高溫破壞,即金屬材料在高溫下組織和性能惡化。常見的如蠕變、珠光體球化、石墨化、回火脆化等導(dǎo)致金屬材料弱化和脆化。
1. 蠕變失效
金屬材料在(0.3~0.5)Tm(熔點(diǎn))溫度時(shí),在恒應(yīng)力作用下發(fā)生應(yīng)變,隨著時(shí)間的推移,應(yīng)變?cè)黾?,繼而出現(xiàn)塑性變形,以穩(wěn)定蠕變發(fā)展到快速蠕變以至斷裂。蠕變失效形式有:過(guò)量變形,如爐管“鼓肚”;彈性應(yīng)用松弛,如螺栓緊固力降低、斷裂。
2. 碳鋼、珠光體耐熱鋼的珠光體球化
鋼的珠光體中片狀碳化物球化的速度和程度主要決定于溫度和時(shí)間,碳鋼在溫度為400℃時(shí)完全球化約需2×106h,510℃時(shí)則只需2.99×104h。球化后的鋼材,室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度均降低。
3. 碳鋼和碳鉬鋼的石墨化
碳鋼和0.5Mo鋼長(zhǎng)期在高溫下工作,組織中過(guò)飽和碳原子發(fā)生遷移和聚集,轉(zhuǎn)化為石墨,使材料強(qiáng)度降低。石墨化最容易發(fā)生于焊接熱影響區(qū)。早年,美國(guó)某電站505℃的主蒸汽管道采用0.5Mo鋼管,在運(yùn)行5年后斷裂,造成嚴(yán)重?fù)p失。0.5Mo鋼在468℃溫度下長(zhǎng)期工作就有石墨化傾向,發(fā)生事故只是遲早的事。GB/T 150《壓力容器》強(qiáng)調(diào)“碳素鋼和碳錳鋼在高于425℃溫度下長(zhǎng)期使用時(shí),應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向”。
4. 回火脆化
臨氫環(huán)境,鉻鉬鋼長(zhǎng)期在375~575℃溫度下工作,可能出現(xiàn)可逆性回火脆化,表現(xiàn)為脆化轉(zhuǎn)變溫度升高,如某21/4CrlMo鋼脫硫反應(yīng)器在332~432℃運(yùn)行30000h后,脆化轉(zhuǎn)變溫度由-37℃升至60℃。因而,回火脆化被認(rèn)為是21/4Cr1Mo鋼脆性破壞的主要危險(xiǎn)。為防止開停工脆斷,找到設(shè)備管道安全升(降)壓溫度是重要的。應(yīng)予指出的是:臨氫鉻鉬鋼脆裂,常是回火脆化和氫脆共同作用的結(jié)果。金屬材料高溫破壞,還有像σ相析出脆化、強(qiáng)化合金析出相脆化都會(huì)致使基本弱化導(dǎo)致破壞。