施工。