CN103245569B - 一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明属于材料的高温气体腐蚀和蠕变实验技术领域，具体涉及一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及***。通过在试样的内部设有高温腐蚀性气体流通通道，在蠕变机的上、下拉杆内部开孔，并将试样与蠕变机上、下拉杆相通连接，形成气体通道，通过外部设备实现腐蚀性气体在通道内循环；在试样的外部对其加热并对试样施加轴向载荷，实现高温蠕变；腐蚀性气体在循环回路中实现循环。该方法可用于评估高温气体腐蚀与高温蠕变共同作用对材料性能的影响，研究气体腐蚀对蠕变性能的影响和蠕变行为对气体腐蚀的影响，更加真实有效的反映材料在服役阶段的高温力学性能演化规律，为保证设备安全可靠运行提供理论依据。

Description

一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及***

技术领域

本发明属于材料的高温气体腐蚀和蠕变实验技术领域，具体涉及一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及***。

背景技术

在超超临界机组中，需要提高蒸汽参数，如压强、温度来提高效率和实现节能减排目标。在实际工况下，超超临界机组锅炉管道材料在温度高达600℃左右容易发生蠕变，管道在高温腐蚀性气体环境中又会受到高温腐蚀的影响。目前该领域现有的研究方法只考虑高温下气体腐蚀或者蠕变单一因素对材料性能的影响，所以无法真实反映材料的高温性能演化过程，从而无法正确评估其剩余寿命。

发明内容

本发明提供了一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及***，能同时实现高温蠕变和高温下气体腐蚀，综合评估高温蠕变和高温气体腐蚀共同作用对材料性能的影响，研究高温气体腐蚀对蠕变性能的影响和蠕变行为对高温气体腐蚀的影响。

本发明所述的试验方法采用的技术方案为：

在试样的内部设有高温腐蚀性气体流通通道，在蠕变机的上、下拉杆内部开孔，并将试样与蠕变机上、下拉杆相通连接，形成气体通道，通过外部设备实现腐蚀性气体在通道内循环；在试样的外部对其加热并对试样施加轴向载荷，实现高温蠕变；腐蚀性气体在循环回路中实现循环，减少腐蚀性气体使用量。

本发明提供的实现高温下气体腐蚀和蠕变的材料试验***，由高温蠕变***及腐蚀性气体循环***组成；

所述高温蠕变***的结构为：蠕变机的加热炉为中空的管式炉，试样通过上拉杆和下拉杆放置在加热炉内；上拉杆和下拉杆为部分中空结构，其内部分别设置石英管，且分别在上拉杆和下拉杆上设置腐蚀气体入口及腐蚀气体出口；试样为中空结构，两端分别与上拉杆和下拉杆密封连接并相通；试样的外壁通过锥套与引伸板连接，并在引伸板的下端连接位移计；

所述腐蚀性气体循环***的组成为：氮气瓶及若干个腐蚀性气体储存瓶分别通过流量计与进气阀门接入气体混合室，再通过预热器及管道接入腐蚀气体入口；腐蚀气体出口通过管道与冷却器连接，冷却器的出口端通过风机与气体混合室连接；真空泵与冷却器连接。

所述加热炉的上下两端分别安装炉堵。

所述试样的两端与石英管之间分别放置垫片。

所述上拉杆和下拉杆的内部封闭端分别放置弹簧。

所述预热器与腐蚀气体入口的连接管道，及冷却器与腐蚀气体出口的连接管道上分别连接一段耐高温耐腐蚀的软管。

所述冷却器与真空泵之间的管路上设一支路，该支路与中和池连接。

本发明的有益效果为：

克服了针对高温蠕变或高温气体腐蚀单一因素研究的不全面性，通过高温腐蚀性气体的循环实现高温腐蚀环境，可用于研究高温蠕变和高温气体腐蚀的共同作用下材料高温性能演化过程，还可以研究气体腐蚀对蠕变造成的影响和蠕变对高温气体腐蚀造成的影响，从而准确揭示材料在服役阶段的高温力学性能演化规律，为设备安全可靠运行提供理论依据。

附图说明

图1为所述试验***的整体结构示意图；

图2为加热炉部分局部结构示意图；

图3为试样加持部位的局部结构示意图；

图4为试样的结构示意图；

图5为下拉杆的结构示意图。

图中标号：

1-上拉杆；2-加热炉；3-锥套；4-试样；5-垫片；6-下拉杆；7-位移计；8-下球形连接座；9-手轮；10-平衡铊；11-立柱；12-腐蚀气体出口；13-上夹头；14-下夹头；15-引伸板；16-炉堵；17-腐蚀气体入口；18-石英管；19─弹簧；20-控制台；21-耐高温耐腐蚀软管；22-预热器；23-气体混合室；24-氮气瓶；25、26-腐蚀性气体储存瓶；27-耐高温耐腐蚀软管；28-冷却器；29-风机；30-进气阀门；31-中和池；32-流量计；33-真空泵阀门；34-真空泵；35-风机阀门；36-中和池阀门；37-下拉杆圆孔。

具体实施方式

本发明提供了一种实现高温下气体腐蚀与蠕变的材料试验方法及***，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明所述***由高温蠕变***及腐蚀性气体循环***组成，如图1所示，其中高温蠕变***中加热炉部分的具体结构如图2所示。

高温蠕变***的结构为：蠕变机的加热炉2固定在蠕变机的立柱11上，加热炉2为中空的管式炉，试样4通过螺纹与上拉杆1和下拉杆6连接并放置在加热炉2内；上拉杆1和下拉杆6为部分中空结构，其内部分别设置石英管18，且分别在上拉杆1和下拉杆6上设置腐蚀气体入口17及腐蚀气体出口12；上拉杆1和下拉杆2的内部封闭端分别放置弹簧19；试样4为中空结构，两端分别与上拉杆1和下拉杆6密封连接并相通，试样4的两端与石英管18之间分别放置垫片5，用来保证密封性；试样4的外壁通过锥套3、上夹头13、下夹头14与引伸板15连接，并在引伸板15的下端连接位移计7；加热炉2的上下两端分别安装炉堵16；蠕变机的顶部装有平衡铊10，下拉杆6的下端与下球形连接座8连接，并安装手轮9。

腐蚀性气体循环***的组成为：氮气瓶24及腐蚀性气体储存瓶25、26分别通过流量计32与进气阀门30接入气体混合室23，再通过预热器22及管道接入腐蚀气体入口17；腐蚀气体出口12通过管道与冷却器28连接，冷却器28的出口端通过风机29与气体混合室23连接；真空泵34与冷却器28连接。预热器22与腐蚀气体入口17的连接管道，及冷却器28与腐蚀气体出口12的连接管道上分别设置一段耐高温耐腐蚀软管21和27；冷却器28与真空泵34之间的管路上设置支路，该支路与中和池31连接。

试验***中的管道除了两处软管21和27外全部用耐腐蚀的石英管道。试样4发生高温蠕变会伸长，连接试样的上、下拉杆间距会改变，固定在上、下拉杆气体进、出口处的管道会跟着发生移动，因此用两处软管来消除这种移动带来的影响。

蠕变机通过上拉杆1和下拉杆6将加载的载荷传递给试样4。试验过程中由于受高温蠕变的影响，试样会伸长，试样的伸长量通过夹持在试样上下两端的引伸板15传递给固定在引伸板下端的位移计7，位移计将测量的伸长量传输给计算机记录。

下拉杆的上端内部带有圆柱形开孔。安装试样时，先将弹簧19放入下拉杆6内圆柱孔底部，之后放入石英管18、垫片5，最后将试样4拧入下拉杆的螺纹中，使弹簧19处于压紧状态，并且保证垫片5处接触良好。腐蚀性气体流经石英管18进入试样4内部，在试样内表面发生腐蚀。石英管18的作用是防止腐蚀性气体与下拉杆6接触发生腐蚀。考虑到石英管18比下拉杆6的热膨胀系数小，当流过高温气体时，下拉杆6的伸长量大，垫片5与试样4之间会产生间隙，密封不严密。为了消除这种现象，在石英管18下方放置一个弹簧19，并使弹簧处于压紧状态，当产生间隙时，弹簧弹开一部分来消除间隙，保证密封严密。弹簧弹开一部分后，石英管与下拉杆会发生很小的滑动，与石英管上进气口相连的进气管也会跟着移动，为了不影响进气管的移动，在下拉杆下部开个直径较大的下拉杆圆孔37。上拉杆的结构及原理与下拉杆相同。

该***的使用及工作过程为：

（1）将上拉杆1、下拉杆6与试样4相连接；

（2）将引伸板15通过上下夹头与试样4连接。

（3）将热电偶绑定在试样上；

（4）缓慢放下加热炉2，通过计算机设置好试验参数，加热炉开始加热；

（5）将气体混合室23与预热器22连接，继而将预热器连接到腐蚀气体入口17，将腐蚀气体出口12与冷却器28连接，冷却器与风机29相连接，风机与气体混合室相连接，完成腐蚀性气体循环通道等外部设备的连接；

（6）加热炉升温的同时，打开风机阀门35、真空泵阀门33，保持进气阀门30、中和池阀门36关闭。开启真空泵34将管道内部抽真空。

（7）待管内形成真空后，关闭真空泵及真空泵阀门，打开进气阀门，通入腐蚀性气体，待腐蚀性气体充满管道后，开启风机29，关闭进气阀门，实现腐蚀气体循环。

（8）待温度条件满足实验要求，开始加载，试验正式开始。

（9）试验阶段，气体流经气体混合室23、预热器22、下拉杆6、试样4、上拉杆1、冷却器28、风机29后回到气体混合室23，形成循环回路。在循环回路内实现气体的循环能够减少腐蚀性气体的使用量。气体在预热器22内进行预热，能够减小温差对试样的影响。预热后的气体流经下拉杆6内的石英管18进入试样4内部，在试样内表面发生腐蚀，实现腐蚀和高温蠕变的共同作用。本***使用的风机为耐腐蚀风机。冷却器的作用是降低风机工作温度，延长风机使用寿命。

（10）实验结束阶段，打开氮气瓶24的进气阀门及中和池阀门36，关闭风机阀门35及风机29，向***内通入氮气，将***内的腐蚀性气体排入中和池31。待腐蚀气体排尽后关闭所有阀门，并且停止蠕变试验。为了防止试样断裂腐蚀气体漏入环境中，在试样发生蠕变断裂之前停止试验。

Claims (2)

1.一种实现高温下气体腐蚀和蠕变的材料试验***，其特征在于，由高温蠕变***及腐蚀性气体循环***组成；

所述高温蠕变***的结构为：蠕变机的加热炉(2)为中空的管式炉，试样(4)通过上拉杆(1)和下拉杆(6)放置在加热炉(2)内；上拉杆(1)和下拉杆(6)为部分中空结构，其内部分别设置石英管(18)，且分别在上拉杆(1)和下拉杆(6)上设置腐蚀气体入口及腐蚀气体出口；试样(4)为中空结构，两端分别与上拉杆(1)和下拉杆(6)密封连接并相通；试样(4)的外壁通过锥套(3)与引伸板(15)连接，并在引伸板(15)的下端连接位移计(7)；所述试样(4)的两端与石英管(18)之间分别放置垫片(5)；所述上拉杆(1)和下拉杆(6)的内部封闭端分别放置弹簧(19)；蠕变机的顶部装有平衡铊(10)，下拉杆(6)的下端与下球形连接座(8)连接，并安装手轮(9)；

所述腐蚀性气体循环***的组成为：氮气瓶及若干个腐蚀性气体储存瓶分别通过流量计与进气阀门接入气体混合室(23)，再通过预热器(22)及管道接入腐蚀气体入口；腐蚀气体出口通过管道与冷却器(28)连接，冷却器(28)的出口端通过风机(29)与气体混合室(23)连接；真空泵(34)与冷却器(28)连接；所述预热器(22)与腐蚀气体入口的连接管道，及冷却器(28)与腐蚀气体出口的连接管道上分别连接一段耐高温耐腐蚀的软管，***的其他部分管道均为石英管道；

所述冷却器(28)与真空泵(34)之间的管路上设一支路，该支路通过中和池阀门(36)与中和池(31)连接；

所述***的工作方式为：

步骤1、将上拉杆(1)、下拉杆(6)与试样(4)相连接；

步骤2、将引伸板(15)通过上下夹头与试样(4)连接；

步骤3、将热电偶绑定在试样上；

步骤4、缓慢放下加热炉(2)，通过计算机设置好试验参数，加热炉开始加热；

步骤5、将气体混合室(23)与预热器(22)连接，继而将预热器连接到腐蚀气体入口(17)，将腐蚀气体出口(12)与冷却器(28)连接，冷却器与风机(29)相连接，风机与气体混合室相连接，完成腐蚀性气体循环通道的连接；

步骤6、加热炉升温的同时，打开风机阀门(35)、真空泵阀门(33)，保持进气阀门(30)、中和池阀门(36)关闭；开启真空泵(34)将管道内部抽真空；

步骤7、待管内形成真空后，关闭真空泵及真空泵阀门，打开进气阀门，通入腐蚀性气体，待腐蚀性气体充满管道后，开启风机(29)，关闭进气阀门，实现腐蚀气体循环；

步骤8、待温度条件满足实验要求，开始加载，试验正式开始；

步骤9、试验阶段，气体流经气体混合室(23)、预热器(22)、下拉杆(6)、试样(4)、上拉杆(1)、冷却器(28)、风机(29)后回到气体混合室(23)，形成循环回路；在循环回路内实现气体的循环能够减少腐蚀性气体的使用量；气体在预热器(22)内进行预热，能够减小温差对试样的影响；预热后的气体流经下拉杆(6)内的石英管(18)进入试样(4)内部，在试样内表面发生腐蚀，实现腐蚀和高温蠕变的共同作用；本***使用的风机为耐腐蚀风机；冷却器的作用是降低风机工作温度，延长风机使用寿命；

步骤10、实验结束阶段，打开氮气瓶(24)的进气阀门及中和池阀门(36)，关闭风机阀门(35)及风机(29)，向***内通入氮气，将***内的腐蚀性气体排入中和池(31)；待腐蚀气体排尽后关闭所有阀门，并且停止蠕变试验；为了防止试样断裂腐蚀气体漏入环境中，在试样发生蠕变断裂之前停止试验。

2.根据权利要求1所述的一种实现高温下气体腐蚀和蠕变的材料试验***，其特征在于，所述气体混合室(23)、预热器(22)、下拉杆(6)、试样(4)、上拉杆(1)、冷却器(28)、风机(29)、气体混合室(23)依次相连形成循环回路。