本發(fā)明涉及一種電站鍋爐材料狀態(tài)評估方法，具體涉及一種基于特征歸納相似性理論的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫和基于高溫蠕變損傷力學(xué)的數(shù)值模擬的電站鍋爐受熱面SA210C鋼材料狀態(tài)評估方法。
背景技術(shù)：
：電站鍋爐受熱面因材質(zhì)老化發(fā)生蠕變失效導(dǎo)致爆管在鍋爐事故中占很大比例，對其進(jìn)行材料狀態(tài)評估，根據(jù)評估結(jié)果指導(dǎo)維修和技改工作，是保障鍋爐安全運(yùn)行的重要手段。常用的電站鍋爐受熱面材料評估方法主要是對受熱面割管進(jìn)行高溫蠕變試驗(yàn)，然后通過分析試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行材料狀態(tài)評估。常用的高溫蠕變失效機(jī)理的狀態(tài)評估方法主要包括等溫持久強(qiáng)度法、蠕變損傷法、參數(shù)外推的L-M法、外推法中的解析法即θ法?，F(xiàn)有的評估方法存在以下缺陷：首先，對材料進(jìn)行高溫蠕變試驗(yàn)需要時間長，不能在機(jī)組停爐期間給出評估結(jié)果，從而無法及時指導(dǎo)受熱面檢修和技改工作，而且需要試樣多，費(fèi)用高。其次，對蠕變試驗(yàn)結(jié)果的分析方法均存在局限性：等溫持久強(qiáng)度法是利用高應(yīng)力短時數(shù)據(jù)直線外推低應(yīng)力的長時數(shù)據(jù)，對應(yīng)力過于敏感且沒有考慮蠕變變形，與真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)有較大差距，特別是“拐點(diǎn)”問題，造成外推數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性；蠕變損傷法的蠕變金相損傷的定量評定受電站現(xiàn)場條件和無損檢測技術(shù)發(fā)展的限制，且定量分析工作量大；L-M公式法通過提高試驗(yàn)溫度降低蠕變斷裂時間，采用短期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)外推某應(yīng)力下的長期數(shù)據(jù)，其缺點(diǎn)主要來自高溫蠕變機(jī)理與常溫蠕變機(jī)理不同，升高溫度引起金屬組織變化的效應(yīng)不能用時間效應(yīng)代替，且缺乏以蠕變斷裂機(jī)制為基礎(chǔ)的物理理論依據(jù)，而參數(shù)的簡化計(jì)算也大大影響了評估的準(zhǔn)確性。θ法通過描述整個高溫蠕變曲線的特征進(jìn)而狀態(tài)評估，但蠕變數(shù)據(jù)都是在單應(yīng)力下得到的數(shù)據(jù)，而實(shí)際受熱面在真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下服役，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)。目前，在長期的電站金屬監(jiān)督和受熱面狀態(tài)評估工作中，已經(jīng)積累了大量的常溫理化數(shù)據(jù)和高溫蠕變數(shù)據(jù)。試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在材料的常溫理化性能與高溫蠕變性能之間存在關(guān)聯(lián)性，但是對此研究很少。因此，確立材料常溫理化性能與高溫蠕變性能之間的關(guān)聯(lián)性，充分利用已有的高溫蠕變數(shù)據(jù)，避免重復(fù)性試驗(yàn)，是亟待解決的問題。同時，針對目前受熱面材料狀態(tài)評估方法的不足，采用具有嚴(yán)格物理意義的高溫?fù)p傷力學(xué)方法，研究金屬材料的蠕變變形規(guī)律，通過單軸蠕變拉伸試驗(yàn)得出受熱面改進(jìn)后的K-R蠕變損傷本構(gòu)方程，得到損傷力學(xué)中的蠕變臨界損傷值Dcr，為受熱面評估提供狀態(tài)評價數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提高評估的準(zhǔn)確性，十分必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電站鍋爐受熱面SA210C鋼材料狀態(tài)評估方法，其可以有效提高評估的時效性和準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種電站鍋爐受熱面SA210C鋼材狀態(tài)評估方法，其具體包括如下步驟：1)通過分析已有的常溫理化性能和高溫蠕變數(shù)據(jù)，確定與高溫蠕變數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的常溫理化特征參量和范圍，建立常溫理化性能與高溫蠕變數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫；2)對待評估受熱面進(jìn)行常溫理化檢驗(yàn)，并將常溫理化性能與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫的常溫理化特征參量進(jìn)行匹配；3)根據(jù)匹配得出的常溫理化特征參量和范圍，從關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中調(diào)取高溫蠕變數(shù)據(jù)；4)在唯象學(xué)蠕變損傷理論（簡稱K-R理論）的基礎(chǔ)上，考慮高溫構(gòu)件蠕變損傷的局部化特征，推導(dǎo)得出基于局部化損傷力學(xué)的單軸蠕變損傷本構(gòu)方程（即改進(jìn)的K-R方程），并推廣到多軸真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，從而建立改進(jìn)的多軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變損傷本構(gòu)方程，然后根據(jù)查詢調(diào)取的高溫蠕變數(shù)據(jù)獲得蠕變損傷臨界值Dcr，為受熱面狀態(tài)評估提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述常溫理化特征參量為化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述常溫理化特征參量的范圍為：化學(xué)成分合格,珠光體球化級別2-3級,晶粒度6-7級，未見蠕變損傷，抗拉強(qiáng)度510-530MPa。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述改進(jìn)的多軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變損傷本構(gòu)方程如下：，其中，Dcr為臨界損傷值，g和φ為材料常數(shù)，g是考慮損傷非均勻性的常數(shù)，綜合反映了材料中損傷微元的種類和比例，φ是損傷常數(shù)，都可以通過擬合單軸蠕變曲線獲得。在運(yùn)行溫度450℃下的蠕變臨界損傷值Dcr為0.593221031。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果如下：1)該方法通過常溫理化性能與高溫蠕變數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性建立了關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了通過待評估受熱面的常溫理化性能，借助關(guān)聯(lián)常溫理化特征參量匹配，直接查詢調(diào)取高溫蠕變數(shù)據(jù)，避免了重復(fù)高溫試驗(yàn)，提高了評估的時效性。2)該方法通過建立改進(jìn)的K-R蠕變損傷本構(gòu)方程為受熱面蠕變損傷狀態(tài)評估提供了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提高了評估的準(zhǔn)確性。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。附圖1為SA210C受熱面1-8組試樣在200MPa，450℃下的應(yīng)變-時間曲線；附圖2為SA210C在450℃的應(yīng)變-時間曲線。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對發(fā)明進(jìn)行清楚、完整的描述。實(shí)施例1隨著運(yùn)行時間的延長，電站鍋爐受熱面SA210C的金相組織不斷老化，常溫力學(xué)性能不斷下降。為研究珠光體球化2-3級的SA210C受熱面管的常溫理化性能與高溫蠕變數(shù)據(jù)的特征參量及范圍，選擇8組試樣，其常溫理化性能試驗(yàn)結(jié)果見表1-3。受熱面的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1：。受熱面的金相組織分析結(jié)果見表2：表2受熱面的金相組織分析結(jié)果試樣編號12345678球化級別32222333晶粒度6.07.06.06.06.07.07.06.0受熱面的力學(xué)性能結(jié)果見表3：綜合表1-表3，SA210C鋼的1-8組試樣的化學(xué)成分均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，未見明顯區(qū)別，珠光體球化級別為2-3級，晶粒度為6-7級,力學(xué)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，總體差別不顯著。對以上8組試樣在180MPa、200MPa和220MPa的試驗(yàn)應(yīng)力下進(jìn)行450℃恒溫單軸蠕變試驗(yàn)，200MPa下的蠕變試驗(yàn)結(jié)果見附圖1，可見試樣1-8組在高溫蠕變曲線的第二階段具有相似的變化趨勢。分析1-8組的常溫理化性能數(shù)據(jù)可知，歸納相似特征為：化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，珠光體球化2-3級，未見蠕變損傷，晶粒度6-7級，抗拉強(qiáng)度在510-530MPa，即為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫的常溫理化特征參量。待評估的SA210C受熱面的常溫理化性能見表4：與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中的常溫理化特征參量標(biāo)準(zhǔn)范圍對比，其符合化學(xué)成分合格，珠光體球化級別2-3級，晶粒度6-7級，未見蠕變損傷，抗拉強(qiáng)度510-530MPa的特征，因此該待評估件可以和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)匹配，查詢調(diào)取高溫蠕變數(shù)據(jù)。根據(jù)獲得的高溫蠕變數(shù)據(jù)，得出單軸蠕變試驗(yàn)下試樣在不同載荷下的應(yīng)變-時間曲線，見附圖2，從而獲得單軸蠕變試驗(yàn)結(jié)果，如表5所示。根據(jù)蠕變損傷力學(xué)和多軸應(yīng)力理論，建立SA210C的蠕變損傷本構(gòu)方程，并通過對蠕變曲線的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計(jì)算得出運(yùn)行溫度（450℃）下的蠕變臨界損傷值Dcr。如表6所示，為受熱面狀態(tài)評估提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。然后采用ABAQUS軟件及子程序通過應(yīng)力數(shù)值模擬和有限元分析，完成受熱面在真實(shí)多軸應(yīng)力下的狀態(tài)評估。本發(fā)明提供的關(guān)聯(lián)常溫理化特征參量和范圍，建立了常溫理化數(shù)據(jù)與高溫蠕變數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)待評估受熱面的常溫理化性能與關(guān)聯(lián)特征參量范圍相匹配時，就可以直接查詢調(diào)取高溫蠕變性能，從而避免重復(fù)的高溫蠕變性能試驗(yàn)，提高了評估的時效性。同時采用蠕變損傷力學(xué)和多軸應(yīng)力損傷理論，獲得蠕變臨界損傷值，為受熱面狀態(tài)評估提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提高了評估的準(zhǔn)確性。以上所述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本發(fā)明可行實(shí)施的窮舉。對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而易見的改動，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3