專利名稱：用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)試低溫?cái)嗔秧g性的裝置，具體地講，涉及一種用于測(cè)試鎳系低溫鋼在-100°c -196°c下的斷裂韌性的裝置。
背景技術(shù)：
液態(tài)天然氣是天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕问健Ｌ烊粴獾臍庖耗厅c(diǎn)是-161. 5°C，天然氣一般在_163°C以下的常壓環(huán)境下儲(chǔ)存。液態(tài)天然氣的生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存需使用大量的耐低溫材料。用于液態(tài)天然氣及相關(guān)低溫能源工業(yè)的主要材料是可以在-100°C _196°C的溫度下使用的Ni系低溫鋼，例如，可以在-163°C -196°C的溫度下使用的9% Ni鋼、可以在-100°C _170°C的溫度下使用的5% Ni鋼以及可以在_45°C _110°C的溫度下使用的
3.5% Ni 鋼。鋼鐵材料隨著溫度降低，韌性將迅速降低。一般在-10°C以下使用的鋼就應(yīng)認(rèn)真考慮其低溫韌性。為確保材料在低溫環(huán)境下的使用安全，需要對(duì)材料在低溫下的力學(xué)行為尤其是斷裂韌性進(jìn)行檢測(cè)或測(cè)試。在低溫環(huán)境下的力學(xué)行為測(cè)試存在一定的難度，實(shí)驗(yàn)溫度越低，測(cè)試的技術(shù)難度越大。實(shí)現(xiàn)試樣的低溫通常有兩種方法，一種為低溫液體浸泡法，另一種采用低溫環(huán)境箱。低溫液體浸泡法通常先使用干冰、液氮或液氦等與液體介質(zhì)充分混合,將液體介質(zhì)降溫至所需的低溫溫度，然后將試樣完全浸入低溫液體介質(zhì)中。浸泡一段時(shí)間使試樣充分冷透后，再進(jìn)行相應(yīng)的低溫力學(xué)行為測(cè)試。由于低溫液體浸泡法受液體介質(zhì)凝固溫度的限制，使測(cè)試溫度的范圍受到限制。例如，工業(yè)酒精(主要成分為乙醇)在常壓下保持液體狀態(tài)的溫度范圍是79°C -115°C。理論上，在室溫 -115°C的較寬范圍內(nèi)均可以采用工業(yè)酒精+液氮(或干冰)的方法獲得力學(xué)行為測(cè)試所需的低溫條件。實(shí)際上，工業(yè)酒精由于在-100°C _115°C的溫度范圍內(nèi)粘稠度大、流動(dòng)性差而不適合用來(lái)進(jìn)行低溫測(cè)試試樣的冷卻。因此，工業(yè)酒精和液氮的組合僅被廣泛地應(yīng)用于材料在室溫 _100°C的溫度下的力學(xué)行為測(cè)試實(shí)驗(yàn)中。然而，很難找到一種液體材料，既兼顧價(jià)格和環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，又在-100°C以下仍然能保持相對(duì)恒定的溫度而不發(fā)生凝固或汽化。目前，對(duì)于在-100°C以下對(duì)材料進(jìn)行的力學(xué)行為測(cè)試，通常需采用低溫環(huán)境箱，而這種方式由于受準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌性和環(huán)境箱的工作條件限制，一般僅能將溫度控制在室溫 -130°C的范圍內(nèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可以用于測(cè)試鎳系低溫鋼在-100°c -196°c下的斷裂韌性的裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，該裝置包括箱體，包括外殼、內(nèi)殼以及填充在外殼和內(nèi)殼之間的填充物；多個(gè)冷卻劑孔，形成在箱體上，用于向箱體內(nèi)輸入冷卻劑；風(fēng)扇，設(shè)置在箱體的壁上，用于向箱體內(nèi)吹風(fēng)；以及斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)置在箱體底部并且部分進(jìn)入箱體內(nèi)，用于在箱體內(nèi)進(jìn)行斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，裝置還可以包括分別與多個(gè)冷卻劑孔連通以用于將冷卻劑輸送到箱體內(nèi)的多個(gè)冷卻劑輸送管。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，多個(gè)冷卻劑管可以分別設(shè)置有控制冷卻劑流量的控制閥門(mén)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，裝置還可以包括與多個(gè)冷卻劑輸送管連接的冷卻劑罐。在冷卻劑罐處可以設(shè)置總控制閥門(mén)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，裝置還可以包括形成在箱體上的多個(gè)排氣孔，用于將箱體內(nèi)的氣體排放到箱體外部。裝置還可以包括分別與多個(gè)排氣孔連接的多個(gè)排氣管。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)可以是萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，外殼可以由低合金鋼板制成，內(nèi)殼可以由奧氏體不銹鋼板制成，填充物可以是珍珠巖。根據(jù)本實(shí)用新型的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以將待測(cè)鎳系低溫鋼的溫度控制在-100°c -196°C的溫度下，并在該溫度下測(cè)試待測(cè)鎳系低溫鋼的斷裂韌性。

通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的示例性實(shí)施例的以下描述，本實(shí)用新型的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚和更易于理解，其中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置的剖視圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置的示意圖；圖3是止裂韌性實(shí)驗(yàn)的示意圖；圖4是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的在液氮條件(_196°C )下測(cè)試用的引伸計(jì)規(guī)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖和示例性實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置。圖I是根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置的剖視圖。根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以包括殼體10、多個(gè)冷卻劑孔、風(fēng)扇40和斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)。殼體10可以包括外殼11、內(nèi)殼13以及填充在外殼11和內(nèi)殼13之間的填充物12。外殼11可以由用于低溫容器的低合金鋼板制成，內(nèi)殼13可以由奧氏體不銹鋼板制成，填充在外殼11和內(nèi)殼13之間的填充物12可以是珍珠巖，但形成外殼11、填充物12和內(nèi)殼13的材料不限于此。具有上述結(jié)構(gòu)的殼體10可以有效地隔熱。[0024]多個(gè)冷卻劑孔設(shè)置在箱體10上，以將冷卻劑輸送到箱體10內(nèi)。冷卻劑可以是液氮，但本實(shí)用新型不限于此。多個(gè)冷卻劑孔可以包括設(shè)置在箱體側(cè)壁的上部處的第一冷卻劑孔21和第二冷卻劑孔22以及設(shè)置在箱體側(cè)壁的下部處的第三冷卻劑孔23和第四冷卻劑孔24。但本發(fā)明不限于該布置，例如，四個(gè)冷卻劑孔可以設(shè)置在箱體10的不同的側(cè)壁上，此外，冷卻劑孔的數(shù)量不限于四個(gè)。風(fēng)扇40可以設(shè)置在箱體10的壁上以向箱體10內(nèi)吹風(fēng)進(jìn)行攪拌。當(dāng)冷卻劑(例如液氮)通過(guò)多個(gè)冷卻劑孔進(jìn)入箱體10時(shí),風(fēng)扇40可以將冷卻劑迅速霧化并使霧化的冷卻劑與空氣充分地?cái)嚢瑁瑥亩梢允瓜潴w10內(nèi)的溫度達(dá)到-100°C _196°C的低溫。這里，風(fēng)扇40可以是強(qiáng)力風(fēng)扇。斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)可以設(shè)置在箱體10的底部，并且斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)的一部分可以進(jìn)入箱體10內(nèi)，以在箱體10內(nèi)進(jìn)行低溫?cái)嗔秧g性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)可以是萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)(MTS實(shí)驗(yàn)機(jī))。如圖I所示，萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)可以包括加載下壓頭51、緊固螺母52、尼龍棒53、載荷傳感器54和COD (引伸計(jì))規(guī)(未示出) 等結(jié)構(gòu)，由于萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，在此不再贅述。這里，在萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)的加載下壓頭51與殼體10的底部之間可以設(shè)置密封環(huán)60以對(duì)殼體10的冷卻環(huán)境進(jìn)行密封。根據(jù)本示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以在箱體10內(nèi)通過(guò)風(fēng)扇40的強(qiáng)力攪拌使冷卻劑(液氮)霧化并使霧化的冷卻劑與空氣均勻地混合，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)鎳系低溫鋼的冷卻。根據(jù)本示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以使待測(cè)鎳系低溫鋼的溫度冷卻至-100°C -196°c。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以通過(guò)控制霧化的冷卻劑與空氣的比例來(lái)控制箱體10內(nèi)的溫度，控制精度可達(dá)±2°C。此外，如圖I所示，根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置還可以包括設(shè)置在箱體10上的多個(gè)排氣孔，用于將箱體10內(nèi)的氣體排放到箱體10的外部。多個(gè)排氣孔可以包括設(shè)置在箱體10的側(cè)壁的下部處的第一排氣孔31和第二排氣孔32，但本實(shí)用新型不限于此。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置的示意圖。如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置還可以包括分別與多個(gè)冷卻劑孔連通的多個(gè)冷卻劑輸送管70。根據(jù)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，每個(gè)冷卻劑輸送管70可以設(shè)置有控制冷卻劑流量的控制閥71，以單獨(dú)地控制流過(guò)每個(gè)冷卻劑輸送管70的冷卻劑的流量。多個(gè)冷卻劑輸送管70可以連接到冷卻劑罐(例如，液氮罐)90，冷卻劑罐90可以設(shè)置總控制閥門(mén)91，以控制流入箱體10內(nèi)的總冷卻劑量。此外，如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置還可以包括分別與多個(gè)排氣孔連接的多個(gè)排氣管80，以便于箱體10內(nèi)氣體的排出。圖3是止裂韌性實(shí)驗(yàn)的示意圖。如圖3所示，在采用根據(jù)本實(shí)用新型的裝置在-185 °C -196 °C的溫度下進(jìn)行止裂韌性實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)的楔塊55與開(kāi)口銷56之間以及開(kāi)口銷56與試樣100之間加入石墨潤(rùn)滑劑，以使它們之間在-185°C -196°C的溫度下仍能有效地潤(rùn)滑。在圖3中的標(biāo)號(hào)57為底板。此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)試樣完全浸泡在_196°C的冷卻劑(液氮)中時(shí)，由于COD規(guī)不可以直接接觸液氮(在_196°C下，COD規(guī)在測(cè)量精度下降的同時(shí)易損傷)，所以根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置采用彈性模量大于鋼的材料制作兩個(gè)刀口。兩個(gè)剛性刀口安裝在試樣原刀口上，引出液氮表面5cm左右，以免影響測(cè)量精度。圖4是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的在液氮條件(_196°C)下測(cè)試用的引伸計(jì)規(guī)的示意圖，在圖4中，標(biāo)號(hào)58為剛性刀口，標(biāo)號(hào)59為原刀口，剛性刀口 58和原刀口 59通過(guò)螺栓連接。下面將描述使用根據(jù)本實(shí)用新型的裝置來(lái)測(cè)試Ni系低溫鋼的斷裂韌性的示例。對(duì)啟裂韌性(CTOD)和止裂韌性(Kla)評(píng)價(jià)是Ni系低溫鋼非常重要的斷裂韌性評(píng) 價(jià)實(shí)驗(yàn)，對(duì)工程應(yīng)用具有極其重要的參考價(jià)值。使用根據(jù)本實(shí)用新型的裝置對(duì)同一鋼種、兩種熱處理工藝(工藝I和工藝2)下的9% Ni鋼進(jìn)行CTOD和Kla實(shí)驗(yàn)測(cè)試。兩種工藝下的9% Ni鋼的基本性能數(shù)據(jù)如表I所示。從表I可以看出，兩種工藝下的9% Ni鋼均表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性匹配，但差異不大。下面通過(guò)使用根據(jù)本實(shí)用新型的裝置來(lái)測(cè)試兩種工藝下的9% Ni鋼的低溫?cái)嗔秧g性來(lái)說(shuō)明兩種工藝下的9% Ni鋼的工程應(yīng)用特性和表現(xiàn)。表I
__拉伸性能(室溫)__沖擊性能(-196°C )
抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度
延伸率A 沖擊功側(cè)膨賬纖維率
RmRel
(% ) KV2 (J) LE ( mm ) FA ( % )
(MPa) ( MPa)
工藝 I 715__61024.0233__23__100
王藝 2 70559524.52482.3100首先采用三點(diǎn)彎曲試樣進(jìn)行_163°C (用于液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐的9% Ni鋼的服役溫度)的CTOD測(cè)試實(shí)驗(yàn)。將電偶設(shè)置在靠近試樣裂紋尖端處。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了防止溫度梯度對(duì)試樣造成影響，可以在試樣前后表面靠近裂紋尖端處分別設(shè)置電偶，以實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的變化，其中，本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)溫度為_(kāi)163°C。溫度數(shù)據(jù)如表2所示，表2中的溫度數(shù)據(jù)說(shuō)明根據(jù)本實(shí)用新型的裝置可以實(shí)現(xiàn)超低溫并可以實(shí)現(xiàn)溫度的均勻控制，溫度控制精度可達(dá)±2。。。表 權(quán)利要求1.一種用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述裝置包括 箱體，包括外殼、內(nèi)殼以及填充在外殼和內(nèi)殼之間的填充物； 多個(gè)冷卻劑孔，形成在箱體上，用于向箱體內(nèi)輸入冷卻劑； 風(fēng)扇，設(shè)置在箱體的壁上，用于向箱體內(nèi)吹風(fēng)；以及 斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)置在箱體底部并且部分進(jìn)入箱體內(nèi)，用于在箱體內(nèi)進(jìn)行斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求I所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述裝置還包括分別與多個(gè)冷卻劑孔連通以用于將冷卻劑輸送到箱體內(nèi)的多個(gè)冷卻劑輸送管。
3.如權(quán)利要求2所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述多個(gè)冷卻劑輸送管分別設(shè)置有控制冷卻劑流量的控制閥門(mén)。
4.如權(quán)利要求2所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與所述多個(gè)冷卻劑輸送管連接的冷卻劑罐。
5.如權(quán)利要求4所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，在冷卻劑罐處設(shè)置有總控制閥門(mén)。
6.如權(quán)利要求I所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述裝置還包括形成在箱體上的多個(gè)排氣孔，用于將箱體內(nèi)的氣體排放到箱體外部。
7.如權(quán)利要求6所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述裝置還包括分別與多個(gè)排氣孔連接的多個(gè)排氣管。
8.如權(quán)利要求I所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，所述斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)是萬(wàn)能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)。
9.如權(quán)利要求I所述的用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，其特征在于，夕卜殼由低合金鋼板制成，內(nèi)殼由奧氏體不銹鋼板制成，填充物是珍珠巖。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于測(cè)試鎳系低溫鋼的低溫?cái)嗔秧g性的裝置，該裝置包括箱體，包括外殼、內(nèi)殼以及填充在外殼和內(nèi)殼之間的填充物；多個(gè)冷卻劑孔，形成在箱體上，用于向箱體內(nèi)輸入冷卻劑；風(fēng)扇，設(shè)置在箱體的壁上，用于向箱體內(nèi)吹風(fēng)；以及斷裂韌性實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)置在箱體底部并且部分進(jìn)入箱體內(nèi)，用于在箱體內(nèi)進(jìn)行斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)本實(shí)用新型的用于測(cè)試低溫?cái)嗔秧g性的裝置可以將待測(cè)材料的溫度控制在-100℃～-196℃的溫度范圍內(nèi)，并可以將溫度精度控制在±2℃的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N3/18GK202720153SQ201220045720
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者潘濤, 周峰巒, 蘇航, 高怡斐, 張海龍, 楊才福, 劉濤 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院