【摘要】：課題來源于十三五國家重點研發(fā)計劃《超期服役承壓設備壽命預測及延壽關鍵技術》的子項目(2016YFC0801905),重點針對典型的承壓設備材料,進行非穩(wěn)態(tài)工況下超期服役設備的壽命預測方法研究及安全評定。本文圍繞著探究材料應力腐蝕門檻值K_(ISCC)的影響因素、建立K_(ISCC)與硫化氫濃度之間數學模型的核心問題進行了系列研究。以斷裂力學為理論基礎,以4130X氣瓶用鋼為研究對象,從硫化氫單純腐蝕影響材料斷裂韌性及應力腐蝕門檻值的兩個視角出發(fā)進行實驗研究,重點研究在非單一工況(不同的腐蝕環(huán)境、不同的外加應力共同作用)下,材料的應力腐蝕門檻值的變化情況。在此基礎上,對裂紋尖端的應力場進行理論分析,研究應力與腐蝕共同作用下,腐蝕前后裂紋尖端應力場及塑性區(qū)尺寸的變化。為后續(xù)研究其長期服役下的壽命預測提供實驗依據。本文首先研究了單純腐蝕因素對材料斷裂韌性的影響。應用三點彎曲試樣,以COD實驗為基礎,測定了4130X材料兩種狀態(tài)下腐蝕前后的斷裂韌性,分別得到空氣中與1600ppm濃度硫化氫腐蝕后的P-V曲線21組(空氣中:原材料6組、熱處理材料6組;腐蝕后:原材料3組、熱處理材料6組。),得到了對應的d_R-△a關系。針對熱處理材料,利用d_R-△a關系做出阻力曲線,并換算出K_I值。對于原材料,由于其沒有裂紋穩(wěn)定擴展階段,求出其K_I的上限值。其次,本文應用改進型WOL試樣進行恒位移實驗,研究了腐蝕因素及外力因素對應力腐蝕門檻值變化規(guī)律的影響。分別考慮3個梯度不同硫化氫濃度(200ppm、800ppm、1600ppm)、3個梯度不同初始載荷共同作用,進行系列實驗,得到18個應力腐蝕門檻值(原材料:9個、熱處理材料:9個)。由于原材料試樣屈服強度較低,所得實驗結果不滿足平面應變要求,為材料應力腐蝕門檻的上限值。主要工作與創(chuàng)新點如下:(1)通過實驗建立了應力腐蝕環(huán)境下4130X材料K_(ISCC)(K_e)與硫化氫濃度C_(H2S)之間的數學模型,在工程應用中,當已知硫化氫濃度時,可根據該模型推算材料的應力腐蝕門檻值。(2)實驗中考慮了硫化氫濃度與初始載荷的兩種因素影響,結果表明硫化氫濃度為主要影響因素,應力腐蝕門檻值隨著硫化氫濃度增加呈指數遞減關系;初始載荷為次要影響因素,其主要影響低濃度下的應力腐蝕門檻值,隨著硫化氫濃度的增加,該影響逐漸減弱。(3)對特種設備常用的4130X高壓氣瓶用鋼,針對其原材料與熱處理后的材料,從力學性能、斷裂性能、腐蝕性能、應力腐蝕性能方面,進行了系統(tǒng)實驗研究,給出了適合工程應用的定量評價結果。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1;TE97;O346.1

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