本书是编者在多年教学和科研基础上，结合近年来出现的新材料和相关理论，全面地介绍了石化装置高温部件常用材料的性能，特点，损伤形式及检测方法，以及高温部件寿命预测常用理论和应用。为了满足广大工程技术人员的迫切需求，编者在多年教学和科研的基础上编纂了本书，介绍了石化装置高温部件常用材料、损伤形式、检测方法以及高温部件可靠性预测等相关知识。本书从工程需要出发，力求做到深入浅出，理论联系实际，不过多地介绍复杂深奥的理论或模型。

第1章 金属材料的高温力学性能 /1

1.1 金属的蠕变现象 /2

1.2 金属材料高温力学性能指标 /4

1.2.1 蠕变极限 /4

1.2.2 持久强度极限 /5

1.2.3 持久塑性 /7

1.2.4 缺口敏感性 /7

1.3 蠕变变形及断裂机理 /7

1.3.1 蠕变变形机理 /7

1.3.2 蠕变断裂机理 /9

1.4 应力松弛 /12

1.5 金属材料高温力学性能的影响因素 /13

1.6 石化装置常用材料 /19

参考文献 /20

第2章 珠光体耐热钢 /21

2.1 珠光体耐热钢的特点 /21

2.2 珠光体耐热钢的组织稳定性 /23

2.2.1 珠光体球化 /23

2.2.2 石墨化 /34

2.2.3 合金元素在固溶体和碳化物相中的扩散和再分配 /37

2.2.4 碳化物在晶内和晶界上的析出与聚集 /39

2.3 常用珠光体型低合金耐热钢 /39

2.3.1 低碳钢 /39

2.3.2 钼钢和铬钼钢 /42

2.4 珠光体耐热钢的热处理 /49

2.5 珠光体耐热钢的焊接 /51

参考文献 /51

第3章 马氏体耐热钢 /53

3.1 T91/P91钢的化学成分及物理性能 /54

3.1.1 T91/P91和 F91钢的化学成分 /55

3.1.2 T91/P91钢的强化机制 /55

2 石化装置高温构件的损伤、评价及寿命预测

3.1.3 T91/P91钢的物理性能 /56

3.2 T91/P91钢的焊接性能 /57

3.3 T91/P91钢的热处理工艺及力学性能 /58

3.3.1 热处理工艺 /58

3.3.2 力学性能 /59

3.4 T91/P91耐热钢的高温组织转变 /63

3.4.1 亚结构的演变 /63

3.4.2 析出相的粗化 /63

3.4.3 Laves相和Z相的析出 /63

3.5 马氏体耐热钢的组织劣化评级标准 /64

3.6 高氮马氏体耐热钢 /65

参考文献 /65

第4章 奥氏体耐热钢 /67

4.1 18-8型奥氏体耐热钢 /71

4.1.1 18-8耐热钢的组织变化 /71

4.1.2 18-8耐热钢的性能变化 /72

4.1.3 18-8耐热钢微观组织的劣化分级及其特征 /73

4.1.4 组织劣化对耐热钢性能的影响 /75

4.2 HK40奥氏体耐热钢 /75

4.2.1 化学成分 /75

4.2.2 物理性能和力学性能 /76

4.2.3 铸态宏观组织 /77

4.2.4 铸态显微组织 /77

4.2.5 二次碳化物 /79

4.2.6 晶界碳化物 /80

4.2.7 σ相 /81

4.3 HP系列奥氏体耐热钢 /82

4.3.1 化学成分 /82

4.3.2 宏观铸态组织 /84

4.3.3 组织演变 /84

4.3.4 力学性能 /86

4.4 Incoloy800奥氏体耐热钢 /87

4.4.1 Incoloy800 系列耐热钢的发展 /87

4.4.2 组织特点 /88

4.4.3 物理性能 /88

4.4.4 力学性能 /89

4.5 奥氏体耐热钢的氧化行为 /90

参考文献 /95

目 录 3

第5章 高温环境损伤 /97

5.1 蠕变损伤 /97

5.1.1 蠕变损伤类型 /97

5.1.2 空洞形核位置 /99

5.2 高温氧化 /102

5.2.1 金属的氧化过程 /102

5.2.2 金属氧化的动力学规律 /104

5.3 脱 碳 /109

5.3.1 钢的脱碳机理 /110

5.3.2 脱碳对钢力学性能的影响 /110

5.3.3 影响钢脱碳的因素 /111

5.4 渗 碳 /112

5.4.1 渗碳过程动力学规律 /112

5.4.2 裂解炉管渗碳机制 /114

5.5 氢损伤 /115

5.5.1 氢损伤的类型 /115

5.5.2 氢的存在形式和传输方式 /116

5.5.3 氢腐蚀的影响因素 /117

5.6 高温硫腐蚀 /118

5.6.1 高温硫化 /118

5.6.2 硫酸的露点腐蚀 /120

5.6.3 连多硫酸的应力腐蚀 /122

5.7 高温钒腐蚀 /122

5.8 高温氯化腐蚀 /123

5.9 环烷酸腐蚀 /125

5.10 Na2SO4 盐膜下的热腐蚀 /130

参考文献 /133

第6章 炉管常见损伤形式及检测方法 /136

6.1 转化炉的结构 /137

6.2 转化炉管常见的损伤形式 /138

6.2.1 蠕变损伤 /139

6.2.2 腐蚀损伤 /140

6.2.3 蒸汽带水引起的损伤 /140

6.2.4 热疲劳引起的损伤 /140

6.2.5 铸造缺陷引起的损伤 /141

6.2.6 炉管弯曲引起的损伤 /141

6.2.7 组织劣化 /141

6.3 裂解炉的结构 /143

4 石化装置高温构件的损伤、评价及寿命预测

6.4 裂解炉管常见的损伤形式 /145

6.4.1 结 焦 /145

6.4.2 渗 碳 /146

6.5 炉管损伤的无损检测方法 /152

6.6 渗碳层的无损检测方法 /158

参考文献 /162

第7章 蠕变损伤的评价及检测 /164

7.1 蠕变本构方程 /164

7.2 蠕变损伤理论 /165

7.2.1 损伤变量 /165

7.2.2 蠕变损伤的物理机制 /166

7.3 蠕变损伤评估法则 /169

7.3.1 罗宾森寿命分数法则 /169

7.3.2 应变分数法则 /170

7.3.3 空洞形成和演化法则 /171

7.4 蠕变损伤无损检测和评价技术 /172

7.4.1 金相复膜技术 /173

7.4.2 线性超声检测技术 /174

7.4.3 非线性超声检测技术 /176

7.4.4 超声双折射技术 /179

7.4.5 超声背散射技术 /179

7.4.6 磁性能检测技术 /180

7.4.7 磁巴克豪森发射技术 /181

7.4.8 磁-声发射技术 /181

7.4.9 涡流检测技术 /182

7.4.10 电位降检测技术 /182

7.4.11 硬度测量技术 /183

7.4.12 应变测量技术 /185

7.4.13 正电子湮灭技术 /185

7.4.14 X射线衍射技术 /186

7.5 基于Z 参数方法对损伤过程的描述 /188

7.5.1 Z 参数的意义 /188

7.5.2 基于Z 参数的损伤演化模型 /189

7.6 损伤演化的可靠性评估 /191

参考文献 /193

第8章 高温持久寿命的可靠性预测 /197

8.1 持久寿命及其外推方法 /197

目 录 5

8.2 Monkman-Grant关系及其修正 /197

8.3 常用的寿命预测方法 /199

8.3.1 等温线法 /199

8.3.2 TTP参数法 /200

8.3.3 基于蠕变曲线的寿命预测方法 /204

8.3.4 断裂力学法 /208

8.3.5 金相试验法 /211

8.3.6 其他寿命预测方法 /214

8.4 高温剩余持久寿命的概率预测法 /216

8.5 剩余寿命预测方法的适用性 /219

参考文献 /221