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化工用TA2高温拉伸力学性能研究

作者:兰州厚壁无缝钢管    来源:兰州锅炉管    点击数:   更新时间:2017年04月01日 【字体:

化工用TA2高温拉伸力学性能研究

21世纪以来,能源紧缺及环境污染问题已成为全人类共同的危机。在化工装备领域,压力容器的轻量化趋势已成为主导方向。随着国家十大产业振兴规划的实施,与之相关的钛及钛合金在化工装备领域的应用将迈入快速发展的阶段。化工中的各种换热器、塔器、反应釜等都已经用到工业纯钛,比如钛换热器、钛凝汽器、钛合成塔、钛脱硫塔等。在各种钛材中,尤其是工业纯钛TA2在化工领域的应用将更为广泛。对工业纯钛日益广泛的需求,已使针对纯钛性能方面的研究日益受到国内外学者的重视,并成为有色金属材料研究中的一个重要的前沿领域。

  近年来,国内外学者虽然对TA2的蠕变性能、微观组织等进行了相关的研究,但是,当TA2作为化工用材时,难免会经历化工设备中温度过高等非常规状态,因此对TA2在高温条件下的力学性能进行研究是非常必要的。科研人员立足于TA2在高温阶段的力学性能,通过分析不同温度、不同应变速率等参数条件下的TA2应力-应变曲线,结合微观组织测试,研究TA2的最大抗拉强度、弹性模量等主要力学性能参数,以期为TA2在化工领域的应用提供一定的基础数据支撑。

  所需的TA2材料均经过退火。所采用的分析仪器包括光谱直读分析仪、维氏硬度分析仪、高温拉伸试验机、光学显微镜等。试验结果表明:

  (1)TA2材料硬度均匀,常温下维氏硬度平均值为174.6。TA2在常温下之所以具有较好的力学性能表现,是与其紧密连接的微观组织分不开的。观察发现放大400倍时,其主要粒径长度在25~50μm范围内,最大的晶粒长度可达到50μm,最小为15μm,多数晶粒的粒径为25μm左右。这些数据表明,退火后的TA2晶粒粒径分布较为均匀,且形状较为规则,大多为多边形。

  (2)温度一定时,随着应变速率的增加,TA2的最大抗拉强度呈现增长趋势。TA2的最大抗拉强度受温度的影响更为明显。当温度从300℃升高到1000℃时,最大抗拉强度值由183.34MPa衰减到3.38MPa,且在500~600℃时出现大幅衰减。因此,高温阶段温度的升高对TA2的最大抗拉强度值影响十分显著,且500~600℃是TA2力学性能出现严重衰减的临界温度,这在化工方面需引起足够的重视。

  (3)同一温度下,TA2的弹性模量E随着应变速率的升高整体呈现上升趋势;温度越高,这种上升趋势越明显。当应变速率一定时,TA2的弹性模量随温度的升高而减小,其变化趋势与最大抗拉强度的变化趋势非常相似,同样在500~600℃时出现大幅衰减。

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