Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор современных представлений о механизмах повреждения материалов реакционных змеевиков и существующих методов оценки их ресурса при эксплуатации высокотемпетурных установок пиролиза 10
1.1 Особенности эксплуатации реакционных труб печей пиролиза 10
1.2. Влияние технологии изготовления элементов змеевиков на служебные характеристики сплава 45Х26Н33С2Б2 при температурах 900 - 1100С .14
1.3. Особенности микроструктуры сплава 45Х26Н33С2Б2 при температурах 800 - 1100С 18
1.4. Анализ возможных механизмов повреждения и предельных состояний реакционных труб по критериям длительной прочности, деформационной способности и циклической прочности 19
1.5. Анализ существующих методов оценки ресурса реакционных змеевиков 27
1.6. Общая схема оценки ресурса реакционных змеевиков и задачи диссертационной работы .31
ГЛАВА 2. Оценка ресурса реакционных змеевиков по критерию длительной прочности 34
2.1. Исследование свойств основного металла и металла сварного шва при температурах 900 - 1100С 34
2.1.1. Изготовление образцов из материала сварного шва Св-40Х26Н32С2Б и материала околошовной зоны .34
2.1.2. Определение кратковременных механических характеристик материала сварного шва Св-40Х26Н32С2Б . 37 2
1.3. Проведение испытаний образцов из материала сварного шва и околошовной зоны на длительную прочность и ползучесть при температурах 900 - 1100С 39
2.2. Кривые длительной прочности 42
2.3. Оценка ресурса по критерию зарождения трещины 46
Выводы по главе 2 51
ГЛАВА 3. Оценка ресурса реакционных змеевиков по критерию предельной деформации по механизму прогрессирующего формоизменения 52
3.1.Общие закономерности реализации прогрессирующего формоизменения 52
3.2. Определение расчетных параметров нагружения материала реакционной трубы в течение межремонтного пробега с учетом кинетики закоксовывания
3.2.1. Определение температуры внутренней стенки трубы 54
3.2.2. Определение расчетного давления при закоксовывании трубы 58
3.3. Расчет НДС реакционной трубы и прогрессирующего формоизменения для различных вариантов циклического термосилового нагружения 59
3.3.1. Расчет НДС неравномерно нагретой реакционной трубы при отсутствии отложений кокса 59
3.3.2. Расчет НДС неравномерно нагретой реакционной трубы при нестационарном термосиловом нагружении с учетом коксообразования .70
3.4. Формулировка критерия разрушения .84
3.5. Оценка ресурса при прогрессирующем формоизменении 87
Выводы по главе 3 .90
ГЛАВА 4. Оценка ресурса реакционных змеевиков по критерию усталости и при взаимодействии ползучести и усталости 92
4.1. Построение усталостных кривых на базе кратковременных и длительных испытаний на растяжение пятикратных цилиндрических образцов при температурах 900 и 1000С 92
4.2. Расчет НДС и оценка повреждений при теплосменах неравномерно нагретой реакционной трубы для различных вариантов термосилового нагружения .95
4.2.1. Расчет НДС и оценка повреждений при отсутствии отложений кокса 96
4.2.2. Расчет НДС и оценка повреждений с учетом коксообразования 98
4.3. Оценка ресурса по критерию зарождения усталостной трещины при взаимодействии усталости и ползучести .100
Выводы по главе 4 .104
ГЛАВА 5. Расчетно-экспериментальное исследование кинетики трещины в сплаве 45х26н33с2б2 при длительном статическом и циклическом нагружениях 106
5.1. Материалы, образцы и методика испытаний 106
5.2. Расчет НДС дугообразного образца с трещиной и параметров механики разрушения ( KI ,J -интеграла, C -интеграла, Cs ) для дугообразного образца с
трещиной .113
5.2.1. Расчет НДС дугообразного образца с трещиной .114
5.2.2. Расчет параметров механики разрушения ( KI ,J -интеграла, С -интеграла) для дугообразного образца с трещиной 118
5.3. Выбор условий нагружения 123
5.4. Результаты испытаний и обработка экспериментальных данных 126
5.4.1. Определение развития трещины в основном металле 126
5.4.2. Определение развития трещины в металле шва 141
5.4.3. Верификация корректности определения С - интеграла
в экспериментах .146
5.5. Построение зависимостей скорости роста трещины от С - интеграла—(С ) 148
5.5.1. Построение зависимостей — (с ) для основного металла 148
5.5.2. Построение зависимостей—(С ) для металла шва .152
5.5.3. Оценка влияния туннелирования трещины при расчете С 154
5.6. Оценка влияния старения материала на скорость роста трещины .157
5.7. Оценка влияния температуры на скорость роста трещины .162
5.8. Оценка С - интеграла на основе метода референсных напряжений (С )
5.8.1. Построение расчетных кривых для прогнозирования скорости роста трещины .166
5.8.2. Сопоставление экспериментальных данных и расчетных кривых 172
5.9. Оценка скорости роста трещины при циклическом нагружении 174
5.10. Оценка скорости роста трещины при комбинированном статическом и циклическом нагружении .179
Выводы по главе 5 182
ГЛАВА 6. Оценка ресурса реакционных змеевиков на стадии развития трещины 183
6.1. Схема оценки ресурса на стадии развития трещины 183
6.2. Оценка начального размера трещины 186 6.3. Оценка допустимого размера трещины .187
6.3.1. Оценка допустимого размера трещины по критерию несущей способности .187
6.3.2. Оценка допустимого размера трещины по критерию статической трещиностойкости материала 190
6.4. Оценка ресурса змеевиков с учетом развития трещины 193
Выводы по главе 6 196
Выводы по диссертационной работе 198
Список использованных источников
