文 献 综 述

长时间以来，2.25Cr-1Mo钢被广泛地应用于炼油化工行业的临氢设备上，伴随着冶炼技术的不断飞跃发展，这种钢的抗氢性能、蠕变性能、抗回火性能、和综合力学性能在不断提高和改进，但从抗氢性能、抗蠕变性能和最高使用温度限制方面，仍满足不了某些场合需要，特别是随着加氢工艺技术，尤其是渣油加氢改质煤加氢液化工艺的发展，加氢反应器的尺寸越来越大，设计条件更加苛刻^[1]，制造成本也越来越高。因此，由2.25Cr-1Mo钢制造的设备在服役过程中的安全性以及其服役时间的长短，特别是服役时间较长的设备，在很大程度上影响着企业的生产效率及安全性。对于在役的2.25Cr-1Mo钢设备，特别是服役时间较长的2.25Cr-1Mo钢设备，对其剩余寿命进行评估，具有重大的工程意义。

要想用比较准确地判断钢材的剩余寿命，必须找出影响材质寿命的各种因素，并且研究出测试及评价这些因素的方法。由于高温长期运行过程中工况变化很复杂，以至于难以找到能直接或间接有效的方案进行材料寿命的测试方法。2.25Cr-1Mo钢是现代工业设备中常见的一直钢制材料，对2.25Cr-1Mo钢设备寿命的研究也是刻不容缓。

硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要性能指标^[2]，它既可理解为这是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏力的能力，也可认为是材料抵抗残余变形和反破坏的能力体现。硬度不是一个简单的物理概念，更是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。实际情况下，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力共同决定的，材料强度越高，塑性变形抗性能力越高，硬度值也就越高^[3]。强度是指零件承受载荷后抵抗断裂或超过容许限度的残余变形的能力^[4]。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。 强度是机械零件首先应满足的基本要求。 机械零件的强度一般可分为静强度（拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切）、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度以及蠕变强度等。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机^[5]。 金属材料的强度可通过拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、疲劳试验等得到。 金属材料的抗拉强度与布氏硬度存在一定的对应关系。硬度高的材料其强度不一定高。 如，玻璃的硬度比钢要高，但其强度很低，脆性很大。

在进行硬度测试时，一般不需要破坏设备或零件，小至单个晶粒，大至大型设备的硬度均能进行测试，而且便携式硬度计还可对现场设备的表面硬度进行测量。因此，在工程上，硬度被广泛到用以检验原材料和热处理的质量、鉴定热处理工艺的合理性以及作为评定工艺工艺性能的参考。同时，对在役设备或停车设备而言，最简单而且能获得最多有关材料信息的无损检测方法就是对设备的表面硬度进行测量，由于硬度可以将材料内部及表层组织的变化都能反映出来，如硬度与损伤等级、渗碳层深度等之间的关系^[6]，所以，通过硬度可以可评估在高温、应力条件下长期工作设备的组织结构变化情况、由于蠕变而引起的损伤情况以及对设备的剩余寿命进行评估。

由于硬度与位错的迁移密切相关，固溶体中的固溶原子阻碍位错的迁移，从而使材料的硬度增大，同理，当设备在高温、应力的条件下长期运行时，当碳化物在钢内析出并呈弥散状态分布时，这些碳化物的存在同样也能到阻碍位错的迁移，从而引起材料硬度的变化。所以，在高温、应力下工作的设备，随着使用时间的延长，由于设备所处的温度较高，会促进并加快元素的扩散，使钢的组织结构逐渐发生变化，例如珠光体会分解成游离石墨、珠光体组织中的片状渗碳体逐渐自发地趋向形成球状渗碳体、过饱和固溶体会析出各种类型的碳化物在晶内和晶界沉积并聚集长发生析出相类型的转变等^[7]，这些变化在相当的程度上都会引起材料的硬度发生变化，而硬度与材料的其它力学性能密切相关，硬度的变化必然引起材料其它性能的变化，在一定的程度上影响设备的寿命。因此，可以将设备表面硬度作为设备材料剩余寿命定性分析的依据，以保证设备安全地运转。

因此，各国学者在对高温条件下工作的构件或设备的性能进行研究时，都将硬度作为一个重要的参量来进行研究，Roberts和 Strang曾指出^[8]：对在役设备，如果其材料的表面硬度减少超过15%，就显示了蠕变应变的显著积累或设备在超过最大设计温度下长时间运行。通过现场测定设备的表面硬度不仅可以确定设备的名义操作温度，对设备在超过最大设计温度条件下实际运行温度进行估算；而且还可以确定设备材料组织结构的变化情况；并且有的研究者还提出：可以将测得的在役设备的表面硬度直接用于设备剩余寿命的预测。所以，近二三十年来，中外学者就在役设备的表面硬度变化对设备的剩余寿命影响的研究颇为关注，希望通过研究能得到表面硬度变化与设备能继续使用时间之间的关系。

2.25Cr-1Mo钢设备的寿命研究，直接影响到设备生产的安全性与经济性。所以许多国家的科技人员都注重对这一问题的研究。近些年来，用于监测高温长期用钢寿命的方法有很多。其中令人信服的，可以用来鉴别材料剩余寿命的方法之一，就是取长期运行后的材料再做热强性的试验，并且用这一数据推测该材料的剩余寿命^[9]。尽管这种方法在实践中尚有不足，但与其它方法相比，这种方法所得的试验数据还是比较可靠。但是，此方法不足之处是试验时间太长，不方便指导生产。因此，许多研究者力图通过比较简单的手段，获得与钢材热强性能，来计算钢的剩余寿命。

2.25Cr-1Mo钢设备性能的变化，与其组织的变化有关，所以，研究者经常用金相鉴定的方法去判断热钢的寿命^[10]。钢材性能的变化，主要是由碳和合金元素在固溶体及碳化物的再次分配、第二相颗粒大小及其分布的变化以及新相的析出等扩散过程引起的相关变化^[11]。因此，鉴别2.25Cr-1Mo钢的高温下的寿命可从下述影响因素着手：（1）硬度的研究^[12]；（2）疲劳-蠕变损伤演化行为 ^[13]；（3）碳化析出 ^[14]；（4）回火脆性^[15]；（5）钢的力学性能^[16]。

对钢材剩余寿命判断的准确性，在很大程度上取决于合理的测试方法^[17]。不同钢种的性能变化特征也必须加以研究。表明各牌号钢种剩余寿命的项目及其技术指标不一定相同，而且采用的测试手段也不一定一致。这样一来，有必要对高温长期运行的2.25Cr-1Mo钢种进行关于剩余寿命的研究工作^[18]。