本文關鍵詞：高溫服役條件對爐管材料斷裂韌性的影響

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【摘要】：制氫轉化爐是石化行業(yè)中制氫裝置的關鍵設備之一,而爐管又是制氫轉化爐的核心零部件。爐管的服役條件非常惡劣,經(jīng)常面臨高溫蠕變、高溫氧化、高溫腐蝕等多重損傷,一旦發(fā)生事故,將會造成巨大的經(jīng)濟損失,并引起不良的社會影響。因此對爐管進行損傷及失效研究,對保證制氫轉化爐乃至整個制氫裝置長周期安全運行具有重要意義。近來研究表明:高溫蠕變是造成爐管材料損傷的主要原因,而高溫又是導致蠕變的直接原因。為了得到高溫條件對爐管材料性能(特別是斷裂韌性)的影響,本文開展了相關研究。首先利用實驗室的電阻爐對爐管材料在不同溫度下進行了時效處理。然后對十組經(jīng)過不同高溫時效處理過的爐管材料進行常溫拉伸力學試驗、平面應變斷裂韌度試驗,并對斷裂韌性試樣斷口進行了宏觀分析。最后運用斷裂力學理論和有限元法探討了高溫時效處理引起爐管材料韌性劣化的原因。得到的主要研究成果如下:(1)通過對十組爐管試樣進行常溫拉伸試驗,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高溫時效處理之后爐管材料的屈服強度和抗拉強度有所提高,但是表征材料塑性參數(shù)的延伸率和截面收縮率都出現(xiàn)了下降。(2)通過對十組爐管試樣進行平面應變斷裂韌度試驗,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高溫時效處理后爐管材料的斷裂韌性出現(xiàn)了劣化的現(xiàn)象。同時還發(fā)現(xiàn)時效時間對爐管材料的斷裂韌性影響不大,而隨著時效溫度的提高,爐管材料的斷裂韌性出現(xiàn)先下降再小幅度回升的現(xiàn)象。(3)根據(jù)材料損傷理論,如果材料的微觀組織發(fā)生損傷,那么在裂紋尖端與位錯區(qū)之間的無位錯區(qū)很容易形成微裂紋,裂紋的擴展實質上就是新老裂紋合并的結果。運用斷裂力學理論和有限元法建立裂紋前緣有微裂紋、無微裂紋以及不同裂紋長度的三點彎曲試樣斷裂力學有限元模型,計算裂紋前緣最大應力和最大應力強度因子,結果發(fā)現(xiàn):裂紋前緣有微裂紋時,裂紋前緣最大應力和最大應力強度因子都要比裂紋前緣無微裂紋時要大的多;隨著裂紋長度的增加,裂紋前緣最大應力和最大應力強度因子也會變大。所以材料要是在高溫時效處理時微觀組織發(fā)生損傷,那么其抵抗裂紋擴展的能力就會變差,即斷裂韌性會發(fā)生劣化。
【關鍵詞】：制氫轉化爐爐管 高溫 斷裂韌性 應力強度因子
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;TQ054
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 制氫轉化爐簡介及爐管材料的發(fā)展11-13
• 1.2.1 制氫轉化爐簡介11-12
• 1.2.2 爐管材料的發(fā)展12-13
• 1.3 爐管材料的損傷及失效研究現(xiàn)狀13-19
• 1.3.1 爐管材料的損傷形式13-15
• 1.3.2 爐管材料的檢測方法及剩余壽命評估15-18
• 1.3.3 爐管材料失效研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文的工程背景、研究內(nèi)容及研究意義19-22
• 1.4.1 工程背景19
• 1.4.2 研究內(nèi)容19-20
• 1.4.3 研究意義20-22
• 第2章 爐管材料高溫時效實驗及拉伸試驗22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 爐管材料高溫時效實驗過程22-28
• 2.2.1 實驗方案22-25
• 2.2.2 高溫時效實驗的爐管試樣尺寸25
• 2.2.3 爐管試樣放入和取出加熱爐的過程25-28
• 2.3 高溫時效處理后爐管材料拉伸力學試驗28-32
• 2.4 本章小結32-34
• 第3章 爐管材料斷裂韌性試驗及斷口宏觀分析34-48
• 3.1 引言34-35
• 3.2 爐管材料斷裂韌性試驗35-45
• 3.2.1 試樣尺寸設計與取樣方法35-36
• 3.2.2 試驗原理36-37
• 3.2.3 試驗過程37-41
• 3.2.4 試驗結果分析41-45
• 3.3 爐管材料斷裂韌性試樣斷口宏觀分析45-46
• 3.4 本章小結46-48
• 第4章 爐管材料斷裂韌性三點彎曲試樣有限元分析48-64
• 4.1 引言48-50
• 4.2 有限元分析方法簡介50-53
• 4.2.1 有限元分析方法基本理論50-51
• 4.2.2 ANSYS有限元軟件簡介51-52
• 4.2.3 有限元方法在斷裂力學分析中的應用52-53
• 4.3 三點彎曲試樣裂紋尖端應力強度因子計算53-62
• 4.3.1 應力強度因子53-54
• 4.3.2 裂紋前緣無微裂紋時三點彎曲試樣的應力強度因子54-57
• 4.3.3 裂紋前緣有微裂紋時三點彎曲試樣的應力強度因子57-59
• 4.3.4 含不同長度裂紋三點彎曲試樣的應力強度因子59-62
• 4.4 本章小結62-64
• 第5章 總結與展望64-68
• 5.1 總結64-65
• 5.2 展望65-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文73-74
• 致謝74

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本文編號：862799