氫氣壓縮機(jī)是加氫裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要作用是為裂解爐提供一定壓力的氫氣，以保證重質(zhì)油裂解反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，氫氣壓縮機(jī)的性能直接影響著整個(gè)裂化裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。

　　某石化廠加氫裂化壓縮機(jī)主軸上的機(jī)械密封定位銷發(fā)生斷裂失效。其材質(zhì)為45鋼，直徑4 mm，材料經(jīng)淬火及表面鍍鉻處理，同批次材料的化學(xué)成分檢查結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，壓縮機(jī)的工作溫度為50～130℃。為查明機(jī)械密封定位銷的斷裂失效原因，對(duì)定位銷進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)分析，以預(yù)防類似事故的重復(fù)發(fā)生。

　　1理化檢驗(yàn)與分析1.1宏觀檢驗(yàn)分析將失效的定位銷置于放大鏡下進(jìn)行宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)斷口表面粗糙不平，無明顯的塑性變形。定位銷端面存在深淺不等的同心圓溝槽痕跡，端面中心有一條貫穿性裂紋，端面倒角處表面存在大小、深淺不等的坑點(diǎn)。定位銷母線處的裂紋兩側(cè)形狀不完全對(duì)稱，說明裂紋形成過程中表面有顆粒脫落。宏觀檢驗(yàn)結(jié)果表明，定位銷在工作中受到磨損的作用，材料屬脆性斷裂失效。

　　1.2微觀形貌分析將定位銷置于超聲波清洗機(jī)中清洗后對(duì)斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察?？煽闯?，斷口存在二次裂紋，在邊緣清晰可見有將近周長(zhǎng)50%的環(huán)狀磨痕DDD光滑明亮區(qū)域，該磨痕的*大徑向深度約0.1mm。斷口呈典型的冰糖塊狀沿晶斷裂形貌特征，晶粒間疏松，斷口環(huán)狀磨痕的一端恰好與母線側(cè)裂紋交匯。

　　在掃描電鏡下觀察定位銷的形貌，可見內(nèi)部沿晶擴(kuò)展的裂紋，定位銷表面腐蝕產(chǎn)物層的*大厚度大于0.02 mm，內(nèi)部組織疏松多孔，與基體交界面間存在微裂紋，局部腐蝕層在材料表層內(nèi)部；定位銷外表面可見鍍鉻層，鍍鉻表層內(nèi)基體雖受到含S介質(zhì)的腐蝕作用，但與基體材料結(jié)合較緊密。同時(shí)定位銷端部受腐蝕情況比圓周外表面嚴(yán)重。微觀分析表明：定位銷在斷口區(qū)域受到嚴(yán)重磨損，定位銷工作過程中受到含S介質(zhì)的腐蝕，端部腐蝕尤為嚴(yán)重。

　　1.3能譜分析對(duì)未經(jīng)清洗的定位銷斷口表面不同部位進(jìn)行能譜分析，結(jié)果表明定位銷斷口表面存在S元素，且含量較高，局部區(qū)域高達(dá)20%以上；另外，對(duì)定位銷經(jīng)清洗后斷口中細(xì)小顆粒、金相面中的端面及外表面的氧化層進(jìn)行能譜分析，結(jié)果顯示氧化層含有大量的S元素，都在10%以上。氧化層中除含S元素外，局部區(qū)域還存在Cl元素。能譜分析表明定位銷的工作介質(zhì)中存在S元素，斷口表面含有S的腐蝕產(chǎn)物，端面及外表面受到含S介質(zhì)的腐蝕。

　　1.4金相分析與硬度檢驗(yàn)定位銷的，晶粒組織為細(xì)小且保持馬氏體位向的回火索氏體，中間夾雜有條狀與羽毛狀的馬氏體形貌。倒角和端部邊緣附近的晶粒粗大，組織呈白色鐵素體網(wǎng)狀分布，部分鐵素體呈針狀向晶內(nèi)擴(kuò)展，斷口存在二次裂紋。用維氏硬度計(jì)測(cè)量定位銷的硬度，結(jié)果顯示材料硬度高達(dá)58HRC，達(dá)到材料經(jīng)淬火處理后的硬度要求。金相圖中近端面及倒角處的晶粒比其他部位粗大，說明端部及倒角處材料的強(qiáng)度、塑性和韌性等要比心部的差，且粗大晶粒會(huì)降低材料抗應(yīng)力腐蝕的能力。2定位銷失效原因分析結(jié)合定位銷工作環(huán)境條件及上述理化檢驗(yàn)結(jié)果，綜合分析機(jī)械密封定位銷的失效原因。

　　首先，定位銷運(yùn)行溫度為50～130℃，由文獻(xiàn)知，材料受拉應(yīng)力作用狀態(tài)并在-100～100℃有發(fā)生可逆性氫脆的可能，且隨氫含量的增加，材料的氫脆敏感性增大，裂紋孕育期縮短，因此定位銷受到擠壓作用將增大其發(fā)生氫脆的可能性。

　　其次，氫氣壓縮機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)除了造成定位銷在工作中受振動(dòng)載荷外，還會(huì)造成密封組件對(duì)定位銷的擠壓作用。從定位銷所處的工作位置可知，密封組件限制了機(jī)械密封定位銷的軸向位移，而定位銷與主軸之間屬間隙配合，因此，氫氣壓縮機(jī)對(duì)定位銷帶來的振動(dòng)及由此引起的密封組件對(duì)定位銷的擠壓作用在軸向位移受限的條件下將導(dǎo)致微動(dòng)磨損。

　　由定位銷樣品宏觀裂紋的非對(duì)稱性及斷口微觀形貌的環(huán)狀磨痕特征表明，定位銷承受磨損作用導(dǎo)致其*終被破壞。另外，58HRC的高硬度定位銷在含氫以軋輥肩部裂紋的產(chǎn)生與軋輥的結(jié)合層質(zhì)量無關(guān)。

　　綜上所述，軋輥裂紋產(chǎn)生的原因應(yīng)該是由于**段回火應(yīng)力和第二段回火加熱時(shí)的應(yīng)力疊加造成的。為徹底查清裂紋產(chǎn)生的原因，又對(duì)軋輥的熱處理工藝進(jìn)行了分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原熱處理工藝存在一些不足，在原熱處理工藝中，為保證殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變量，在**段回火后，采用了長(zhǎng)時(shí)間的空冷，這樣雖然增大了殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變量，但同時(shí)產(chǎn)生了較大的相變應(yīng)力，尤其是在冬季溫度較低的情況下，應(yīng)力更大，對(duì)裂紋軋輥進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，每年11月至下一年3月份軋輥熱處理裂紋較多，進(jìn)一步證實(shí)了相變應(yīng)力過大是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的主要原因。

　　2熱處理工藝改進(jìn)措施通過對(duì)裂紋產(chǎn)生原因的分析可以看出，離心復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥熱處理裂紋的產(chǎn)生主要和熱處理過程中的**段回火降溫、空冷及第二段回火升溫有關(guān)，因此工藝改進(jìn)的關(guān)鍵是對(duì)上述三方面進(jìn)行改進(jìn)。

　　首先對(duì)**段回火降溫進(jìn)行改進(jìn)，將原有工藝中的降溫速度降低2～3℃/h，使降溫過程趨于平緩；其次對(duì)原工藝的空冷段進(jìn)行改進(jìn)，原工藝中空冷時(shí)間為24h，過飽和的馬氏體在低溫下長(zhǎng)期存留，增加了裂紋產(chǎn)生的幾率，工藝改進(jìn)后盡量縮短空冷時(shí)間，并且根據(jù)室溫變化對(duì)空冷時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，即室溫越低，空冷時(shí)間越短，軋輥溫度達(dá)到要求溫度后立即進(jìn)行第二段回火；*后降低第二段回火時(shí)的升溫速度，將原有的升溫速度降低3～5℃/h。實(shí)施新工藝后離心復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥熱處理裂紋沒有再出現(xiàn)。

　　3結(jié)語

　　在離心復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥熱處理過程中，**段回火降溫過快，兩段回火之間空冷時(shí)間過長(zhǎng)，第二段回火升溫過快是軋輥熱處理裂紋產(chǎn)生的主要原因，通過降低**段回火降溫速度，控制兩段回火間的空冷時(shí)間，降低第二段回火的升溫速度，可以消除離心復(fù)合高鉻鑄鐵軋輥熱處理裂紋。