海上平台承压设备失效可能性分析

海上平台承压设备工作环境恶劣,腐蚀环境复杂,其腐蚀失效是海上平台安全运行的重要隐患,因此有必要对腐蚀机理进行分析和识别。本文分析了海上平台承压设备典型腐蚀机理的识别过程,基于VB语言开发腐蚀机理识别软件。结合RBI定量风险评估中失效可能性的方法,在完成腐蚀机理识别的基础上,提出了损伤因子计算方法,进一步建立了海上平台承压设备失效可能性的计算方法,并基于VB语言开发失效可能性计算软件。从而可以实现软件内识别设备腐蚀机理并进行失效可能性计算。将本文开发的软件应用于某海上平台一级分离器表明,软件能够根据容器内介质、操作条件等数据识别腐蚀机理,并能够在此基础上计算被评价单元的失效可能性。

热效应所致析出相对2205双相不锈钢耐蚀性的影响

研究不同热效应下2205双相不锈钢的析出相类型和特点,通过测试固溶态和不同热效应下2205双相钢的动电位极化曲线、电化学阻抗谱以及动电位扫描后试样表面形貌的观察,研究析出相对其耐腐蚀性能的影响。结果表明:固溶态材料的耐腐蚀性能及再钝化性能最好;而在850℃时效后,由于χ和σ相析出含量增多,在过电位下会由点蚀转变为选择性腐蚀,导致材料的耐腐蚀性能下降最严重;900℃时效后,2205双相不锈钢中的析出相含量降低,其耐腐蚀性能的下降有所缓解。

不同工况下20g钢及焊缝材料的棘轮-疲劳行为

对焦炭塔用20g钢和焊缝材料,分别在20、250、495℃下进行单轴拉伸实验和非对称应力循环实验。结果表明,两种材料的屈服强度随温度的升高而降低,焊缝材料的屈服强度和抗拉强度明显高于20g钢的。不同温度下,两种材料在非对称应力的加载下,均会产生棘轮行为,循环周次随平均应力和应力幅值的增大而缩短,棘轮应变速率越快,循环周次越短。在250℃下,由于动态应变时效作用,20g钢和焊缝材料呈现出循环硬化特性,只有在高应力水平下才会出现明显的棘轮行为,而在低应力水平下则表现出准安定状态。

过热对HP40Nb炉管微观组织和力学性能的影响

将铸态HP40Nb合金在1050,1100,1150℃下分别热处理了100 h和200 h,模拟炉管在实际服役过程中的过热情况。使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对原始材料和过热材料进行了微观组织表征和物相分析,并对碳化物的含量和形态进行了定量分析,此外还测试了过热前后材料的室温和高温拉伸性能。结果表明,HP40Nb合金原始铸态组织中的析出相为M_(7)C_(3)和NbC,过热后材料的组织为M_(23)C_(6)和NbC。过热材料晶内弥散分布了大量二次碳化物;过热温度越高,晶界和晶内的碳化物粗化程度越高。随着过热温度的升高,HP40Nb合金的室温抗拉强度和屈服强度呈现先增大、后减小的趋势,室温延伸率呈现先急剧减小、后缓慢减小的趋势,高温屈服强度和抗拉强度逐渐减小,高温延伸率逐渐增大。晶内二次碳化物的含量和晶界碳化物的粗化程度是影响HP40Nb合金力学性能的重要因素。

奥氏体不锈钢低温表面渗碳技术的研究进展

从低温表面渗碳技术的分类和发展以及低温表面渗碳处理对不锈钢表面组织、力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能、抗氢脆性能的影响等方面对奥氏体不锈钢低温表面渗碳技术进行了综述,对奥氏体不锈钢表面低温渗碳技术存在的问题及未来的研究方向进行了探讨。

Fe60Cr5Mo2Ni2W2Mn1C4Si7B17非晶合金的纳米压痕力学性能

采用甩带法制备出新型Fe60Cr5Mo2Ni2W2Mn1C4Si7B17非晶合金,在室温、不同峰值载荷(3,5,7,9,12mN)和不同加载速率(1,2,3,4,5mN·s-1)下对此非晶合金进行纳米压痕试验,研究了加载速率和峰值载荷对其弹性模量、纳米压痕硬度和蠕变行为的影响。结果表明:试验合金为完全非晶态,其纳米压痕硬度和弹性模量均较高;随着峰值载荷的增大(即压入深度的增大),试验合金的纳米压痕硬度减小,表现出较明显的尺寸效应,弹性模量略有降低;随着加载速率的增加,纳米压痕硬度和弹性模量均增大;在纳米压痕试验的保载阶段,试验合金发生蠕变,其最大蠕变位移随峰值载荷或加载速率的增加而增大,蠕变应力指数则随峰值载荷的增加或加载速率的减小而增大。

基于多损伤参量的P92钢蠕变变形模拟

在连续损伤力学框架内,采用2种损伤状态变量模型来描述P92钢在650℃下的软化、损伤的起始及扩展机制.在分析连续损伤方程及已有的相关蠕变试验数据的基础上,提出了蠕变连续损伤方程参数的确定方法并得到650℃下P92钢蠕变连续损伤方程.结果表明:通过蠕变试验数据得到的损伤参量确定的蠕变连续损伤方程,可以很好地模拟P92钢在650℃下的蠕变变形,多损伤参量连续损伤方程也可以很好地外推至其他应力水平.基于多损伤参量的连续损伤方程可以从非弹性应变速率、内应力及微观结构的演化行为方面对蠕变变形进行较好地描述,具有工程使用价值.

含不同循环变形历史P92钢的高温拉伸性能

在650℃下对P92钢进行不同周次循环加载试验,再在650℃下进行拉伸试验,研究了循环变形对其显微组织和高温拉伸性能的影响。结果表明:未循环变形P92钢的显微组织由细小板条马氏体组成,马氏体内存在亚晶粒和位错,晶界析出M23C6碳化物,循环变形后钢中板条马氏体发生明显回复,亚晶粒长大、位错向胞状结构转变;与未循环变形相比,循环变形后P92钢的高温拉伸性能明显降低,且抗拉强度和屈服强度随循环周次的增加而降低;循环变形对P92钢的拉伸断裂机制没有产生明显影响,拉伸断口均存在明显韧窝,拉伸断裂机制均为韧性断裂。

TC4钛合金的高温氧化动力学行为

在600~850℃对TC4钛合金进行了0.3~80h的氧化试验,研究了氧化对其宏观形貌、截面硬度、截面形貌等的影响,分析了其高温氧化动力学行为。结果表明:随着温度的升高和氧化时间的延长,TC4钛合金表面氧化膜经历了完整→开裂→剥落→严重剥落→全部剥落的过程;钛合金近表面形成的渗氧层厚度随氧化时间的延长和温度的升高而增加;当氧化温度在600~650℃时,钛合金的氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化温度为750~850℃时符合线性规律,当氧化温度为700℃,氧化时间小于8h时符合抛物线规律,氧化时间超过8h时符合线性规律;不同氧化温度和时间下,硬度随距表面距离的增加而降低。

热模拟过火2205双相不锈钢的析出相与过火致敏性

为了研究2205双相不锈钢设备在遭受火灾损害后,材料的晶间腐蚀倾向,利用质量分数20%NaOH溶液、10%草酸溶液电解侵蚀试验和双环动电位再活化法(DLEPR),同时借助光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析仪等,对不同热模拟过火2205双相不锈钢(DSS)的析出相和过火致敏性进行研究。结果表明:该双相不锈钢经热模拟过火后,会在铁素体(α)/奥氏体(γ)相界和α相内析出σ相,随着热模拟过火温度的升高,σ相的析出量也随之增加,在850℃时,σ相析出量最大;在950℃时,部分σ相溶解而消失,残存σ相则逐渐长大;在1050℃时,所有析出σ相重溶。经750和850℃热模拟过火的2205 DSS呈现出较为严重的晶间腐蚀(IGC)倾向,其中,α/α和α/γ相界的腐蚀较为严重;在950℃时,IGC倾向消失,主要表现为σ相的选择性腐蚀。DL-EPR测试得到的敏化度(DOS)变化趋势与σ相的析出规律类似,随着热模拟过火温度的升高,DOS先增大后减小,在850℃时,DOS最大,为22.67%,这表明σ相的形成会破坏双相不锈钢中Cr浓度的均匀分布,在相界周围产生贫Cr区,从而导致材料发生敏化,提高IGC敏感性。因此,可根据σ相析出量对2205 DSS的IGC敏感性进行定性评判。

高温载荷作用下20G钢的性能及显微组织演变

对水冷壁管用20G钢在室温至850℃进行了拉伸试验,还在550~850℃同步进行了蠕变(应力为62MPa)及时效(不施加应力)试验,研究了温度对拉伸性能,以及蠕变和时效后的组织和性能演变的影响。结果表明:蠕变及时效后试验钢的显微组织均由铁素体和珠光体组成,应力的施加促进了珠光体的球化;随温度的升高,试验钢的抗拉强度先略有减小后增大随后再快速下降,屈服强度呈近似线性下降趋势,伸长率先降低后增大再波动性下降;随温度的升高,试验钢的蠕变断裂时间先急剧降低后趋于稳定,在550℃下蠕变断裂受晶界蠕变孔洞形核控制,在650℃下则由塑性损伤控制。

氢在双相不锈钢中的扩散模拟

利用Abaqus有限元软件建立了氢在含不同奥氏体相体积分数(φγ)双相不锈钢中的二维扩散有限元模型,分析了φγ对氢在双相不锈钢中扩散分布的影响,计算了氢在含不同φγ的模型中的表观扩散系数(Dapp),建立了Dapp与φγ的关系式.结果表明:氢在双相不锈钢中的Dapp随着φγ的增加而降低,并且ln Dapp与φγ之间呈现出线性变化关系;将φγ=44.3%,50.0%,57.3%的3种模型中的奥氏体相沿扩散深度方向延长,以分析氢沿着双相不锈钢横向和纵向组织中的扩散差异.结果表明,氢在纵向组织中的扩散速度更小,氢脆敏感性更弱.

表面渗氧强化对TC4钛合金力学性能的影响

采用氧增强扩散渗氧强化技术对TC4钛合金进行表面强化处理,利用显微硬度计测量渗氧层中的硬度分布,利用光学显微镜(OP)研究渗氧前后材料的微观组织变化,通过单轴拉伸试验研究表面渗氧强化处理对材料力学性能的影响。结果表明:经渗氧强化处理后,表面形成约150μm的渗氧强化层,表面硬度较基体提高一倍以上,约为950 HV,但力学性能下降明显,其中屈服强度下降约16%,抗拉强度下降约13%,延伸率下降约35%。材料力学性能降低的原因主要是渗氧强化处理过程中的高温作用,导致基体晶粒长大;表面渗氧强化层在小应变阶段即发生脆性开裂。

低温气体渗碳对304L奥氏体不锈钢抗氢性能的影响

对304L奥氏体不锈钢进行低温(470℃)气体渗碳,采用光学显微镜(OM),电子探针显微分析仪(EPMA)以及X射线应力分析仪(IXRD)研究了304L奥氏体不锈钢低温气体渗碳强化层的厚度、碳含量及残余应力分布。通过电化学充氢实验,结合X射线相结构分析(XRD),慢应变单轴拉伸试验,扫描电镜(SEM)观察以及氢含量检测等方法分析低温气体表面渗碳对304L不锈钢抗氢脆性能的影响。研究表明:304L不锈钢经30 h低温气体表面渗碳处理后,形成了约22μm的渗碳层,渗碳层中碳含量和残余应力在表面最高,分别为2%(质量分数)及-1.47 GPa,并沿深度方向梯度减小;低温气体表面渗碳大幅度提高304L不锈钢表面的稳定性,在充氢过程中不产生马氏体相变,从而提高其抗氢性能。此外,渗碳层中的压缩残余应力对抑制H扩散,也起到了积极的作用。

补焊工艺对含夹杂结构界面损伤的影响

利用有限元分析软件,结合Dflux子程序、生死单元技术、子模型技术和内聚力模型建立三维含夹杂Q345R钢板热-力顺次耦合数值模拟模型,得到了初始焊和补焊对夹杂基体界面损伤的影响,并讨论了补焊工艺参数对损伤的影响。结果表明,补焊过程会导致夹杂与基体界面出现损伤,夹杂与补焊区域之间的距离和补焊热输入对界面损伤的影响大于补焊长度的影响。

316L奥氏体不锈钢表面低温气体渗碳层的热稳定性能

对表面低温气体渗碳强化处理的316L奥氏体不锈钢进行300～400℃保温150,1 500,3 000h时效处理,研究了时效温度及时间对表面渗碳层物相组成、厚度、纳米硬度和残余应力的影响,分析了其热稳定性能。结果表明:渗碳层在温度300～400℃的时效过程中无新型碳化物析出;在400℃时效时,碳原子向基体内部扩散,渗碳层厚度明显增加,当时效时间为3 000h时,渗碳层与基体的界面消失,表面纳米硬度降至基体的50%;当在300℃时效时,渗碳层厚度、碳含量以及纳米硬度均没有明显变化,此温度下服役时渗碳层较为稳定;经300～400℃时效处理后,渗碳层的表面残余压应力均下降,且时效温度越高、时效时间越长,残余压应力下降的幅度越大。

时效时间对20Cr32Ni1Nb钢显微组织与力学性能的影响

对20Cr32Ni1Nb钢进行950℃、不同时间(200~5 000h)时效处理,研究时效时间对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢晶界上共晶碳化物的层片状结构消失,并由短杆状逐渐变成颗粒状,奥氏体基体内析出弥散分布的二次碳化物,且在时效500h时,二次碳化物的数量最多;时效5 000h时,20Cr32Ni1Nb钢中有G相析出;随着时效时间的延长,20Cr32Ni1Nb钢的抗拉强度和屈服强度均先增后降,伸长率减小,冲击韧性呈先降后增再降的变化趋势,时效5 000h时,冲击韧度为40J·cm^(-2)。

长管拖车气瓶用4130X钢的应变疲劳特性及寿命预测

研究了长管拖车钢制无缝气瓶用材料4130X在4种不同应变幅控制下的低周应变-疲劳特性,分别对其循环应力-应变关系、应力-应变迟滞回线及疲劳寿命预测等进行研究,着重分析4130X钢的疲劳循环软化行为,提出了考虑循环软化作用的疲劳寿命预测修正模型。

含分层复合材料管道中超声导波的模态转换特性研究

复合材料压力容器管道中的分层损伤是威胁结构安全的重要隐患,有必要对其开展无损检测研究。将有限元特征频率求解法与Floquet周期性边界条件相结合,高效、准确地分析了复合材料管道中超声导波的频散特性;进一步通过半解析有限元方法以及有限元动力学方法,验证了上述理论方法的正确性。在此基础上,建立了含分层损伤的有限元动力学模型,定量研究了分层损伤对导波传播特性的影响。结果表明,在分层损伤处会发生L(0,2)到L(0,1)的模态转换;与反射因子相比,模态转换因子更适合分层损伤的定量检测。

碳纤维增强树脂基复合材料紫外老化机理及寿命预测

通过荧光紫外灯人工加速老化方法模拟自然光对碳纤维/环氧树脂复合材料的紫外老化,探究紫外老化时间、温度(50,60,70℃)对碳纤维复合材料的影响。利用XPS,SEM对辐照表面进行结构表征,通过动态热机械分析(DMA)、拉伸、压缩对复合材料的动态和静态力学行为进行测试。结果表明,随着紫外老化时间的增加,复合材料表层纤维与树脂的粘结变差,表面产生了大量的含氧基团,且温度越高,紫外老化程度越剧烈。紫外老化会使复合材料的力学性能产生退化,老化前期拉伸、压缩强度下降较快,老化后期趋于平缓,并基于老化动力学模型建立了紫外老化情况下树脂基复合材料的寿命预测模型。