高温炉管常用于石油化工行业的制氢装置的制氢转化炉中，是内部介质（原油、氢气等）反应的核心载体部件，并采用燃气火焰直接对其加热。在这样的工作状况下，炉管会产生高温氧化、高温蠕变、氢腐蚀等多重损伤，一旦发生事故会造成巨大的经济损失并威胁人民生命财产安全，因此其安全运行相当重要。　　 为了有效降低资源的消耗，合理地规划工业装置的维修更换，最大限度的延长炉管的使用寿命，发达国家投入了大量的人力物力，着力研究高温设备材质劣化的原因，尽可能挖掘设备的潜力。而在我国目前的石化工业中，也存在着对高温高压临氢环境下投产设备的安全评估和现有设备国产化等问题，进一步分析高温设备材质劣化的原因，研究炉管材料的性能劣化（韧脆转变），对提高材料性能和指导实际生产具有重要的现实意义。　　 炉管材料的韧脆转变表现为断裂时由韧性断裂转变为断裂时为脆性断裂，从目前研究的关于材料韧脆转变的文献可知：材料发生韧脆转变的主要原因可以由微观组织来说明，从某种意义上说，微观组织的变化可以反映炉管材料宏观断裂力学性能的改变。韧性与脆性的定义没有一个严格界限，材料发生脆性断裂的主要原因是金属不能通过局部塑性变形来松弛裂纹尖端的应力阻止裂纹扩展，如果应力松弛的时间不足，裂纹就会迅速扩展，从而导致脆性断裂失效。　　 本文采用试验的方法对服役前后的炉管材料进行了断裂力学断裂韧性试验，定量地分析研究了炉管材料的劣化情况，在试验的同时，采用数值模拟的方法对含裂纹炉管进行了应力强度因子计算，并与试验得出的材料断裂韧性进行对比，分析影响炉管安全使用的主要因素。　　 本文通过采用国际最先进的MTS810疲劳试验机、扫描电镜、能谱分析仪以及国际通用大型有限元分析软件ANSYS，分别进行了断裂韧性试验、微观组织观察和含表面环向椭圆表面裂纹的数值模拟研究，得到的主要研究成果如下：　　 （1）采用国际最先进的MTS810疲劳试验机，进行了平面断裂韧性、延性断裂韧性试验，试验情况说明了服役5.3万小时炉管材料已由未服役时的塑性断裂转变为完全脆断，ZG40Cr25Ni材料的断裂韧性已经发生了较大程度的下降。　　 （2）通过使用扫描电镜和能谱仪对进行了断裂试验的断口进行了宏微观分析，未服役和服役过炉管的微观组织发生了很大的变化，未服役炉管断口表现为纤维状，有较强的抵抗裂纹扩展能力，而使用过的炉管断口则表现为朽木状，层与层之间已经剥离，基本没有抵抗裂纹扩展的能力。　　 （3）以断裂力学为基础，采用有限元方法，建立了表面环向椭圆裂纹炉管的应力强度因子计算模型，计算了受内压时随裂纹深度变化，裂纹最深点的应力强度因子，并通过应力强度因子和服役过、未服役过材料断裂韧性的比较，说明了疲劳载荷是使炉管发生破坏的主要因素。