一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法及其应用技术

本发明专利技术属于高温内压蠕变试验技术领域，涉及一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法及其应用

【技术实现步骤摘要】
一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法及其应用


[0001]本专利技术属于高温内压蠕变试验
，涉及一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法及其应用，适用于锆
、
钛及其合金管材或需要进行高温内压蠕变试验的其他金属管材
。

技术介绍

[0002]锆合金包壳管是核反应堆的关键堆芯材料，其内包裹着二氧化铀等核燃料，其他锆合金管材也是核反应堆的关键堆内材料，其内包裹着各类仪表等，锆合金管材对核反应堆的安全性起着第一道安全屏障的作用
。
钛合金管材是航空
、
航天领域飞行器内关键的油路管道与气路管道等，对飞行器的安全也起着至关重要的作用
。
[0003]锆
、
钛及其合金管材在核能
、
航空
、
航天等领域的应用期间，长期在高温
、
高压的恶劣环境下持续运行，因金属材料的力学性能特征，不可避免地会出现高温蠕变，当蠕变延伸量达到一定程度时，锆
、
钛及其合金管材会出现一定程度的蠕变变形，最终影响其相关部件结构的安全性
。
例如包壳管在核反应堆的高温
、
高压环境下服役期间，假设核反应堆出现异常情况，如包壳管内产生大量裂变气体富集，或包壳管破损引起了锆水反应产生大量氢气富集等，气体膨胀导致包壳管内部压强显著增大，伴随着核反应堆高温环境，引起包壳管的内压蠕变
。
又如部分航空
、
航天用钛合金管材在航空发动机等高温环境下使用，可能会引起钛合金管材的内压蠕变
。
因此锆
、
钛及其合金管材的高温内压蠕变性能是核能
、
航空
、
航天等领域非常重视的性能指标
。
[0004]目前国际上核能领域包壳管等锆合金管材高温内压蠕变试验的现有技术主要是围绕
YS/T 1463
‑
2021《
锆合金管材内压蠕变试验方法
》
标准发展的各类方法，该试验方法的试验温度为
400℃、
参考应力为
130MPa、
试验时间为
240h。
当试验需要持续测定外径蠕变延伸率时，一次长达
10
天多的试验仅能测定1个样品的外径蠕变延伸率
。
该试验方法的效率较低，且该方法所需实验仪器制造复杂
、
成本较高，目前国内仅有三至四家实验室具有该型仪器，且其中仅有1～2家实验室通过了国家认可等质量管理体系要求
。
然而，我国为了降低对石油
、
煤炭等传统能源的高度依赖，近些年在以核能为代表的新能源领域发展需求旺盛，导致现有技术难以满足各科研
、
生产单位大量的锆合金管材高温内压蠕变试验需求
。
目前，我国航空
、
航天领域也正在逐步加快钛合金管材高温内压蠕变试验研究，并且国际上目前还没有钛合金管材高温内压蠕变试验技术，航空
、
航天领域仍在借鉴核能领域的
YS/T 1463
‑
2021《
锆合金管材内压蠕变试验方法
》。
综上所述，亟需研发出一种加速高温内压蠕变试验模型的预测方法，以满足我国核能
、
航空
、
航天等重点关键领域的迫切需求
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法及其应用，该方法可显著缩短锆
、
钛及其合金管材高温内压蠕变试验的周期，极大地缩短了核能领域锆合金管材，以及航空
、
航天领域钛合金管材的研制周期，提高科研
效率
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1、
设置1个标准组和至少1个加速组，用于开展不同试验条件的高温内压蠕变试验；所述标准组和加速组均采用相同牌号
、
相同工艺生产的金属管材；
[0009]S2、
获取所述金属管材应变
0.2
％时的规定塑性延伸强度
R
p0.2
及应变
0.2
％时的规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
；
[0010]S3、
根据所述规定塑性延伸强度
R
p0.2
、
规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
计算蠕变试验参考应力系数
α
，所述蠕变试验参考应力系数
α
的计算公式如下式
(1)
：
[0011]α
＝
77.5
％
*S
p0.2
/R
p0.2
ꢀꢀꢀ
式
(1)
[0012]S4、
根据所述蠕变试验参考应力系数
α
和规定塑性延伸强度
R
p0.2
计算蠕变试验参考应力
σ
，所述蠕变试验参考应力
σ
的计算公式如下式
(2)
：
[0013]σ
＝
α
×
R
p0.2
ꢀꢀꢀ
式
(2)
[0014]S5、
分别测定标准组和任一加速组金属管材的外径蠕变延伸率，获得不同时间的外径蠕变延伸率曲线；当所述加速组的外径蠕变延伸率等于或大于标准组在规定试验时间的外径蠕变延伸率时，终止所述加速组试验；
[0015]S6、
对每个试验组平行测定1～5个金属管材并计算外径蠕变延伸率的平均值，重复所述
S5
开展剩余加速组的高温内压蠕变试验，直至所有加速组试验终止；
[0016]S7、
绘制所述标准组和加速组的外径蠕变延伸率曲线，预测对应金属管材高温内压蠕变试验性能
。
[0017]进一步，所述
S2
中规定塑性延伸强度
R
p0.2
及规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
的获取方法为：
[0018]S2.1、
将所述金属管材在预定试验温度下参照标准
GB/T 228.2
开展高温拉伸试验，测定所述金属管材应变
0.2
％时的规定塑性延伸强度
R
p0.2
；
[0019]S2.2、
将所述金属管材在预定试验温度下参照标准
YS/T 1474
‑
2021
开展高温内压爆破试验，测定所述金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种加速金属管材高温内压蠕变试验的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、
设置1个标准组和至少1个加速组，用于开展不同试验条件的高温内压蠕变试验；所述标准组和加速组均采用相同牌号
、
相同工艺生产的金属管材；
S2、
获取所述金属管材应变
0.2
％时的规定塑性延伸强度
R
p0.2
及应变
0.2
％时的规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
；
S3、
根据所述规定塑性延伸强度
R
p0.2
、
规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
计算蠕变试验参考应力系数
α
，所述蠕变试验参考应力系数
α
的计算公式如下式
(1)
：
α
＝
77.5
％
*S
p0.2
/R
p0.2 式
(1)S4、
根据所述蠕变试验参考应力系数
α
和规定塑性延伸强度
R
p0.2
计算蠕变试验参考应力
σ
，所述蠕变试验参考应力
σ
的计算公式如下式
(2)
：
σ
＝
α
×
R
p0.2
ꢀꢀ
式
(2)S5、
分别测定标准组和任一加速组金属管材的外径蠕变延伸率，获得不同时间的外径蠕变延伸率曲线；当所述加速组的外径蠕变延伸率等于或大于标准组在规定试验时间的外径蠕变延伸率时，终止所述加速组试验；
S6、
对每个试验组平行测定1～5个金属管材并计算外径蠕变延伸率的平均值，重复所述
S5
开展剩余加速组的高温内压蠕变试验，直至所有加速组试验终止；
S7、
绘制所述标准组和加速组的外径蠕变延伸率曲线，预测对应金属管材高温内压蠕变试验性能
。2.
根据权利要求1所述加速金属管材高温内压蠕变试验的方法，其特征在于，所述
S2
中规定塑性延伸强度
R
p0.2
及规定塑性延伸爆破强度
S
p0.2
的获取方法为：
S2.1、
将所述金属管材在预定试验温度下参照标准
GB/T 228.2
开展高温拉伸试验，测定所述金属管材应变
0.2
％时的规定塑性延伸强度
R
p0.2
；
S2.2、
将所述金属管材在预定试验温度下参照标准
YS/T 1474
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠泊宁，陈彪，李宇力，李金山，周军，唐荣涛，梁伟，李帆，李维敏，尚筱迪，李新意，刘跃，田航，丁郁航，
申请(专利权)人：西安西部新锆科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：