VoL.23 No.1 史小路等：宝钢300t转炉炉壳寿命预测 ·61 表3SM41CN新、旧料蠕变实验结果 Table 3 Creep-test result of SM41CNN t/h Is%/h 8% o/N.mm-1 旧料 新料 旧料 新料 旧料 新料 220 37.83 130 10 92.3 31.00 31 200 74.73 216 16 168.6 32.32 24 180 256.6 581 85 440 39.00 22 160 927.1 米 250 米 39.66 140 1836 589 米 39.00 注：*实验结束时未断 归得出材料常数，就可外推到不同应力条件下 从材料的蠕变曲线可以看出，当形变量超 的蠕变寿命， 过5%以后，形变速率逐渐加快.为安全起见，炉 (2)0-Concept Project方法：外推法只利用 壳形变量达到5%时，就应该停止使用.表6列 了材料蠕变过程的最后结果，而蠕变过程中的 出了0-Concept Project方法、应力外推法预测的 大量信息没有充分利用.因此，应力外推方法预 旧炉壳材料450℃条件下，蠕变变形量达到5% 测寿命时有很多局限性.近年来，英国国家物理 时间. 实验室的Evans R W等人发展起一种称之为0- 表4修正的0-Concept Project系数 Concept Project的蠕变数据处理方法.由于充分 Table 4 Coefficient of 0-Concept Project 利用到蠕变曲线的所有信息，用最长试验点为 o/N.mm2 B a 3个月的实验数据，有效外推30年蠕变寿命，得 22 4.32573×1039.7133×102.089563×10 20 2.61018×1038.3141×105.486998×103 到广泛的应用. 18 5.26790×106.6431×102.179163×102 修正的0-Concept Project方法采用下述方 16 2.20026×105.7225×106.511800×103 程描述蠕变应变随时间变化的进程： 14 3.23900×104.8170×103.078270x103 8=At+B(ea-1) (4) 其中：A,B和a是与材料、温度和应力有关的系 表5系数a,和b, 数.当温度恒定时，参数A,B,a的对数和蠕变应 Table 5 coefficients a,and b 力呈线性关系，即： 8 a logA=a:+bio 1时81=A -8.11246146 0.268318857 logB=az+bzo (5) =2时02=B -3.86028459 0.038570475 loga=as+b3a =3时8a -5.79028129 0.229456449 若能确定材料的a,b(=1,2,3)系数，利用式 (4)和式（⑤）就可预测确定某一应力条件下的蠕 表6旧炉壳材料蠕变寿命预测结果 变变形曲线. Table 6 Creep-life prediction for used SM41CN 采用公式(4)描述蠕变变形曲线，首先要确 a/MPa 参数 108 98 定各种应力下的系数A,B,a.设计一个式(4)与实 887868 t点外h 73701845550913158304572825 验数据相比较的函数： 680010000190003300058500 2=(ea-Ea）2 (6) 其中，8为实测蠕变值，m为参加回归数据点的 2种外推方法所得结果的总趋势是一致的. 数目.通过搜索其最小值条件的方法，可确定相 应力外推法作远程（超过实验最长时间的3~10 应应力条件下的A,B,a系数.再通过A,B,a系数 倍)预测时会有一定的误差.而修正的-Concept 与应力的关系即可回归出系数a,b.根据实验 Project方法是一种偏于安全的处理方法， 确定的A,B,a系数见表4，回归出的材料常数a, 33炉壳残余使用寿命预测 b,结果见表5.图3显示回归曲线和实测值非常 炉壳在生产过程中的负荷情况是变化的， 吻合.图4为450℃不同应力条件下，推算的 采用蠕变实验结果预测炉壳残余使用寿命时， SM41CN炉壳材料蠕变曲线. 应根据转炉生产实际负荷做适当的修正，以变V bl 一 23 N O 一 1 史小路等 : 宝钢 3 O0t 转炉 炉壳寿命预 测 . 6 1 . 表 3 S M 4 1C N 新 、 l日料蝠变 实验结果 几b le 3 C re P 一 t es t 谧 u lt Of S M 4 1C N N a /N · m m 一2 t 瓜 乙% 爪 占肠 旧料 3124 ** 032“o , `,1 9 0 了O 内,JJ 产I 内J 飞 j ù :.(0 .924168 * 85106 250589 37 . 8 3 7 4 . 7 3 25 6 . 6 92 7 . 1 1 836 新料 1 3 0 2 1 6 5 8 1 旧 料 新料 旧料 新料 0 ǐ 1 气乙八 ù ù`, ,, “ù乙U4R 1IL ` l 注: * 实验结束时未 断 归得 出材 料常数 , 就可外 推到不 同应力 条件下 的蠕 变寿命 . (2 e) 一 C ocn etP rP oj e ot 方法 : 外推法 只利用 了材料蠕 变过 程 的最后 结果 , 而蠕变过程 中的 大量信息没有充分 利用 . 因 此 ,应力外推方法 预 测寿命时有很 多局 限性 . 近年来 , 英 国国家 物理 实验室的 E van s R W 等人发展起 一种称之 为e 一 C on c etP rP oj ec t 的蠕 变数据处理 方法 . 由于充分 利用 到蠕变 曲线 的所有信 息 , 用最 长试验点为 3 个 月的实验 数据 , 有效外推 30 年蠕变寿命 , 得 到广 泛的应用 口 .l4 修正 的e 一 C on ce tP p r oj e t 方法采用 下述方 程描述蠕 变应变 随时间变化 的进 程: 。 = A+t B ( e “ 一 1) (4 ) 其 中 : A刀和 a 是 与材料 、 温度 和应力 有关 的系 数 . 当温度 恒定时 , 参数A 刀 ,a 的 对数和蠕 变应 力呈 线性关 系 , 即 : fl o 叫 = a , + b l a 弓10 它B = 汤 + b , 叮 ( 5 ) tl o g a = 伪 + b 3 a 若能确定材料的场 , b , (=1 1 , 2 ,3) 系数 , 利用式 (4 ) 和式 (5 ) 就 可预测确定某 一应力条件 下 的蠕 变变形 曲线 . 采用公式 (4 )描述 蠕变变形 曲线 , 首先要确 定各种应力下 的系数 A刀 ,a . 设计一个 式侈)与实 验数据相 比较 的 函数 : Q 二 X (匆 , ’a) 一 eB,) ’ ( 6 ) 产 1 其 中八 为实测蠕 变值 , m 为参加 回归数据 点的 数 目 . 通过搜索其最小值条件的方法 , 可确定相 应应力条件下 的 A , B, a 系数 . 再 通过 A , B, a 系数 与应力的关系 即 可回 归 出系数 al , 八 . 根据实验 确定的 A, B, a 系数见 表 4 , 回归 出的材 料常数 al, 八结果见表 5 . 图 3显示 回归 曲线和 实 测值 非常 吻合 . 图 4 为 4 50 ℃ 不 同应 力条 件下 , 推 算的 s M 41 C N 炉壳材 料蠕变 曲线 . 从材料 的蠕变 曲线 可 以看 出 , 当形变量超 过 5% 以后 , 形变速率逐渐加快 . 为安全起见 , 炉 壳 形变量达 到 5% 时 , 就应该停 止使用 . 表 6 列 出了e 一 C on ce tP P r oj e t 方法 、 应力外 推法预测 的 旧 炉壳材料 4 50 ℃ 条件下 , 蠕变变形量达 到 5% 时 间 . 表 4 修正的e 一 C on c eP t P orj ec t 系数 aT b l e 4 C o e if e i e n t o f o 一 C o n e e P t P erj ect 司N · r n r。 一 2 A B a 22 4 . 3 2 5 7 3 x l 0 刁 9 . 7 1 3 3 x 1 0 碑 2 . 0 89 5 63 x l 0 一 , 20 2 . 6 1 0 1 8 x l 0 · 3 8 . 3 1 4 l x l o 一 5 . 4 86 99 8 x l’0 2 18 5 . 2 6 7 90 x l 0 礴 6 . 64 3 l x l o 礴 2 . 1 79 163 x l o -2 16 2 . 2 0 0 2 6 x 10 礴 5 . 7 2 2 s x l 0 ) 6 . 5 11 8 00 x l 0 ) 14 3 . 2 3 9 00 x 10 .3 4 . 8 1 7 0 x l 0 碑 3 . 07 8 2 7 0 x 10 .3 表 5 系数 a ` 和 b l aT b l e 5 e o e if e i e n t s a ` a n d b ` 叹 a , b ` 时夕, = A 时氏 = B 时丛 节a 一 8 . 1 1 2 4 6 1 4 6 一 3 . 86 0 2 8 4 5 9 一 5 . 7 9 0 2 8 1 2 9 0 . 26 8 3 18 8 5 7 0 . 03 8 5 7 0 4 7 5 0 . 22 9 4 5 6 科 9 ==112=13 表 6 旧炉 壳材料蠕变寿命预测结果 aT b le 6 C er P . 】衫笼 P er id e iot n fo r u s e d S M 4 1C N 参数 屏M P a 8 8 I U匕 夕8 8 8 7 8 68 - - 一- ~ 一 一 - ~ - 一 - 叫 - 一 - . - 一 - - ~ 一 -一 - - ~ - - 一一 . - . 一 - 一 1 0 8 9 8 8 8 7 R ` R 脸州月1 九 7 3 7 0 6 8 0 0 1 84 5 5 50 9 1 3 15 83 04 5 7 2 825 10 0 0 0 1 90 00 33 00 0 5 8 5 0 0 2 种外推方法所得结果 的总趋 势是一致的 . 应力外 推法作远程 (超过实验 最长时 间的 3 一 10 倍)预测时会有一定 的误差 . 而修正的 e一 c on c etP Porj ec t 方法是 一种偏 于安 全的处理方法 . .3 3 炉壳残余使用 寿命预测 炉 壳在 生产 过程 中的负荷 情况是 变化 的 , 采用蠕 变实 验结果 预测炉壳残 余使用 寿命时 , 应根据转炉 生产实 际负荷做适 当的修正 . 以变