Grade 91耐热钢的硬度与持久强度、许用应力和运行/剩余寿命的相关性研究

摘要

利用不同硬度Grade 91钢试件的持久强度数据研究该钢硬度与持久强度和最大许用应力的相关性.结果表明,采用系列硬度试件所做确定温度和外力下的持久实验同时存在性能高估和低估现象,将这些数据综合在一起预测/外推钢的持久强度与实际值差距较大,利用由此确定的105 h持久强度计算得到的最大许用应力对应用产生不完全符合实际的影响.同时研究得到Grade 91钢在确定温度下满足最大许用应力的硬度下限的确定方法:对于硬度在201(205)HBW及其以上的Grade 91钢部件,在575(600)°C及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2019版规范对Type 1和Type 2型材料最大许用应力的要求;硬度在204HBW及其以上的Grade 91钢部件在575°C及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2017版规范对壁厚大于75 mm部件最大许用应力的要求.因此,在已有硬度范围规定(ASME BPVC 2017-2019对Grade 91钢:190～250HBW)的情况下,下调最大许用应力的ASME BPVC 2019新规范给现有硬度范围下限的实施带来一定困难,即满足该硬度下限要求却不能满足最大许用应力要求.为解决这一问题未来有必要上调硬度下限值.此外,研究了Grade 91钢运行/剩余寿命评估算法中利用短时实验数据外延105 h持久强度的函数优化.结果表明,现用算法采用幂函数拟合存在性能高估现象,若采用对数函数将不同硬度试件的持久数据分开拟合则可明显提高与实验数据的吻合性;在此基础上研究所得已知运行条件下部件厚度-硬度-运行/剩余寿命的关系将安全性评估的技术参数融为一体,可体现该方法的适用性、可靠性和直观性.以上研究结果可供相关标准修订和工业实际应用参考.