一種測(cè)試鋼材在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，包括制氣部分、溫控部分與應(yīng)力加載部分，制氣部分用于產(chǎn)生穩(wěn)定的腐蝕性氣體，應(yīng)力加載部分用于保證檢測(cè)所要求的應(yīng)力條件，溫控部分用于調(diào)節(jié)腐蝕環(huán)境的溫度，利用可控步進(jìn)電機(jī)施加各種隨時(shí)間變化的載荷；本發(fā)明將載荷形成的應(yīng)力與高溫、腐蝕性氣氛、腐蝕性熔融鹽的作用耦合，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的保證氣氛的穩(wěn)定，測(cè)試多因素影響下的材料高溫應(yīng)力腐蝕特性。
【專利說明】
一種測(cè)試鋼材在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于腐蝕性能檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一套完整的可以依據(jù)鋼材的受力、腐蝕 環(huán)境的不同實(shí)際測(cè)試其耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼材的腐蝕問題每年都會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生極大的損失，其中以電站鍋爐的高溫腐 蝕問題最為嚴(yán)重。然而由于腐蝕影響因素的復(fù)雜多變性，使得研究鋼材腐蝕性能極其困難， 如何完整地將腐蝕性氣氛(包括氧化性氣氛與還原性氣氛）、高溫、應(yīng)力、熔融鹽等主要影響 因素有效耦合進(jìn)行性能測(cè)試依舊困擾著科研人員，導(dǎo)致對(duì)金屬材料高溫腐蝕的微觀機(jī)理以 及各因素的耦合影響一知半解，尤其應(yīng)力作為高溫腐蝕的影響因素還未得到充分的研究。 雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了很多種用于研究測(cè)試鋼材高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，但其基本都是僅僅針對(duì) 單一影響因素或某兩種因素進(jìn)行探究，并沒有考慮上述多種因素的有效耦合影響，而且也 沒有出現(xiàn)探究應(yīng)力對(duì)高溫腐蝕影響的測(cè)試系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述測(cè)試平臺(tái)在檢測(cè)鋼材高溫腐蝕性能時(shí)的不足與缺陷，本發(fā)明的目在 于提供一種測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)高效地探究應(yīng)力、溫度、氣 氛、熔融鹽對(duì)高溫腐蝕的綜合影響，重點(diǎn)探討應(yīng)力對(duì)高溫腐蝕的影響，完整的測(cè)試鋼材在復(fù) 雜腐蝕環(huán)境下的抗腐蝕性能。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，包括制氣部分、溫控部分與 應(yīng)力加載部分;所述制氣部分包括盛有反應(yīng)物A的容器罐2,連接在盛有反應(yīng)物A的容器罐2 入口管路上的空氣栗1和盛有反應(yīng)溶液B的容器罐4,依次連接在盛有反應(yīng)物A的容器罐2出 口管路上的控制閥3、一級(jí)干燥器5、二級(jí)干燥器6和流量計(jì)7，制氣部分還包括尾氣回收罐 14;所述溫控部分包括高溫管式爐10,通過熱電偶9與高溫管式爐10連接的溫度采集系統(tǒng) 11，所述高溫管式爐10能夠在室溫到1400°C之間調(diào)節(jié)，以進(jìn)行各種腐蝕溫度的檢測(cè);所述應(yīng) 力加載部分包括可控步進(jìn)電機(jī)8和連桿13,連桿13將置于高溫管式爐10內(nèi)試樣容器12中的 試樣的一端固定，另一端與可控步進(jìn)電機(jī)8連接;所述盛有反應(yīng)物A的容器罐2出口管路與試 樣容器12入口連通，試樣容器12出口與尾氣回收罐14連通;所述制氣部分用于產(chǎn)生穩(wěn)定的 腐蝕性氣體，應(yīng)力加載部分用于保證檢測(cè)所要求的應(yīng)力條件，溫控部分用于調(diào)節(jié)腐蝕環(huán)境 的溫度，利用可控步進(jìn)電機(jī)8施加各種隨時(shí)間變化的載荷，將載荷形成的應(yīng)力與高溫、腐蝕 性氣氛、腐蝕性熔融鹽的作用耦合，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的保證氣氛的穩(wěn)定，測(cè)試多因素影響下 的材料高溫應(yīng)力腐蝕特性。
[0006] 反應(yīng)物A和反應(yīng)溶液B分別為H2S〇4溶液和Na2S〇3溶液--用于產(chǎn)生S0 2氣體;或HC1 溶液和NaHC03溶液--用于產(chǎn)生⑶2氣體;SK 2Mn〇4溶液和鹽酸溶液--用于產(chǎn)生氯氣；或 固體FeS與HC1溶液一一用于產(chǎn)生硫化氫。AB反應(yīng)物的不同組合產(chǎn)生不同類型的腐蝕性氣 體，為我們探究腐蝕性氣氛的影響提供了更大的選擇。
[0007] 所述一級(jí)干燥器5內(nèi)的干燥器為無水硫酸鈉，二級(jí)干燥器6內(nèi)的干燥器為無水氯 化鈣。
[0008] 所述連桿13采用316不銹鋼材質(zhì)。
[0009]所述可控步進(jìn)電機(jī)8采用程序調(diào)控的步進(jìn)電機(jī)，不僅能夠施加長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的載荷， 還能夠施加在一定周期內(nèi)循環(huán)變化的交變載荷。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、本發(fā)明的方式之一通過化學(xué)反應(yīng)式（1)、（2)、（3)或(4)制取一定腐蝕性氣體，再 利用空氣栗在緩沖瓶中混合然后通入密封的管式爐中進(jìn)而達(dá)到保證腐蝕氣氛的目的。
[0012] Na2S03+H2S〇4(稀）-->Na 2S〇4+S02T+H2〇 (1)
[0013] NaHC03+HCl (?。?NaCl+C02T+H2〇 (2)
[0014] 2K2Mn〇4+16HCl (濃）-->2KCl+2MnCl2+5Cl2T+8H2〇 (3)
[0015] FeS+2HCl^FeCl2+H2St (4)
[0016] 通過控制反應(yīng)溶液B的溶度、控制閥3的開度與空氣栗1的流量達(dá)到調(diào)節(jié)腐蝕氣體 濃度的目的，另外一級(jí)干燥器5和二級(jí)干燥器6確保排除水分的影響。腐蝕試驗(yàn)研究一般持 續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，利用此系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定的保證腐蝕氛圍，只需要定期的更換反應(yīng)溶 液B的容器罐與反應(yīng)物A的容器罐2中的溶液即可。從其產(chǎn)生氣體的原理可以看出，任何可以 用兩種溶液反應(yīng)產(chǎn)生的氣體均可以用此制氣系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定的供應(yīng)氣體。
[0017] 2、本發(fā)明通過采用分級(jí)干燥的方式既能長(zhǎng)時(shí)間有效的干燥腐蝕性氣體又能防止 因無水氯化鈣吸收大量水發(fā)熱膨脹導(dǎo)致的玻璃干燥裝置脹裂問題。一級(jí)干燥器5采用無水 硫酸鈉作為干燥劑初步吸收氣體中的水分，二級(jí)干燥器6采用無水氯化鈣作為干燥劑，無水 Na 2S04作為干燥劑可以較為安全但不能完全干燥氣體，無水CaCl2簡(jiǎn)單易得干燥效果較好 但吸收大量的水會(huì)發(fā)熱膨脹凝結(jié)導(dǎo)致玻璃瓶脹裂，兩者結(jié)合可以保證長(zhǎng)時(shí)間的干燥效果。
[0018] 3、本發(fā)明采用316不銹鋼耐高溫且強(qiáng)度大的特性作為施加應(yīng)力載荷的媒介即連桿 13。可控步進(jìn)電機(jī)8對(duì)連桿13施加一定大小的拉力，對(duì)試驗(yàn)試樣進(jìn)行受力分析如圖2,利用材 料力學(xué)的知識(shí)，可以計(jì)算得出在每一個(gè)受力截面受應(yīng)力大小相同，應(yīng)力大小為：
[0019]
[0020] 式中：
[0021] F--拉力，N
[0022] S--橫截面積，m2
[0023] 在實(shí)驗(yàn)研究中將試樣的橫截面設(shè)置為lOmmXlmm，即橫截面積為l(T5m2,這樣方便 計(jì)算試樣應(yīng)力的大小?？煽夭竭M(jìn)電機(jī)8選擇可以程序調(diào)控的步進(jìn)電機(jī)，通過一段合理的程 序，不僅可以施加長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的載荷，還可以施加在一定周期內(nèi)循環(huán)變化的交變載荷。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
[0025]圖2為向試樣施力示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明一種測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，包括制氣 部分、溫控部分與應(yīng)力加載部分;所述制氣部分包括盛有反應(yīng)物A的容器罐2,連接在盛有反 應(yīng)物A的容器罐2入口管路上的空氣栗1和盛有反應(yīng)溶液B的容器罐4,依次連接在盛有反應(yīng) 物A的容器罐2出口管路上的控制閥3、一級(jí)干燥器5、二級(jí)干燥器6和流量計(jì)7，制氣部分還包 括尾氣回收罐14;所述溫控部分包括高溫管式爐10,通過熱電偶9與高溫管式爐10連接的溫 度采集系統(tǒng)11，所述高溫管式爐10能夠在室溫到1400°C之間調(diào)節(jié)，以進(jìn)行各種腐蝕溫度的 檢測(cè);所述應(yīng)力加載部分包括可控步進(jìn)電機(jī)8和連桿13,連桿13將置于高溫管式爐10內(nèi)試樣 容器12中的試樣的一端固定，另一端與可控步進(jìn)電機(jī)8連接;所述盛有反應(yīng)物A的容器罐2出 口管路與試樣容器12入口連通，試樣容器12出口與尾氣回收罐14連通;所述制氣部分用于 產(chǎn)生穩(wěn)定的腐蝕性氣體，應(yīng)力加載部分用于保證檢測(cè)所要求的應(yīng)力條件，溫控部分用于調(diào) 節(jié)腐蝕環(huán)境的溫度，利用可控步進(jìn)電機(jī)8施加各種隨時(shí)間變化的載荷，將載荷形成的應(yīng)力與 高溫、腐蝕性氣氛、腐蝕性熔融鹽的作用耦合，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的保證氣氛的穩(wěn)定，測(cè)試多 因素影響下的材料高溫應(yīng)力腐蝕特性。
[0028]如圖2所示，為可控步進(jìn)電機(jī)8對(duì)連桿13施加一定大小的拉力。
[0029] 依照本發(fā)明系統(tǒng)對(duì)鍋爐鋼材t92的高溫腐蝕性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)試樣采用 規(guī)格200mm X 10mm X 1mm，高溫管式爐在爐管內(nèi)溫度分布大致呈現(xiàn)階梯狀，200mm的試樣在管 式爐中溫度分布不均勻，這為在同一應(yīng)力條件下進(jìn)行多個(gè)溫度工況提供了可能。將試樣根 據(jù)爐管的溫度分布，劃分一定的區(qū)域，在不同的區(qū)域進(jìn)行不同的溫度工況實(shí)驗(yàn)，也可同時(shí)進(jìn) 行有熔融鹽參與和無熔融鹽參與的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)工況試樣大小為20mmX 10_X 1_，根據(jù)溫度 的分布將試樣化分為不同區(qū)域，設(shè)定不同的工況。實(shí)驗(yàn)前分別用粒度為200#、400#、600#、 800#、1000#、1200#、1500#、2000#的水砂紙打磨試樣，保證試片表面有統(tǒng)一的粗糙度，然后 用丙酮和酒精清洗并吹干，并且利用熱涂抹法將參與腐蝕的鹽均勻涂抹在事先規(guī)定好的熔 鹽參與腐蝕的試片表面。利用連桿與試樣兩端牢固連接，程序可控的步進(jìn)電機(jī)與連桿連接， 步進(jìn)電機(jī)在程序的控制下對(duì)連桿施加拉力從而在試樣的界面產(chǎn)生均勻的拉應(yīng)力。在本實(shí)施 例中設(shè)置程序保證為穩(wěn)定拉應(yīng)力。將系統(tǒng)三部分連接，做好密封，在通入氣體之前可以利用 煙氣分析儀校準(zhǔn)腐蝕氣體的濃度，控制控制閥的開度得到需要的腐蝕氣體濃度，并用流量 計(jì)控制通入的氣體流量，避免爐管內(nèi)部氣體流速過快。在本實(shí)驗(yàn)中以二氧化硫作為腐蝕氣 氛，因此選擇了Na 2S03與稀H2S04作為制氣原料，本發(fā)明中所提到的制氣系統(tǒng)可以制取其他 液液反應(yīng)可生成的氣體。然后將管式爐升溫，在所需要的溫度點(diǎn)設(shè)定做需要的腐蝕時(shí)間，在 腐蝕期間定期更換反應(yīng)溶液B的容器罐4與反應(yīng)物A的容器罐2即可。腐蝕完成后，在設(shè)定的 程序下管式爐會(huì)自然降溫，待降到室溫取出試樣進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。試驗(yàn)完成后，將對(duì)試樣進(jìn) 行XRD物相檢測(cè)、SEM形貌檢測(cè)以及EDS元素分布檢測(cè)。
[0030] 對(duì)于本測(cè)試系統(tǒng)，由于管式爐配合測(cè)溫系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間的保持溫度穩(wěn)定，制氣系 統(tǒng)只需定期更換反應(yīng)物，而且可控步進(jìn)電機(jī)在程序的調(diào)控下可以維持穩(wěn)定的拉應(yīng)力或交變 應(yīng)力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，其特征在于:包括制氣部分、溫 控部分與應(yīng)力加載部分;所述制氣部分包括盛有反應(yīng)物A的容器罐(2)，連接在盛有反應(yīng)物A 的容器罐(2)入口管路上的空氣栗（1)和盛有反應(yīng)溶液B的容器罐(4 )，依次連接在盛有反應(yīng) 物A的容器罐(2)出口管路上的控制閥（3)、一級(jí)干燥器(5)、二級(jí)干燥器(6)和流量計(jì)(7)，制 氣部分還包括尾氣回收罐（14);所述溫控部分包括高溫管式爐（10)，通過熱電偶(9)與高溫 管式爐（10)連接的溫度采集系統(tǒng)（11)，所述高溫管式爐（10)能夠在室溫到1400°C之間調(diào) 節(jié)，以進(jìn)行各種腐蝕溫度的檢測(cè);所述應(yīng)力加載部分包括可控步進(jìn)電機(jī)(8)和連桿（13)，連 桿(13)將置于高溫管式爐（10)內(nèi)試樣容器（12)中的試樣的一端固定，另一端與可控步進(jìn)電 機(jī)(8)連接;所述盛有反應(yīng)物A的容器罐(2)出口管路與試樣容器（12)入口連通，試樣容器 (12)出口與尾氣回收罐（14)連通;所述制氣部分用于產(chǎn)生穩(wěn)定的腐蝕性氣體，應(yīng)力加載部 分用于保證檢測(cè)所要求的應(yīng)力條件，溫控部分用于調(diào)節(jié)腐蝕環(huán)境的溫度，利用可控步進(jìn)電 機(jī)(8)施加各種隨時(shí)間變化的載荷，將載荷形成的應(yīng)力與高溫、腐蝕性氣氛、腐蝕性熔融鹽 的作用耦合，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的保證氣氛的穩(wěn)定，測(cè)試多因素影響下的材料高溫應(yīng)力腐蝕 特性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，其特征在于， 反應(yīng)物A和反應(yīng)溶液B分別為H2S〇4溶液和Na 2S03溶液體;或HC1溶液和NaHC03溶液;SK2Mn〇4 溶液和鹽酸溶液;或固體FeS與HC1溶液。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，其特征在于， 所述一級(jí)干燥器(5)內(nèi)的干燥器為無水硫酸鈉，二級(jí)干燥器(6)內(nèi)的干燥器為無水氯化鈣。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，其特征在于， 所述連桿(13)采用316不銹鋼材質(zhì)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試材料在受力條件下耐高溫腐蝕性能的系統(tǒng)，其特征在于， 所述可控步進(jìn)電機(jī)(8)采用程序調(diào)控的步進(jìn)電機(jī)，不僅能夠施加長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的載荷，還能夠 施加在一定周期內(nèi)循環(huán)變化的交變載荷。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK106053323SQ201610459174
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】周屈蘭, 劉柱晗, 李娜, 付加鵬
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)