蒸汽软管影响蒸汽气氛中不锈钢与镍基合金.doc

蒸汽软管影响蒸汽气氛中不锈钢和镍基合金 膨胀接头使用寿命的因素 D朗m融W．Rahoi 伸缩软管式膨胀接头是为了吸收管道系统中反复产生的热和机械运动以及抵抗内部和外部压力而 设计的。电厂中具有膨胀接头的部位包括城市供热管线、冷凝器颈部、热交换器壳体以及从中压到低压 汽轮机的几乎所有连接管道。 由于这些伸缩管道在制造和运行膨胀过程中均处于高的应力状态，所以它们可能对某种形式的破 坏如应力腐蚀裂纹很敏感。在水系统中常常是由于氯化物的存在而引起的，但是在蒸汽系统中则大多 数情况被认为是氢氧化物而导致的。 根据AISI 300型不锈钢伸缩软管长期暴露于氯化物离子下的使用经验，HiⅡ和Mark的一篇论文推 荐使用镍基合金来避免应力腐蚀裂纹。同样，在碱性腐蚀环境中合金400和合金600两种都已成功地 用来预防应力腐蚀裂纹的出现，但是断裂仍继续在产生。 过早的断裂看来并不是因单一的腐蚀剂或操作应力而造成的，原因可能是多方面的，其中多数在伸 缩膨胀接头最终成型后可用消除应力退火方法来加以消除。本文将讨论几种可能的断裂机理并用实例 说明最终的退火工艺。 可能的断裂机理 所有的下列因素都被认为是造成伸缩软管断裂的原因： ·冷加工造成的延展性降低 ·冷加工组织 ·氢脆 ·应力腐蚀裂纹 ·在高和低周期中的疲劳 ·碳化物析出 冷加工造成的延展性降低 伸缩软管的成型通常需要对材料进行剧烈变形。冷加工量的范围常常是从零到材料的延伸极限。 冷加工降低延展性，并且在没有其他复杂因素，如腐蚀的情况下，低周期疲劳寿命与延展性之间将存在 一种基本关系。co￡fin及其他作者通过实验表明了周期使用寿命、Nf；塑性变形范围、△s。以及拉伸断裂 延展性∈，之间的关系： (Nf)“(△S。)=∈f／2[n=1／2，对于大多数材料 拉伸断裂延展性被定义为： ∈f_一ln(1一R．A．)． 式中，R．A．是拉伸试验所确定的断面收缩率。 上述函数表明低周期疲劳寿命是如何根据断面收缩率来决定的。通过冷加工来降低金属的断面收 缩系数可以大大降低低周期疲劳寿命。遗憾的是大多数拉伸试验都是在最普通的空气介质中进行的， 因此不能模拟所有的工作介质。然而，即使在空气中，高温拉伸试验的确表明了延展性(R．A．)随温度 的变化，从而也显示了低周期中疲劳寿命的变化。 计算腐蚀对低周期疲劳的定量影响是困难的，并且为进行比较而在腐蚀介质中的低周期试验还未 进行。此外，断面收缩率与疲劳寿命之间的关系也没有使用价值，因为大多数腐蚀疲劳试验都是以大量 229 万方数据 的裂纹而结束并显示延展性为零，这样即无机会进行断面收缩率与疲劳寿命之间的比较。 应力腐蚀裂纹试验像应力断裂试验那样，两者均表明断裂时间随着应力的提高而缩短。但是，并未 导出一个定量的数据关系式。在此情况下，我们只能假设应力腐蚀裂纹或其他形式的脆裂的减少将会 改善某种适宜介质中的抗低周期疲劳能力。 表l所示为合金600进行20％冷加工和进行871℃／1小时退火的性能比较。较小的冷加工量已经 对延展性因素方面产生了明显的差别，尤其是对断面收缩率。对于这两种情况来说，随着合金的回火温 度提高其断面收缩率均在下降。另外，当退火材料给予20％冷加工时，虽然温度相同但其断面收缩率 也在下降。资料提出低周期疲劳寿命将随着温度提高而降低，而且对于冷加工情况来说低周期疲劳寿 命也是较低的。 表1合金600一拉伸性能 20％冷加工 87l℃／1小时退火 试验温度 0．2％屈服 拉伸强度 延伸率 断面收缩率 0．2％屈服 拉伸强度 延伸率 断面收缩率 oF(C) 强度 强度 (ksi) (k妙 (％) (％) (I【si) (ksi) (％) (％) 80(27) 120．0 128．5 14．5 55．5 40．7 96．3 45．0 65．5 400(204) 111．0 115．0 14．5 52．0 __—— ●_—— 600(316) 113．0 118．0 13．O 49．5 34．O 90．0 46．0 58．5 800(427) 109．5 117．5 14．0 47．5 33．1 88．O 45．O 60．5 1000(538) 100．0 110．5 14．O 46．0 31．8 81．3 42．0 55．2 1200(649) 81．5 92．5 20．0 42．O 29．5 64．6 镐．5 46．5 关于合金800在室温和高温下的低周期疲劳数据已经得到。该材料是在1149℃1小时固溶退火和 空冷条件下以及在相同的初始条件加上室温下进行23％拉伸变形。表2所示为23％拉伸变形所产生 的明显加工硬化，同时也降低了延展性。这些数据与表1所示的合金400数据在定性方面是一致的。 表2合金800一拉伸性能 20％冷加工 87l℃／1小时退火 试验