蠕变状态下Cr9Mo蒸汽管道在线无损剩余寿命预测

摘要

电力、石化等行业对热量及动力的需求较大，而蒸汽管道是传输能量介质的重要载体之一，直接影响着企业的安全生产。由于长期在高温承压环境中服役，蒸汽管道的结构组织会发生变化，尤其是超温运行，进一步加剧材料的蠕变损伤，缩短其使用寿命。因此，进行蒸汽管道的蠕变损伤分析，研究蒸汽管道在线无损剩余寿命评价方法，对企业、安全监督相关部门等具有重要意义。
　　本文主要对某厂Cr9Mo蒸汽管道的机械性能及高温持久强度进行了测试，利用高温时效实验模拟了材料的蠕变损伤过程，研究了微观组织、硬度、电阻在时效过程中的变化规律。在此基础上，利用等温线法、L-M法、修正L-M法进行了常规剩余寿命预测，并通过硬度法和电阻法，初步实现了蒸汽管道剩余寿命的在线无损评价预测。
　　主要工作和研究结果如下:
　　(1)蒸汽管道的宏观检查与化学成分分析表明，经过14年服役的蒸汽管道总体状况良好，化学成分满足JIS3467和ASTM A235标准。
　　(2)机械性能测试、蠕变持久强度实验表明，蒸汽管道常温力学性能满足相关标准要求，但高温力学性能中抗拉强度、延伸率均不满足要求，蠕变持久强度存在一定程度的退化。
　　(3)高温时效实验中，材料的微观组织、硬度、电阻在时效过程中发生了一定程度的变化，而微观组织是影响硬度、电阻变化的主要原因，建立的硬度HV、电阻值R分别与热强参数P之间的关系式表明，高温时效实验可用于对蠕变的损伤过程进行模拟。
　　(4)在蠕变持久实验基础上，分别利用等温线法、L-M法、修正后的Larson-Miller法、硬度法、电阻法对蒸汽管道的剩余寿命进行了预测，并分析了结果之间的差异，提出了满足精度要求的在线无损剩余寿命预测方法，得出以下结论:若仅考虑蠕变损伤的情况，在500℃、1.7MPa工况下，修正Larson-Miller法、硬度法、电阻法得出的Cr9Mo蒸汽管道剩余寿命分别为144326h、42563h、46299h。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 论文背景及研究意义

1．2 高温蒸汽管道的应用概况

1．2．1 蒸汽管道钢材的发展

1．2．2 蒸汽管道工作环境及性能要求

1．3 蒸汽管道破坏类型

1．3．1 高温疲劳

1．3．2 高温腐蚀

1．3．3 高温蠕变

1．4 国内外剩余寿命研究现状

1．4．1 破坏性寿命评价方法

1．4．2 非破坏性寿命评价法

1．5 Cr9Mo蒸汽管道剩余寿命研究现状

1．5．1 Cr9Mo材质钢简介

1．5．2 Cr9Mo蒸汽管道剩余寿命预测研究现状

1．6 研究目的及内容

第2章 蒸汽管道机械性能实验

2．1 宏观检查及化学成分检测

2．2 蒸汽管道力学性能测试

2．2．1 常温拉伸实验

2．2．2 高温拉伸实验

2．3 蒸汽管道蠕变持久强度实验

2．3．1 试样设计与加工

2．3．2 试验方法

2．3．3 实验结果

2．4 蠕变断口形貌

2．5 本章小结

第3章 蒸汽管道高温时效特性研究

3．1 前言

3．2 蒸汽管道高温时效实验

3．2．1 实验设备

3．2．2 实验设计与方法

3．2．3 实验结果

3．3 实验结果分析与探讨

3．3．1 时效过程中组织的变化

3．3．2 时效过程中硬度的变化

3．3．3 时效过程中电阻率的变化

3．4 本章小结

第4章 高温蒸汽管道蠕变剩余寿命预测

4．1 寿命外推法简介

4．2 蒸汽管道所受最大应力值的确定

4．3 蒸汽管道剩余寿命预测

4．3．1 等温线法剩余寿命预测

4．3．2 Larson-Miller法剩余寿命预测

4．3．3 修正Larson-Miller法剩余寿命预测

4．3．4 硬度法剩余寿命预测

4．3．5 电阻率法剩余寿命预测

4．4 蒸汽管道寿命预测结果分析与讨论

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果