蠕變強(qiáng)度蠕變斷裂強(qiáng)度特性

由于氧化使蠕變斷裂壽命顯著降低的部分?jǐn)?shù)據(jù)排除在外。耐熱鋼的蠕變強(qiáng)度在100MPa以上的應(yīng)力區(qū)，根據(jù)鋼的不同而有很大差異，如換算成斷裂壽命則分散在4位數(shù)或4位以上寬的范圍內(nèi)。但斷裂強(qiáng)度的分散程度隨著應(yīng)力的下降而減少，在低應(yīng)力的高溫長時(shí)間方面，認(rèn)為所有種類鋼的斷裂強(qiáng)度換算成斷裂壽命，都有收斂在1位數(shù)很窄范圍內(nèi)的傾向。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，在前面報(bào)導(dǎo)中推測的結(jié)果是鐵素體系耐熱鋼的基體蠕變強(qiáng)度不論鋼種是否不同都是同等程度，另一方面，碳鋼蠕變強(qiáng)度特性與耐熱鋼有很大的不同，認(rèn)為有以下特征。

1.碳鋼的蠕變強(qiáng)度比耐熱鋼的斷裂強(qiáng)度小，其裂壽命短1-2位數(shù)。

2.碳鋼蠕變斷裂強(qiáng)度對應(yīng)力的依賴性、數(shù)據(jù)段的梯度，在200MPa以下很寬的范圍內(nèi)幾乎是一定的，與耐熱鋼在低應(yīng)力、長時(shí)間方面表示出的共同斷裂強(qiáng)度對應(yīng)力的依賴性為同等程度。

3.碳鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度，換算成破斷裂壽命，分散在一位數(shù)范圍內(nèi)?；瘜W(xué)成分差別很大的10種耐熱鋼蠕變斷裂強(qiáng)度，與在低應(yīng)力方面收斂在相同程度范圍內(nèi)相比較，碳鋼蠕變裂裂強(qiáng)度分散程度相當(dāng)大 。

長期蠕變強(qiáng)度對發(fā)電設(shè)備等長時(shí)間使用的高溫結(jié)構(gòu)件來說是最基礎(chǔ)、最重要的材料特性?；鹆Πl(fā)電廠及化工設(shè)備等高溫結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，一般參照10萬小時(shí)持久強(qiáng)度，但在一部分國家中，也進(jìn)行以20萬小時(shí)持久強(qiáng)度為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。因此，為了維持設(shè)備的高安全性，精良而確切地把握材料長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性是很重要的問題。

金屬材料技術(shù)研究所從以上觀點(diǎn)出發(fā)，對于超過40種實(shí)際應(yīng)用的耐熱金屬材料，實(shí)施了以取得最長到10萬小時(shí)蠕變斷裂數(shù)據(jù)為目的的蠕變數(shù)據(jù)計(jì)劃。已經(jīng)得到大量長時(shí)間蠕變試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行鐵素體系耐熱鋼長期蠕變強(qiáng)度特性系統(tǒng)解析，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)了意義很深刻的知識(shí)，將它作為基本蠕變強(qiáng)度概念進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)。基體蠕變強(qiáng)度不依賴于細(xì)微組織形態(tài)和延續(xù)時(shí)間的強(qiáng)度特性。由于第二相的折出，彌散及合金元素的固溶強(qiáng)化或者加工硬化等各種因子而使蠕變強(qiáng)度提高。

但是，在蠕變形成為問題的高溫中，因?yàn)榘l(fā)生擴(kuò)散活潑化，材料的細(xì)微組織狀態(tài)不穩(wěn)定，發(fā)生折出相的凝集粗大化等的恢復(fù)。所以，依賴于細(xì)微組織形態(tài)強(qiáng)化因子的效果，隨時(shí)間的經(jīng)過而慢慢減少，蠕變強(qiáng)度下降。細(xì)微組織只有經(jīng)過完全回火，經(jīng)過充分時(shí)間的高溫、長時(shí)間，依賴于細(xì)微組織形態(tài)的強(qiáng)化因子效果才消失，蠕變強(qiáng)度不依賴于時(shí)間的經(jīng)過而成為固有的強(qiáng)度特性。以上的想法是基體蠕變強(qiáng)度概念，是不依賴于細(xì)微組織的穩(wěn)定強(qiáng)度特性，即基體蠕變強(qiáng)度。

為了通過試驗(yàn)求長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性，需要很多的勞力和時(shí)間，從短時(shí)間的外推，高精度的推測是很困難的事。但是，可以想像從基體蠕變強(qiáng)度概念，確切而且容易的評(píng)價(jià)長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性將成為可能。因此，了解基體蠕變強(qiáng)度支配因子是很重要的問題。作為涉及基體蠕變強(qiáng)度的影響因子，認(rèn)為有基體強(qiáng)度、晶粒直徑、氧化物彌散強(qiáng)化。氧化物彌散強(qiáng)化是關(guān)系到極少一部分材料，所以，為了弄清實(shí)用材料的基體蠕變強(qiáng)度特性支配因子，著眼于基體強(qiáng)度而研究基體蠕變強(qiáng)度是很重要的問題 。

試驗(yàn)鋼的蠕變斷裂數(shù)據(jù)按爐號(hào)的蠕變斷裂強(qiáng)度換算成斷裂壽命，分散在1位數(shù)寬度范圍內(nèi)，分散范圍即使是在低應(yīng)力、長時(shí)間方面也沒有減少的傾向。但是，對每個(gè)爐號(hào)鋼在蠕變斷裂強(qiáng)度上沒有大的分散，因此，本試驗(yàn)鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度分散大的問題，起因于蠕變斷裂強(qiáng)度的爐號(hào)間差別大。

在最低溫度673K，隨著應(yīng)力的下降，曲線的梯度單調(diào)的增加。但在723K，如果應(yīng)力低到150MPa以下，曲線的梯度相反減少，呈反S型態(tài)。從應(yīng)力一斷裂時(shí)間曲線的反S型態(tài)可以推測，應(yīng)力約150MPa以下的723K約超過5000小時(shí)，或者773K超過數(shù)百小時(shí)的長時(shí)間方面.蠕變強(qiáng)度降低到本試驗(yàn)用鋼的基礎(chǔ)蠕變強(qiáng)度。另外，還將關(guān)于推測為相當(dāng)于基礎(chǔ)蠕變強(qiáng)度，即應(yīng)力150MPa。鋼的蠕變斷裂數(shù)據(jù)可用Larson-Miller參數(shù)整理，特別是推測為蠕變強(qiáng)度在降到基礎(chǔ)蠕變強(qiáng)度的低應(yīng)力區(qū)內(nèi)。應(yīng)力的對數(shù)與Lar-son - Miller參數(shù)之間有良好的直線關(guān)系。

分析碳鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度特性，在研究微量合金元素對基體蠕變強(qiáng)度影響的同時(shí)，與耐熱鋼蠕變斷裂特性相比較而進(jìn)行了研究并得出以下結(jié)論。

1.碳鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度比耐熱鋼低，換算成斷裂壽命，表示出1位數(shù)左右那樣大的分散。

2.在相當(dāng)于約150MPa以下低應(yīng)力區(qū)的高溫·長時(shí)間方面，推測碳鋼的蠕變強(qiáng)度減少到基體蠕變強(qiáng)度，可以看到應(yīng)力的對數(shù)與Larson- Miller參數(shù)間有良好的直線關(guān)系。

3.碳鋼基體蠕變強(qiáng)度的大小，根據(jù)爐號(hào)的不同而有很大差異，可認(rèn)為，評(píng)價(jià)基體蠕變強(qiáng)度的斷裂壽命的對數(shù)和微量Mo之間有良好的直線關(guān)系。

4.可認(rèn)為，基體蠕變強(qiáng)度的大小扣蠕變試驗(yàn)前晶粒度之間相互無關(guān)。

5.可推測，添加Mo提高碳鋼基體蠕變強(qiáng)度的效果，在0. 03mass%左右的微量就飽和，最大限度提高的基體蠕變強(qiáng)度的大小，和耐熱鋼的高溫·長時(shí)間方面所表示出的蠕變強(qiáng)度是同等程度。

6.可推測，碳的單獨(dú)添加或Cr，Mn等Mo以外的合金元素與碳的復(fù)合添加，也使其全蠕變強(qiáng)度提高。

7.根據(jù)以上結(jié)果，鐵素體鋼的基體蠕變強(qiáng)度，受到碳和Mo等合金元素添加而引起的固溶化的控制；可推測，在碳鋼中加入0. 03mass%程度微量的Mo，可最大限度的提高基體蠕變強(qiáng)度。另外，耐熱鋼的所有鋼種都有最大限度提高了的基體蠕變強(qiáng)度，因此，可得出在高溫·長時(shí)間方面所有鋼種都收斂在相同程度的蠕變斷裂強(qiáng)度水平的結(jié)論 。

蠕變強(qiáng)度是指材料在某一溫度下,經(jīng)過一定時(shí)間后，蠕變量不超過一定限度時(shí)的最大允許應(yīng)力。長期蠕變強(qiáng)度對發(fā)電設(shè)備等長時(shí)間使用的高溫結(jié)構(gòu)件來說是最基礎(chǔ)、最重要的材料特性?；鹆Πl(fā)電廠及化工設(shè)備等高溫結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，一般參照10萬小時(shí)持久強(qiáng)度，但在一部分國家中，也進(jìn)行以20萬小時(shí)持久強(qiáng)度為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。因此，為了維持設(shè)備的高安全性，精良而確切地把握材料長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性是很重要的問題。

金屬材料技術(shù)研究所從以上觀點(diǎn)出發(fā)，對于超過40種實(shí)際應(yīng)用的耐熱金屬材料，實(shí)施了以取得最長到10萬小時(shí)蠕變斷裂數(shù)據(jù)為目的的蠕變數(shù)據(jù)計(jì)劃。已經(jīng)得到大量長時(shí)間蠕變試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行鐵素體系耐熱鋼長期蠕變強(qiáng)度特性系統(tǒng)解析，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)了意義很深刻的知識(shí)，將它作為基本蠕變強(qiáng)度概念進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)。基體蠕變強(qiáng)度不依賴于細(xì)微組織形態(tài)和延續(xù)時(shí)間的強(qiáng)度特性。由于第二相的折出，彌散及合金元素的固溶強(qiáng)化或者加工硬化等各種因子而使蠕變強(qiáng)度提高。

但是，在蠕變形成為問題的高溫中，因?yàn)榘l(fā)生擴(kuò)散活潑化，材料的細(xì)微組織狀態(tài)不穩(wěn)定，發(fā)生折出相的凝集粗大化等的恢復(fù)。所以，依賴于細(xì)微組織形態(tài)強(qiáng)化因子的效果，隨時(shí)間的經(jīng)過而慢慢減少，蠕變強(qiáng)度下降。細(xì)微組織只有經(jīng)過完全回火，經(jīng)過充分時(shí)間的高溫、長時(shí)間，依賴于細(xì)微組織形態(tài)的強(qiáng)化因子效果才消失，蠕變強(qiáng)度不依賴于時(shí)間的經(jīng)過而成為固有的強(qiáng)度特性。以上的想法是基體蠕變強(qiáng)度概念，是不依賴于細(xì)微組織的穩(wěn)定強(qiáng)度特性，即基體蠕變強(qiáng)度。

為了通過試驗(yàn)求長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性，需要很多的勞力和時(shí)間，從短時(shí)間的外推，高精度的推測是很困難的事。但是，可以想像從基體蠕變強(qiáng)度概念，確切而且容易的評(píng)價(jià)長時(shí)間蠕變強(qiáng)度特性將成為可能。因此，了解基體蠕變強(qiáng)度支配因子是很重要的問題。作為涉及基體蠕變強(qiáng)度的影響因子，認(rèn)為有基體強(qiáng)度、晶粒直徑、氧化物彌散強(qiáng)化。氧化物彌散強(qiáng)化是關(guān)系到極少一部分材料，所以，為了弄清實(shí)用材料的基體蠕變強(qiáng)度特性支配因子，著眼于基體強(qiáng)度而研究基體蠕變強(qiáng)度是很重要的問題。

該研究課題針對大藤峽水力樞紐工程壩基存在的主要工程地質(zhì)問題—泥化夾層的蠕強(qiáng)度特性而進(jìn)行了試驗(yàn)及理論研究。在收集前期工作成果和實(shí)地勘察工作基礎(chǔ)上，查朗了壩址區(qū)育分布規(guī)律、地質(zhì)環(huán)境及特性；摸索總結(jié)出一套針對泥化夾層的蠕變試了試驗(yàn)設(shè)備并獲取了大量寶貴的試驗(yàn)資料。通過對泥化夾層進(jìn)行的一系物理、物理化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)測試分析，從泥化夾層粒度成分，礦物成分可溶鹽成分及含量，游離氧化物等項(xiàng)指標(biāo)入手，結(jié)合掃描電鏡和泥化夾標(biāo)綜合分析,運(yùn)用近代土質(zhì)學(xué)的理論，結(jié)合宏觀流變學(xué)的理論和方法，蠕變及力學(xué)強(qiáng)度時(shí)間效應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行了較深入的分析研究，總結(jié)出一些變特征參數(shù)變化的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，從而揭示了泥化夾層蠕變特性及強(qiáng)度時(shí)本質(zhì)。該成果達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，并在理論研究方面具有一定的學(xué)術(shù)