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一种p91钢材的持久强度的评估方法及装置的制造方法

发布时间:2019-01-26来源:作者:

随着大容量、高参数超(超)临界机组在我国火力发电厂的迅猛发展,P91材料广泛的应用于540°C的亚临界机组中,主要用于主蒸汽管道、再热蒸汽管道及其旁路、高温联箱等高温部件。P91钢材是在P9的基础上通过降低含碳量、添加合金元素V、Nb并控制N的含量开发出来的改良型9Cr-lMo高强度马氏体耐热钢,其热强性好(强韧性高,淬透性好,可焊性良,热导率高,线膨胀系数小,最重要的是在593°C/10万h条件下P91钢材持久强度可达到10MPa的水平,对于高温部件的极佳的备选材料。

按照ASME SA335-SA335M的要求P91钢材的材质管道的硬度不超过250HB,然而在P91钢材的材料的检验过程中,不管是进口材料、还是国产材料,其硬度偏低已经是一个很普遍的问题。因此,在电力行业新颁布的DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》中明确提出了,P91钢材的硬度不得低于180HB的要求。但是在已经运行的P91钢材的管道和联箱仍存在大量的低硬度的现象,这给机组的长期稳定运行带来了严重的安全隐患。硬度在一定程度上表征了材料的综合力学性能情况,各类的研究表明当硬度下降时持久强度也随之剧烈降低。GB5310-2008中针对P91钢材提出了推荐的持久强度值,但均是对于硬度正常的P91钢材,特别是针对硬度在200HB?220HB之间的P91钢材。对于硬度不在此范围的,特别是低于180HB的P91钢的持久强度不具有普适意义,需要在不同硬度的条件下的P91钢材需要针对具体情况具体计算。

持久强度是测定材料在某一温度下受恒定载荷作用时,在规定的持续时间内不引起断裂的最大应力的一种材料机械性能试验,某种材料高温持久强度是高温构件设计选材的重要依据。

针对P91钢材,通常采用传统持久强度测试的方法。该方法是将同批次的某种材料加工成一组符合标准的试样,在某一恒定温度条件下,对这组试样分别选取不同的应力进行试验直到断裂为止,得出一组试验持续时间,然后在双对数坐标纸上画出应力与持续时间的关系曲线,利用关系曲线求出规定时间下的应力即持久强度。该技术方案的试验时间通常为I万小时,根据一定的公式外推时间至10万小时,获得10万小时的持久强度值。

对于P91钢要想获得其10万小时持久强度,其试验时间理论上不得小于I万小时。这种试验方法具有以下三个明显的缺点:

1、从工作效率角度考虑,试验时间所需太长,难以解决实际工作急迫的问题,效率极低。

2、从经济角度考虑,对于某一特定硬度的材料或部件,其I万小时的高温持久试验所需试验经费巨大,难于完成。

3、从部件本身考虑,由于持久试验所需试样个体较大且数量较大,对于某一特定硬度的材料或部件其体积有时难于完全满足,无法进行全部试验。

为解决现有技术的问题,本发明提出一种P91钢材的持久强度的评估方法及装置,针对P91钢这种材料,在540°C条件下,给出的技术方案能够快速有效准确的获得P91钢材的持久强度。

为实现上述目的,本发明提供了一种P91钢材的持久强度的评估方法,该方法包括:

获取P91钢材试验样品;

获取所述P91钢材实验样品的实际布氏硬度值;

根据P91钢材的布氏硬度与持久强度之间的定量关系得到P91钢材的持久强度值。

优选地,所述P91钢材的硬度与其持久强度之间的定量关系为:

O 540 = KieA*h+ (K2 X 16) eB*h

上式中,σ 54。:P91钢材在540°C条件下的持久强度值,单位为MPa ;h:试验样品的实际布氏硬度值,150HB 彡 h 彡 230HB ;A、B、K” K2 为常量;A = 0.0001754 ;B = -0.06986 ;K1 = 177.2 ;K2 = -5.599。

优选地,所述实际布氏硬度值的获取步骤包括:

从所述试验样品中选出至少5个测量点;

在所述测量点处对试验样品进行测量获取布氏硬度测量值;

对所述布氏硬度测量值求和取平均,得到实际布氏硬度值。

优选地,所述实际布氏硬度测量值的获取步骤还包括:

比较所述布氏硬度测量值与所述实际布氏硬度值;如果二者偏差大于等于20% ;则舍弃该布氏硬度测量值,从所述试验样品中重新选取一测量点,获取另一布氏硬度测量值,对布氏硬度测量值求和取平均。

为实现上述目的,本发明还提供了一种P91钢材的持久强度的评估装置,该装置包括:

试验样品获取单元,用于获取P91钢材试验样品;

实际布氏硬度值获取单元,用于获取所述P91钢材实验样品的实际布氏硬度值;

持久强度计算单元,用于根据P91钢材的布氏硬度与持久强度之间的定量关系得到P91钢材的持久强度值。

优选地,所述持久强度计算单元采用的P91钢材的布氏硬度与其持久强度之间的定量关系为:

σ 540 = KieA*h+ (K2 X 16) eB*h

上式中,σ 54。:P91钢在540°C条件下的持久强度值,单位为MPa ;h:试验样品的实际布氏硬度值,150HB ^ h ^ 230HB ;A、B、K1' K2 为常量;A = 0.0001754 ;B = -0.06986 !K1=177.2 ;K2 = -5.599。

优选地,所述实际布氏硬度值获取单元包括:

测量点选取模块,用于从所述试验样品中选出至少5个测量点;

布氏硬度测量值获取模块,用于在所述测量点处对试验样品进行测量获取布氏硬度测量值;

取平均值模块,用于对所述布氏硬度测量值求和取平均,得到实际布氏硬度值。

优化模块,用于比较所述布氏硬度测量值与所述实际布氏硬度值;如果二者偏差大于等于20% ;则舍弃该布氏硬度测量值,从所述试验样品中重新选取一测量点,获取另一布氏硬度测量值,对布氏硬度测量值求和取平均。

上述技术方案具有如下有益效果:

(I)采用本发明中的定量关系可实现在P91钢材料在540°C条件下不同硬度值对应地持久强度值。

(2)根据本发明的定量关系,在一定条件下,可以迅速的通过计算获得持久强度值,省略繁琐漫长的试验,既节约使用者了时间,又节约了使用者成本。达到快速有效准确的获得持久强度数据的目的。

因此,本技术方案提供了持久强度快速计算,为寿命评估提供了数据支持。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为在540°C下P91钢材的布氏硬度值与持久强度的曲线关系图;

图2为本发明提出的一种P91钢材的持久强度的评估方法流程图;

图3为本发明提出的一种P91钢材的持久强度的评估装置框图。

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本技术方案的工作原理是:如图1所示。在图1中,横坐标为P91钢材的实测硬度值h,纵坐标为该种材料在540°C条件下的持久强度σ54。。在已有的资料和公式中,并不能相互直接转换。利用现有的实际布氏硬度值以及对应地持久强度值,总结出两者之间的规律性。获取P91钢材的布氏硬度与持久强度之间的定量关系,这样可以直接通过实测硬度值h直接获得持久强度σ54。。

基于上述工作原理,本发明提出了一种Ρ91钢材的持久强度的评估方法,如图2所示。该方法包括:

步骤201):获取Ρ91钢材试验样品;

步骤202):获取所述Ρ91钢材实验样品的实际布氏硬度值;

步骤203):根据Ρ91钢材的布氏硬度与持久强度之间的定量关系得到Ρ91钢材的持久强度值。

σ 540 = K1 eA*h+ (K2 X 16) e_

上式中,σ 54。:P91钢材在540°C条件下的持久强度值,单位为MPa ;h:试验样品的实际布氏硬度值,150HB 彡 h 彡 230HB ;A、B、K” K2 为常量;A = 0.0001754 ;B = -0.06986 ;K1 = 177.2 ;K2 = -5.599。

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