服務熱線：橢圓形封頭用金屬材料在高溫下的性能變化
2016年07月06日
滄州五森管道有限公司
在高溫作用下，橢圓形封頭用金屬原子間的自由電子獲得了外界的能量，其活動范圍擴大，使原子間的“粘結力”減小，晶格錯位容易進行，從而使金屬材料的強度下降，而塑性和韌性升高。高溫下材料許用應力降低的原因 源于此。
1、橢圓形封頭用材料的蠕變及應力松馳
當材料的使用溫度超過其熔點的（0.25~0.35）倍時，金屬的性能已處于不穩定狀態，此時若在外力的作用下，會出現這樣一種現象：雖然材料的應力不再增加，但其變形卻隨著時間的增加而繼續增大，而且出現了不可恢復的塑性變形。通常把這種現象稱做材料的蠕變。一般情況下，對碳素鋼來說，考慮蠕變發生的起始溫度為400℃，對鉻鉬合金鋼則為450℃。
與蠕變現象相反，當橢圓形封頭用材料受高溫和外力的持續作用時，可能會出現這樣一種現象：材料的總應變量不變，但由于發生蠕變，使其中部分彈性變形轉化成了塑性變形，從而導致彈性應力降低，即意味著金屬材料被“放松”了。材料的這種現象稱做應力松馳。應力松馳實際上是蠕變發生的另一種表現形式。高溫下工作的螺栓常因應力松馳而導致法蘭泄漏，所以此時應選用抗蠕變能力高的鉻鉬鋼材料作為高溫螺栓材料。對于加工殘余應力和焊接殘余應力，由于應力松馳而使其減弱或釋放，從而可減緩或消除它們帶來的不利影響。
2、橢圓形封頭用材料的球化和石墨化
在高溫作用下，碳鋼中的滲碳體由于獲得能量而將發生遷移和聚集，形成晶粒粗大的滲碳體并夾在鐵素體內，尤其是對于珠光體碳鋼，其滲碳體會由片狀逐漸轉變成球狀。這種現象稱為材料的球化。球化的結果使得橢圓形封頭用材料的抗蠕變能力和持久強度下降，而塑性增加。一般情況下，碳鋼長期處于450℃以上溫度環境時， 有明顯的球化現象。
對于碳鋼和一些低合金鋼，在高溫作用下，其組織中會出現這樣一種現象：其過飽和的碳原子發生遷移和聚集，并轉化為石墨（石墨為游離的碳原子）。由于石墨強度極低，并以片狀存在于珠光體內，將使材料的強度大大降低，而脆性增加。這種現象稱為材料的石墨化。一般情況下，碳鋼長期處于425℃以上溫度環境時， 有石墨化發生，而在475℃以上時則明顯出現。為 起見，SH3059標準規定，碳鋼的 使用溫度為425℃，而GB150規范則規定其 使用溫度為450℃。
通常，珠光體鋼的球化先于石墨化發生，當發現材料中有石墨析出時，球化過程已經過去。一般認為，石墨化是某些鋼球化的繼續和發展。
3、橢圓形封頭用材料的高溫氧化
金屬材料處于高溫和氧化性介質（如空氣）的環境中時，將會被氧化。氧化產物為疏松的非金屬物質，容易脫落，故有時也稱其金屬的氧化為脫皮。以碳鋼為例，當它處于570℃的空氣中時，會產生FeO+Fe3O4+Fe2O3氧化皮，該氧化皮很容易脫落而使金屬減薄，故不受力的碳鋼一般也應限制在560℃以下工作。橢圓形封頭常用材料的抗氧化極限溫度列于表3-1。一般情況下，壓力管道都不會以材料的抗氧化極限溫度作為使用限制，只有在很 殊的情況下（如燒焦時）才可能這樣做。
表3-1 常用金屬材料的抗氧化極限溫度
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鋼 材 牌 號
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抗 氧 化 極 限 溫 度 ℃
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碳素鋼
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≤560
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12CrMo
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≤590
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15CrMo
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≤590
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1Cr5Mo
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≤650
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0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2
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≤850
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0Cr25Ni20
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≤1100
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