CN109632521A - 一种基于里氏硬度预测在役机组p91 钢持久强度的方法 - Google Patents

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蔡文河
董树青
王庆峰
杜双明
王智春
张坤
张学星
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Abstract

本发明公开了一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，包括如下步骤：S1热处理实验、S2硬度测试、S3持久强度试验、S4找出规律、S5获得持久度；步骤S1：通过热处理试验获得不同里氏硬度的试件；步骤S2：按照标准，从不同里氏硬度试件上切取里氏硬度试块，在实验室采用已计量的标准里氏硬度计测试里氏硬度值；本发明的有益效果是，(1)采用本发明中的方法尤其适用于在役部件的评估，可以在不破坏部件完整性的前提下，快速相对准确的获得部件持久强度值。(2)快速有效地满足电厂无功期、无备件等情况下的评估需要。(3)节省经济成本，保障安全运行。

Description

一种基于里氏硬度预测在役机组P91 钢持久强度的方法
技术领域
本发明涉及预测钢持久强度的方法领域，特别是一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法。
背景技术
材料的持久强度一直以来都是高温部件设计、选材、寿命评估的重要依据，它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，然后进行外推获得更长时间的持久强度，目前较常用的方法有等温线外推法、时间-温度参数法(Larson-Miller参数法)等。但是，不管哪种方法获得持久强度，均需切割部件，进行长时间的试验，然后外推获得持久强度曲线，由于限制外推时间不超过试验时间的10倍，因此一般情况下，欲获得10万小时的持久数据，试验时间至少需要达到1万小时，这种方法获得持久强度相对比较准确，适用范围广，但是此方法必须对部件进行破坏性试验，试验时间较长，耗时费力，而且成本较高。
持久强度除是设计、选材的依据之外，也主要应用于电厂在役部件的剩余寿命评估。目前，随着P91低硬度问题逐渐突出，对在役低硬度P91部件进行寿命的评估迫在眉睫。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，这给机组的长期稳定运行带来了严重的安全隐患。GB5310 中针对P91钢提出了推荐的持久强度值，但均是对于硬度正常的P91 材料，特别是针对硬度在200HB～220HB之间的P91钢材料。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遍意义，需要在不同硬度的条件下针对具体情况具体计算。
更多时候电厂受工期、成本等实际条件的制约，不可能将所需评估的低硬度部件均取样进行持久强度试验，也无法进行长时间的持久强度试验。在这种情况下，传统的持久强度试验方法是无法满足需求的，而与此同时又急需获得持久强度值以对待评估部件的进行剩余寿命的评估，那么如何快速相对准确的获得低硬度部件的持久强度性能就显得尤为重要。
因此，本专利的主要方法是无需进行实际长时间的持久强度试验，而是利用不同里氏硬度与持久强度之间的一系列规律，获取不同里氏硬度对应的持久强度。这种方法解决了测试时对部件的破坏问题，经济实用、节省时间、可靠方便、降低成本。
现有技术即传统持久强度测试的方法，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，由此外推持久强度，一般外推限制不超过一个数量级。目前行业内对P91钢的高温持久强度指标要求为105小时，因此一般传统的高温持久强度试验时间至少为104小时，进而通过公式外推至105小时高温持久强度。
1、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多，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；
2、即使可以取出足够数量的试样，也需要对被试验对象进行破坏性取样，而对于在役部件而言，无论是由于机组承担的社会责任还是对于发电企业自身的经济利益，都不能够随时无条件的停机取样。况且，从实际情况考虑，更多时候是缺少备件的，重新购买、更换部件需要较长时间，影响工期因此如果需要，因此持久强度试验只能等待适合的停机时机，并且提前准备完善所需的备件、人员、设备和工期等多项条件后方能进行取样；
3、从工作效率角度考虑，现有方法的时效性较差。现有持久强度试验时间至少需要近万小时，进而通过公式外推至10万小时高温持久强度。这种方法比较适用于科学研究等长时期的工作，但是对需要进行安全性评价或寿命评估的在役部件而言，这种方法的试验周期过长，时效性不高，不利于解决实际评估工作的迫切需求，效率极低；
4、从经济角度考虑，现有方法的经济性较低。对于某一特定硬度的材料或部件，其1万小时的高温持久试验所需试验经费巨大，难于完成。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，
包括如下步骤：S1热处理实验、S2硬度测试、S3持久强度试验、 S4找出规律、S5获得持久度；
步骤S1：通过热处理试验获得不同里氏硬度的试件；
步骤S2：按照标准，从不同里氏硬度试件上切取里氏硬度试块，在实验室采用已计量的标准里氏硬度计测试里氏硬度值；
步骤S3：在不同硬度值所对应的区域切取持久强度试样，在不同温度条件下，进行长时间持久强度测试，获得持久强度曲线；
步骤S4：根据步骤S3中的强度曲线图得出P91钢在不同温度、不同硬度条件下持久强度曲线的特点，在一定温度和硬度范围内P91钢的持久强度外推曲线存在规律；
步骤S5：步骤S3中强度曲线根据线性回归原理，获得一定温度下不同硬度部件的持久强度，适用于温度范围500℃～600℃，硬度范围 400HLD～449HLD。
进一步的，所述步骤S4中的规律即：
在低硬度范围400HLD～450HLD之间，P91钢随硬度的下降，持久强度同比下降；
在同等温度条件下，不同硬度值对应的持久曲线近似平行的，平行在长时间，且在500℃～600℃范围内，温度升高持久强度下降是近似等距的。
进一步的，所述步骤S3中的长时间持久强度测试的时间应大于一万小时。
利用本发明的技术方案制作的基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，(1)采用本发明中的方法尤其适用于在役部件的评估，可以在不破坏部件完整性的前提下，快速相对准确的获得部件持久强度值。(2)快速有效地满足电厂无功期、无备件等情况下的评估需要。(3)节省经济成本，保障安全运行。
附图说明
图1是本发明所述基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法的曲线图结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1所示，一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法。
实施例1
(1)热处理试验获得不同里氏硬度的试件；
(2)按照标准，从不同里氏硬度试件上切取里氏硬度试块，在实验室采用已计量的标准里氏硬度计测试里氏硬度值；
(3)在不同硬度值所对应的区域切取持久强度试样，在不同温度条件下，进行长时间持久强度(>1万小时)获得持久强度曲线，如图 1所示；
(4)得出P91钢在不同温度不同硬度条件下持久强度曲线的特点，在一定温度和硬度范围内P91钢的持久强度外推曲线存在一定的规律，即在低硬度范围内(400HLD～450HLD)，P91钢随硬度的下降，持久强度同比下降，在相同温度条件下，不同硬度值对应的持久曲线近似平行的，这种平行在1万小时甚至更长时间时更加明显且在500℃～600℃范围内，温度升高引起的持久强度的下降是近似等距的。
(5)根据线性回归获得一定温度下不同硬度部件的持久强度。
适用于温度范围500℃～600℃，硬度范围400HLD～449HLD。
432HLD——540℃下持久强度外推方程为y＝-0.0899x+ 2.4502，10万小时持久强度为100MPa，与试验后外推获得持久强度值之间的误差为3％。
实施例2
同实施例(1)-(5)，421HLD——551℃下持久强度外推方程为 y＝-0.094x+2.3654，10万小时持久强度为78.6MPa，与试验后外推获得持久强度值之间的误差为1％，方法与实施例1相同。
实施例3
同实施例(1)-(5)，416HLD——600℃下持久强度外推方程为 y＝-0.094x+2.2446，10万小时持久强度为59.5MPa，与试验后外推获得持久强度值之间的误差为3％，方法与实施例1相同。
实施例4
同实施例(1)-(5)，416HLD——546℃下持久强度外推方程为 y＝-0.0899x+2.4216，10万小时持久强度为93.8MPa，与试验后外推获得持久强度值之间的误差为2％，方法与实施例1相同。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1热处理实验、S2硬度测试、S3持久强度试验、S4找出规律、S5获得持久度；
步骤S1：通过热处理试验获得不同里氏硬度的试件；
步骤S2：按照标准，从不同里氏硬度试件上切取里氏硬度试块，在实验室采用已计量的标准里氏硬度计测试里氏硬度值；
步骤S3：在不同硬度值所对应的区域切取持久强度试样，在不同温度条件下，进行长时间持久强度测试，获得持久强度曲线；
步骤S4：根据步骤S3中的强度曲线图得出P91钢在不同温度、不同硬度条件下持久强度曲线的特点，在一定温度和硬度范围内P91钢的持久强度外推曲线存在规律；
步骤S5：步骤S3中强度曲线根据线性回归原理，获得一定温度下不同硬度部件的持久强度，适用于温度范围500℃～600℃，硬度范围400HLD～449HLD。
2.根据权利要求1所述的一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，其特征在于，所述步骤S4中的规律为：
低硬度范围400HLD～450HLD之间，P91钢随硬度的下降，持久强度同比下降；
同等温度条件下，不同硬度值对应的持久曲线近似平行的，平行在长时间，且在500℃～600℃范围内，温度升高持久强度下降是近似等距的。
3.根据权利要求1所述的一种基于里氏硬度预测在役机组P91钢持久强度的方法，其特征在于，所述步骤S3中的长时间持久强度测试的时间应大于一万小时。
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