2Cr11NiMoVNbNB钢高温蠕变特性实验研究.pdf

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华北电力大学〔北京硕士论文
第一章绪论
引言
在工业生产中,许多机械和设备的构件都是在高温条件下工
作的,如石化系统中高温高压的反应容器和管道、火电厂的主蒸
汽管道、汽轮机的叶片、螺栓、航空航天领域的发动机和核能设
备的某些部件等。这些高温构件,受载复杂,其局部应力往往超
过屈服部应力,使材料产生塑性变形。高温高压下工作的构件由
于其工作环境的恶劣,其可靠性就显得非常重要,并且影响巨大。
例如,印度“碳化氢”高温设备的破裂,毒气的泄漏造成十多万
人的伤亡苏联核反应堆的爆炸使整个欧洲发生恐慌。高温构件
的安全研究越来越受到人们的重视,高温构件的损伤评价和寿命
预测是当前材料研究的一个重要领域
在工程实际中,往往由于材料的蠕变破坏了机组的正常运
行。例如蒸汽透平叶片与涡轮级叶轮的径向位移超出了叶片与机
壳的间隙而顶住蒸汽管道接头部分连接螺栓的松脱叶片根部
因长期蠕变而断裂等等,以致引起严重事故。年月日
在美国州,一大型发电站由合金钢锻造而成
的转子在℃下运转,当转速达到了时发生爆炸,断
成多片。此转子经过小时运转次热启动,次
冷启动,次超速跳闸。失效分析的结果表明蠕变与低周疲劳的
交互作用是引起转子破坏的原因。这些事例说明,蠕变问题的
研究是随着动力机械、化工机械与宇航事业的发展,显示出日益
重要的地位,同时也促进了蠕变力学这门学科的形成与发展。
华北电力人学日七京〕硕士论文
这一现象称为蠕变现象。实际上,当零部件的变形随时间增长时,
应力也可能变化,因此蠕变广义的定义为当固体受恒定的外力作
用时,其应力与变形随时间变化的现象。此现象的特征是变形、
应力与外力不再保持一一对应关系,而且即使在应力小于屈服极限
时仍然具有不可逆的变形性质。大多数金属材料,其蠕变变形在室
温下通常很小,可以忽略不计,当对某些金属材料如铅、铝等就不
可以忽略。在高温情况下,则都必须加以考虑
在分析长期处于高温状态下工作的部件强度时,必须考虑蠕变问
题。这一问题在现代工业中显得十分重要。在工程实际中,往往由
于材料的蠕变,破坏了机组的正常运行。例如汽轮机的径向位移超
出了叶片与机壳的间隙而顶住蒸汽管道接头连接螺栓的松脱叶
片根部因长期蠕变而断裂等等,以至引起严重事故
汽缸螺栓是汽轮机的一个重要部件,它能否安全工作关系到机组
能否安全运行阴。在生产中,发生不少高压汽缸螺栓断裂事故。某
电厂号机第一次大修时揭缸发现高压缸根缸体法兰连体螺栓和
根高压静叶持环连接螺栓断裂,并发现根中压缸缸体法兰连接螺
栓断裂。年月日,秦皇岛热电厂号汽轮机上海汽轮机
厂制造,型进行首次大修,在高压缸解体时内
缸结合面螺栓断裂条。进一步检查,又发现有条螺栓有裂纹。
断裂螺栓数量占内缸结合面螺栓总数的,此时螺栓累计服役
小时,机组启停次。鉴于螺栓的大量断裂的严重性,于是
对同型号的号机组于同年月日小修也进行揭缸检查结果发现
高压内缸结合面有条螺栓也存在裂纹,同时发现高压静叶持环螺
栓也断裂条。此时,机组累计运行仅”小时。启停仅次
因此,查找螺栓的断裂原因,取得螺栓的蠕变实验数据是一项很有
意义的工作。
研究螺栓材料高温蠕变很有意义。蠕变引起应力松弛、伸长、破
坏等等。当试件的变形在恒温下保持不变即试件变形受到限制
时,可以发现试件的应力随着时间减少的现象,称之为应力松弛。
华北电力大学日京〕硕士论文
假设试件在拉伸载荷作用下的初始应力小于屈服应力,试件的总变
形￡在整个实验过程中保持为常数。随着加载时间的增加,蠕变变
形逐渐增加,而总变形不变,则弹性变形逐渐减少,弹性变形转化
为蠕变变形,按照弹性力学关系。二,由于弹性变形降低引起
相应地减少,这就是产生应力松弛的原因,因此可以说松弛是蠕变
现象的另一种表现。机组在运行时,汽缸螺栓受高温拉应力作用,
螺栓材料必然产生高温蠕变,而蠕变又引起应力松弛、伸长、破坏、
断裂等。
另外,我校对材料的疲劳进行了大量研究,但对于材料的高温蠕
变研究较少。和疲劳一样,高温蠕变也是汽轮机组寿命管理内容的
一部分。所以,有必要研究螺栓材料的高温蠕变四。
二、论文的研究内容
为了缩短试验时间,使温度、应力比正常工作状态下螺栓的温
度、应力高。试验材料取。北京重型电机厂生产
的汽轮机螺栓、叶片常用这种材料。
用型号的蠕变进行蠕变试验。在
℃、温度下,分别进行。一的蠕变试验
在应力下,分别进行℃的蠕
变试验。
对蟠变数据进行处理。用最小二乘法对蠕变速度与应力
。及蠕变速度与温度的几组蟠变数据进行拟合,得
到相应的方程。
运用语言编制非线性最小二乘法拟合程