锅炉压力容器钢板韧脆的转变范文

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摘要：

在实际的工业生产中，锅炉与压力容器的材料往往以钢板为材料，钢板的韧性会随着温度的变化而变化，温度下降，韧性也降低，当达到临界值后，钢板会发生韧脆转变现象，导致产品性能不佳的现象，锅炉压力容器就会达不到技术要求，为了科学判断锅炉压力容器钢板韧脆随着温度变化而发生的转变，本文通过系列温度冲击试验，对钢板韧脆变化进行了测定，希望能够对相关工作人员有所启发。

关键词：

压力容器；冲击试验；钢板韧脆；温度变化

锅炉压力容器对于工业生产具有重要意义，在实际生产过程中，压力容器通过铁素体钢在既定的温度范围内的韧脆转变而形成，但是，其中的安全隐患也始终难以消除，对于结构完整性的维系也造成了阻碍。在既定的温度区间内，材料的韧脆转变与之息息相关，但是有表现出明显的分散性，需要对其表述和数值进行严格确定，保证数据资料的真实性。但是，对于钢板韧脆变化的评价和预测，一直是工程界和学术界的难题，需要通过不断努力，攻克难题。攀登工程研究的新高峰。

一、锅炉与钢制压力容器概述

在钢制的压力容器中，其主要的受压元件包括壳体、封头大口径接管等部分，这个元件的材料多为钢板，由钢板加工而成，对钢板的技术要求依照国家钢制压力容器的相关规定进行加工制作。而GB150是其中的一种，其设计以压力容器延性断裂为基础，所以，必须要杜绝一切脆性断裂。但是，众所周知，压力容器由于加工材料的限制，中低碳钢、合金钢等韧性材料经过冶炼、轧制和制造之后，微孔洞和微裂纹必然存在，从而形成微观缺陷的基础，微观缺陷受到外力荷载作用，会不断发展，形成宏观裂纹，如果得不到及时处理，将直接导致压力容器的损坏。温度在这个过程中发挥着重要作用，在低温条件下，压力容器如果发生脆性断裂，也就表明了压力容器的工作温度在材料脆性转变温度之下。

在锅炉与压力容器中，常温条件下，钢板的冲击韧性很好，但是，一旦温度低于某一临界值，其冲击韧性就会骤然下降，断口也不再呈现出纤维状，而是变为结晶状，断裂也由微孔聚集变成了穿晶解理型。随着温度的变化，材料的屈服强度也不断变化，温度降低，屈服强度升高，断裂强度却不会发生明显变化，从而使材料脆化。研究表明，材料的韧脆转变温度不是一成不变的，而是随着外界条件的变化而发生变化。脆性转变温度会受到钢板厚度的影响，厚度越大，脆性转变温度就会上升。在GB150标准中，压力容器的工作环境温度介于-20℃~0℃的范围内，是不符合低温压力容器的标准的，没有必要在制作过程中针对性地采用低温用钢。如果钢板厚度超过某个特殊的温度值，其脆性转变温度就会上升，为产品的安全运行埋下了安全隐患。

二、试验过程

1材料与试样本次试验采用的主要材料为DIWA353型号的钢板，厚度为100mm，钢板的化学成分和力学性能见表1和表2，其中，变轴直径用d表示，试样的厚度用a表示。在试验过程中，在钢板厚度的1/4处取样，然后将样品加工成为10mm×10mm×55mm的V型缺口标准冲击试样，确保试样的形状和尺寸公差均能够满足冲击试验要求。在试验中，试验的完成，主要依靠JB30B摆锤式冲击试验及机。

2试验方法关于韧脆转变温度的界定，主要是指不同温度冲击试验下，冲击吸收功急剧变化或断口韧性极剧转变的温度区域。为此，在工程实践中，韧脆转变温度的测定，主要依靠标准夏比V型缺口冲击试样来实现。在不同的温度条件下，冲击试验才能获得更加准确的结果，并建立坐标系，以试验温度为x轴坐标，以冲击吸收功和脆性断面率为y坐标，从而得到吸收功-温度曲线，脆性断面率-温度曲线，并通过曲线变化，得到钢板的韧脆转变温度。根据相关标准的规定，冲击吸收功-温度曲线上下平台区间50%对应的温度，和脆性断面率-温度曲线中脆性断面率50%对应的温度即韧脆转变温度。脆性断面率通过游标卡尺进行测量，获得。为了保证吸收功-温度曲线，脆性断面率-温度曲线的绘制效果，保证曲线的完整性和明确性，试验过程中，需要在每个温度范围内选取不同的3个试样，分别进行相同的试验，从而有效控制冲击试验随机因素对试验结果的影响，集中试验数据。为了有效保证试验中的冲击功值和该温度范围内的韧性具有一致性，应该合理选择试验次数，获得多次数据。此外，为了保证试验的可靠性，试验中应该合理选择温度间隔，充分遵照材料的低温特性，温度间隔确定为20℃为宜。

三、试验结果分析

在不同的试验温度下，V型缺口试样的冲击吸收功和脆性断面率也不断发生变化，具体试验结果详见表3，通过对试验结果的分析，可以得出：随着试验温度的降低，DIWA353钢板存在明显的韧脆转变现象，具体的变化详如图1所示。从图1可以看出，钢板的冲击吸收功Akv会随着试验温度的下降而减少。但是对于钢板而言，通过温度的测定，能够有效表塑性破坏与脆性破坏之间不是互通的，充分考虑到钢板的材料因素，在试样加工过程中，试验加工过程以及试验操作过程都是影响韧脆转变的重要因素。通过试验，韧脆转变发生的温度是具有固定区间的。通过上述试验，在锅炉压力容器中，DIWA353钢板具有低温韧脆转变的特性，其转变温度需要通过一系列的温度夏比缺口冲击试验来获得。在实际生产过程中，韧脆转变温度充分反映了金属材料韧脆特性受到温度的影响程度，为此，压力容器要想安全运行，维持低温环境至关重要。为此，在金属材料的选择过程中，将韧脆转变温度确定为一个重要的选择参数，具有其明确的科学依据，是判断材料韧性的重要依据。本次试验中，钢板的冲击吸收功测定过程中，其韧脆转变温度为-26℃，通过断口脆性断面率而得到的韧脆转变温度为-28℃，均位于钢板的工作温度之下，用于压力容器，能够保证安全性。

四、结语

在工业工程领域，锅炉压力容器有着广泛的应用，加强对锅炉压力容器的深入研究具有重要的实践意义。在实际生产过程中，压力容器通过铁素体钢在既定的温度范围内的韧脆转变而形成，但是，其中的安全隐患也始终难以消除，对于结构完整性的维系也造成了阻碍。通过本文的研究，保证钢板韧脆转变温度不高于工作温度，就可以大大提高锅炉压力容器的安全性能。

参考文献

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作者：崔菁 单位：广东省特种设备检测研究院湛江检测院