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锅炉集箱腐蚀疲劳开裂分析

作　者: 王海波
导　师: 王惜宝
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 锅炉集箱腐蚀疲劳环形裂纹温度应力
分类号: TK228
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要

锅炉是在工业生产各个领域广泛应用的特种设备,由于高参数的锅炉可以带来高的能源转换效率,所以愈来愈多的锅炉被要求在高温和高压的环境下运行。在这种环境下长时间运行,并非完全没有风险,随着设备的腐蚀和疲劳,会大幅降低了设备的安全性与可靠度。它的安全事关人们生命财产的安全,避免发生事故是锅炉正常使用的前提。本文进行了BG35-54-M中型次高压锅炉集箱外表面环向裂纹产生的机理研究,对锅炉的设计、制造和运行具有一定的理论指导意义和较高的实用价值。本文从实际工作中发现的锅炉集箱本体环向裂纹分析入手,对集箱筒体的名义应力和温度应力分别用弹性力学分析的方法进行了计算,在弹性力学的方法中分别计算温度应力和工质内压然后进行叠加。而且按照锅炉运行与停炉的周期,分析出拉压应力循环的次数,应该是属于低周应力疲劳的范畴。对失效元件进行了化学成分和金相分析排除了集箱材质劣化,在裂纹的电镜扫描分析中,在裂纹的内部和边缘发现了含有Al,S,Cl,O,Na等元素的腐蚀产物,通过腐蚀产物分析和集箱筒体的运行环境,认定S,O的腐蚀是主要的因素。在进行扫描电镜和金相分析的裂纹边缘形貌后。将裂纹从表面向深度扩展的侧面形貌和有关文献比后认为该裂纹是属于疲劳裂纹的范畴,但也有其特殊型,裂纹尖端为沿晶扩展,裂纹断面具有贝纹线。根据应力分析,裂纹分析,腐蚀分析的结论,从材料的微观角度,并结合金相和电子显微镜图片,提出了微观的腐蚀与疲劳相互促进的作用机制,腐蚀造成了表面的应力集中,成为裂纹的起始点,在裂纹进展过程中,循环应力造成了腐蚀产物层的脱落,保证了致腐物质的扩散通道,由于裂纹尖端的组织和晶粒位相差异,也促进了裂纹尖端的塑性应变差异和进一步腐蚀。最后得出的结论是:锅炉集箱裂纹是腐蚀疲劳裂纹。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景与意义  8-9
  1.2 锅炉受压元件失效方式概述  9-15
    1.2.1 韧性破坏  9-10
    1.2.2 脆性破坏  10
    1.2.3 蠕变破裂  10-11
    1.2.4 疲劳破坏与失效  11-13
    1.2.5 腐蚀破坏  13-15
  1.3 目前中型次高压锅炉集箱发现的开裂问题  15-16
  1.4 本文的研究内容和技术路线  16-17
第二章集箱受力分析  17-35
  2.1 厚壁圆筒的受力理论分析  17-24
    2.1.1 厚壁圆筒的基本方程  17-22
    2.1.2 厚壁圆筒的应力和位移解  22-24
  2.2 厚壁圆筒温差应力分析  24-30
  2.3 失效锅炉的基本情况及计算结果  30-33
    2.3.1 锅炉的基本情况  30-31
    2.3.2 应力计算结果  31-32
    2.3.3 锅炉应力循环说明  32-33
  2.4 本章小结  33-35
第三章裂纹分析  35-47
  3.1 化学成分分析  35
  3.2 裂纹宏观形貌分析  35-37
  3.3 金相分析  37-39
  3.4 扫描电镜分析  39-45
  3.5 断面分析  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章裂纹形成及扩展机制  47-58
  4.1 前言  47
  4.2 腐蚀分析  47-53
    4.2.1 金属的高温氧化腐蚀  47-49
    4.2.2 二氧化硫和三氧化硫对受热面的腐蚀  49-50
    4.2.3 H_2S 对受热面的腐蚀  50
    4.2.4 HCl对受热面的腐蚀  50-51
    4.2.5 硫酸盐型的高温腐蚀  51
    4.2.6 硫化物型的高温腐蚀  51-52
    4.2.7 碱土金属盐类和钒盐对受热面的高温腐蚀  52
    4.2.8 启炉过程中烟气硫酸低温结露腐蚀  52-53
  4.3 疲劳分析  53-57
    4.3.1 一般疲劳断裂的特征  53-54
    4.3.2 材料疲劳的微观机制  54-55
    4.3.3 裂纹起裂与扩展  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结论  58-59
参考文献  59-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

锅炉集箱腐蚀疲劳开裂分析

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