[發明專利]一種評估9-12Cr%鐵素體耐熱鋼長時持久性能的方法

有效

• 申請號: 201010175664.3
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101852701A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 彭志方;黨瑩櫻;彭芳芳
• 申請（專利權）人: 東方鍋爐(集團)股份有限公司;武漢大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 程祥;馮衛平

技術領域

本發明涉及9-12Cr％鐵素體耐熱鋼持久性能的評估，具體地說，涉及利用9-12Cr％鐵素體耐熱鋼在550～750℃范圍內的短時(≤5×10³h)應力加載試驗數據外推相應鋼種長時(5×10³h～10⁵h)持久性能的方法。

背景技術

9-12％Cr鐵素體耐熱鋼是一類廣泛應用于超超臨界火力發電機組的材料。這類鋼具有優良的高溫斷裂強度和抗熱腐蝕能力，填補了低合金鋼和奧氏體鋼之間的空白，是近年來火電用鋼發展的主流，也是相關領域的一個主要研發方向。電站用鋼的持久性能評估必不可少。傳統的持久性能評估方法有時間-溫度參數法(TTP法)、等溫線法、金相分析法等，其中以時間-溫度參數法應用得最為廣泛。時間-溫度參數法需要做系列溫度下的持久(或稱蠕變)斷裂試驗，并且需要較長的試驗時間(通常要求在10⁴h以上，有的甚至要求高達3×10⁴h小時以上)從而獲取不同溫度下的應力與斷裂時間數據，以建立溫度-時間的參數值與應力的關系，以此評估任一溫度下的斷裂時間所對應的應力(即強度)；近期研究表明，對9-12％Cr鐵素體耐熱鋼采用該方法在600℃及650℃試驗10⁴h左右時，鋼的性能產生明顯下滑，說明實際情況明顯偏離了預測模型，即這類模型對9-12％Cr鐵素體耐熱鋼已有明顯性能過估傾向。等溫線外推法是利用一定溫度、較高應力下的應力與斷裂時間數據，在雙對數坐標系中以線性外推形式預測較低應力下的長時持久性能。該方法也需要做斷裂時間較長(超過10⁴h)的持久性能試驗且只能用于預測試驗數據自身溫度的持久性能。同時，近期有研究表明該方法有明顯過估9-12Cr％鐵素體耐熱鋼長時持久性能的傾向；金相分析法通過直接觀測確定溫度、應力及時間作用下，材料顯微組織的變化程度來判斷所對應的長時性能，由于顯微組織變化的微觀性及不均勻性使其準確定量比較困難。近年來隨著9-12％Cr鐵素體耐熱鋼在超超臨界火電廠運行過程中過早失效現象的發生，人們對用傳統方法評估這類鋼長時性能的適用性產生了質疑，并嘗試對其進行改良。如何利用9-12％Cr鐵素體耐熱鋼在550～750℃范圍內的短時(≤5×10³h)應力加載試驗數據外推相應鋼種在550～750℃范圍內的長時(5×10³h～10⁵h)持久性能，以有效減小長時持久性能的過估傾向，并節省持久試驗所需時間、能耗、樣品數及設備數是本發明的一個關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用9-12Cr％鐵素體耐熱鋼在550～750℃范圍內的短時(≤5×10³h)試驗數據外推相應鋼種長時(＞5×10³h～10⁵h)持久性能的方法，該方法可有效減小長時持久性能的過估傾向，大大節省持久試驗所需時間、能耗、樣品數及設備數。

本發明提供的技術方案是：

一種評估9-12Cr％鐵素體耐熱鋼長時持久性能的方法，包括以下步驟：①取直徑d₀為5～10mm，長度為5d₀或10d₀的9-12Cr％鐵素體耐熱鋼試樣在高溫持久試驗機下進行高溫持久性能試驗；通過上述試驗獲得試樣在550～750℃范圍內持久性能建模溫度T和至少2個不同加載應力下的斷裂時間，以及待評估持久性能的溫度T′和至少1個加載應力下的斷裂時間；②建立加載應力與斷裂時間的持久性能外推模型：對持久性能建模溫度下的上述試驗數據點在雙對數坐標系中按進行線性擬合并獲取斜率值b；其中σ為加載應力，t_f為對應加載應力σ下的斷裂時間，a為常數；③根據所得持久性能外推模型對待評估持久性能的溫度進行持久性能的外推：對步驟①獲得的待評估持久性能的溫度下的持久試驗數據利用步驟②中得到的斜率值b在雙對數坐標系中按進行線性擬合以獲得相應的常數a′并計算其算術平均值(對于一組加載應力和斷裂時間數據，則平均值為其本身)，則即為待評估持久性能的溫度下持久性能的評估方程；④在雙對數坐標圖上用繪制出應力——斷裂時間曲線，用該曲線評估試驗用鋼在待評估持久性能溫度下的持久性能。