专利名称：用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测试低温断裂韧性的装置，具体地讲，涉及一种用于测试镍系低温钢在-100°c -196°c下的断裂韧性的装置。
背景技术：
液态天然气是天然气运输的主要形式。天然气的气液凝固点是-161. 5°C，天然气一般在_163°C以下的常压环境下储存。液态天然气的生产、运输和储存需使用大量的耐低温材料。用于液态天然气及相关低温能源工业的主要材料是可以在-100°C _196°C的温度下使用的Ni系低温钢，例如，可以在-163°C -196°C的温度下使用的9% Ni钢、可以在-100°C _170°C的温度下使用的5% Ni钢以及可以在_45°C _110°C的温度下使用的
3.5% Ni 钢。钢铁材料随着温度降低，韧性将迅速降低。一般在-10°C以下使用的钢就应认真考虑其低温韧性。为确保材料在低温环境下的使用安全，需要对材料在低温下的力学行为尤其是断裂韧性进行检测或测试。在低温环境下的力学行为测试存在一定的难度，实验温度越低，测试的技术难度越大。实现试样的低温通常有两种方法，一种为低温液体浸泡法，另一种采用低温环境箱。低温液体浸泡法通常先使用干冰、液氮或液氦等与液体介质充分混合,将液体介质降温至所需的低温温度，然后将试样完全浸入低温液体介质中。浸泡一段时间使试样充分冷透后，再进行相应的低温力学行为测试。由于低温液体浸泡法受液体介质凝固温度的限制，使测试温度的范围受到限制。例如，工业酒精(主要成分为乙醇)在常压下保持液体状态的温度范围是79°C -115°C。理论上，在室温 -115°C的较宽范围内均可以采用工业酒精+液氮(或干冰)的方法获得力学行为测试所需的低温条件。实际上，工业酒精由于在-100°C _115°C的温度范围内粘稠度大、流动性差而不适合用来进行低温测试试样的冷却。因此，工业酒精和液氮的组合仅被广泛地应用于材料在室温 _100°C的温度下的力学行为测试实验中。然而，很难找到一种液体材料，既兼顾价格和环境无污染等特点，又在-100°C以下仍然能保持相对恒定的温度而不发生凝固或汽化。目前，对于在-100°C以下对材料进行的力学行为测试，通常需采用低温环境箱，而这种方式由于受准静态断裂韧性和环境箱的工作条件限制，一般仅能将温度控制在室温 -130°C的范围内。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种可以用于测试镍系低温钢在-100°c -196°c下的断裂韧性的装置。根据本实用新型的一方面，提供了一种用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，该装置包括箱体，包括外壳、内壳以及填充在外壳和内壳之间的填充物；多个冷却剂孔，形成在箱体上，用于向箱体内输入冷却剂；风扇，设置在箱体的壁上，用于向箱体内吹风；以及断裂韧性实验机，设置在箱体底部并且部分进入箱体内，用于在箱体内进行断裂韧性实验。根据本实用新型的实施例，装置还可以包括分别与多个冷却剂孔连通以用于将冷却剂输送到箱体内的多个冷却剂输送管。根据本实用新型的实施例，多个冷却剂管可以分别设置有控制冷却剂流量的控制阀门。根据本实用新型的实施例，装置还可以包括与多个冷却剂输送管连接的冷却剂罐。在冷却剂罐处可以设置总控制阀门。根据本实用新型的实施例，装置还可以包括形成在箱体上的多个排气孔，用于将箱体内的气体排放到箱体外部。装置还可以包括分别与多个排气孔连接的多个排气管。根据本实用新型的实施例，断裂韧性实验机可以是万能拉伸实验机。根据本实用新型的实施例，外壳可以由低合金钢板制成，内壳可以由奥氏体不锈钢板制成，填充物可以是珍珠岩。根据本实用新型的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置可以将待测镍系低温钢的温度控制在-100°c -196°C的温度下，并在该温度下测试待测镍系低温钢的断裂韧性。
通过结合附图进行的示例性实施例的以下描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将变得清楚和更易于理解，其中图I是根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置的剖视图；图2是根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置的示意图；图3是止裂韧性实验的示意图；图4是示出根据示例性实施例的在液氮条件(_196°C )下测试用的引伸计规的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图和示例性实施例来详细地描述本实用新型的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置。图I是根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置的剖视图。根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置可以包括壳体10、多个冷却剂孔、风扇40和断裂韧性实验机。壳体10可以包括外壳11、内壳13以及填充在外壳11和内壳13之间的填充物12。外壳11可以由用于低温容器的低合金钢板制成，内壳13可以由奥氏体不锈钢板制成，填充在外壳11和内壳13之间的填充物12可以是珍珠岩，但形成外壳11、填充物12和内壳13的材料不限于此。具有上述结构的壳体10可以有效地隔热。[0024]多个冷却剂孔设置在箱体10上，以将冷却剂输送到箱体10内。冷却剂可以是液氮，但本实用新型不限于此。多个冷却剂孔可以包括设置在箱体侧壁的上部处的第一冷却剂孔21和第二冷却剂孔22以及设置在箱体侧壁的下部处的第三冷却剂孔23和第四冷却剂孔24。但本发明不限于该布置，例如，四个冷却剂孔可以设置在箱体10的不同的侧壁上，此外，冷却剂孔的数量不限于四个。风扇40可以设置在箱体10的壁上以向箱体10内吹风进行搅拌。当冷却剂(例如液氮)通过多个冷却剂孔进入箱体10时,风扇40可以将冷却剂迅速雾化并使雾化的冷却剂与空气充分地搅拌，从而可以使箱体10内的温度达到-100°C _196°C的低温。这里，风扇40可以是强力风扇。断裂韧性实验机可以设置在箱体10的底部，并且断裂韧性实验机的一部分可以进入箱体10内，以在箱体10内进行低温断裂韧性实验。根据本实用新型的示例性实施例，断裂韧性实验机可以是万能拉伸实验机(MTS实验机)。如图I所示，万能拉伸实验机可以包括加载下压头51、紧固螺母52、尼龙棒53、载荷传感器54和COD (引伸计)规(未示出) 等结构，由于万能拉伸实验机对本领域技术人员是已知的，在此不再赘述。这里，在万能拉伸试验机的加载下压头51与壳体10的底部之间可以设置密封环60以对壳体10的冷却环境进行密封。根据本示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置可以在箱体10内通过风扇40的强力搅拌使冷却剂(液氮)雾化并使雾化的冷却剂与空气均匀地混合，从而实现待测镍系低温钢的冷却。根据本示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置可以使待测镍系低温钢的温度冷却至-100°C -196°c。此外，根据本示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置可以通过控制雾化的冷却剂与空气的比例来控制箱体10内的温度，控制精度可达±2°C。此外，如图I所示，根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置还可以包括设置在箱体10上的多个排气孔，用于将箱体10内的气体排放到箱体10的外部。多个排气孔可以包括设置在箱体10的侧壁的下部处的第一排气孔31和第二排气孔32，但本实用新型不限于此。图2是根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置的示意图。如图2所示，根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置还可以包括分别与多个冷却剂孔连通的多个冷却剂输送管70。根据本实用新型的示例性实施例，每个冷却剂输送管70可以设置有控制冷却剂流量的控制阀71，以单独地控制流过每个冷却剂输送管70的冷却剂的流量。多个冷却剂输送管70可以连接到冷却剂罐(例如，液氮罐)90，冷却剂罐90可以设置总控制阀门91，以控制流入箱体10内的总冷却剂量。此外，如图2所示，根据本实用新型的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置还可以包括分别与多个排气孔连接的多个排气管80，以便于箱体10内气体的排出。图3是止裂韧性实验的示意图。如图3所示，在采用根据本实用新型的装置在-185 °C -196 °C的温度下进行止裂韧性实验时，可以在万能拉伸实验机的楔块55与开口销56之间以及开口销56与试样100之间加入石墨润滑剂，以使它们之间在-185°C -196°C的温度下仍能有效地润滑。在图3中的标号57为底板。此外，在实验过程中，当试样完全浸泡在_196°C的冷却剂(液氮)中时，由于COD规不可以直接接触液氮(在_196°C下，COD规在测量精度下降的同时易损伤)，所以根据本实用新型示例性实施例的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置采用弹性模量大于钢的材料制作两个刀口。两个刚性刀口安装在试样原刀口上，引出液氮表面5cm左右，以免影响测量精度。图4是示出根据示例性实施例的在液氮条件(_196°C)下测试用的引伸计规的示意图，在图4中，标号58为刚性刀口，标号59为原刀口，刚性刀口 58和原刀口 59通过螺栓连接。下面将描述使用根据本实用新型的装置来测试Ni系低温钢的断裂韧性的示例。对启裂韧性(CTOD)和止裂韧性(Kla)评价是Ni系低温钢非常重要的断裂韧性评 价实验，对工程应用具有极其重要的参考价值。使用根据本实用新型的装置对同一钢种、两种热处理工艺(工艺I和工艺2)下的9% Ni钢进行CTOD和Kla实验测试。两种工艺下的9% Ni钢的基本性能数据如表I所示。从表I可以看出，两种工艺下的9% Ni钢均表现出良好的强韧性匹配，但差异不大。下面通过使用根据本实用新型的装置来测试两种工艺下的9% Ni钢的低温断裂韧性来说明两种工艺下的9% Ni钢的工程应用特性和表现。表I
__拉伸性能(室温)__冲击性能(-196°C )
抗拉强度屈服强度
延伸率A 冲击功侧膨账纤维率
RmRel
(% ) KV2 (J) LE ( mm ) FA ( % )
(MPa) ( MPa)
工艺 I 715__61024.0233__23__100
王艺 2 70559524.52482.3100首先采用三点弯曲试样进行_163°C (用于液态天然气储罐的9% Ni钢的服役温度)的CTOD测试实验。将电偶设置在靠近试样裂纹尖端处。在实验过程中为了防止温度梯度对试样造成影响，可以在试样前后表面靠近裂纹尖端处分别设置电偶，以实时监控温度的变化，其中，本实验的目标温度为_163°C。温度数据如表2所示，表2中的温度数据说明根据本实用新型的装置可以实现超低温并可以实现温度的均匀控制，温度控制精度可达±2。。。表 权利要求1.一种用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置包括 箱体，包括外壳、内壳以及填充在外壳和内壳之间的填充物； 多个冷却剂孔，形成在箱体上，用于向箱体内输入冷却剂； 风扇，设置在箱体的壁上，用于向箱体内吹风；以及 断裂韧性实验机，设置在箱体底部并且部分进入箱体内，用于在箱体内进行断裂韧性实验。
2.如权利要求I所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置还包括分别与多个冷却剂孔连通以用于将冷却剂输送到箱体内的多个冷却剂输送管。
3.如权利要求2所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述多个冷却剂输送管分别设置有控制冷却剂流量的控制阀门。
4.如权利要求2所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述多个冷却剂输送管连接的冷却剂罐。
5.如权利要求4所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，在冷却剂罐处设置有总控制阀门。
6.如权利要求I所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置还包括形成在箱体上的多个排气孔，用于将箱体内的气体排放到箱体外部。
7.如权利要求6所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置还包括分别与多个排气孔连接的多个排气管。
8.如权利要求I所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，所述断裂韧性实验机是万能拉伸实验机。
9.如权利要求I所述的用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，其特征在于，夕卜壳由低合金钢板制成，内壳由奥氏体不锈钢板制成，填充物是珍珠岩。
专利摘要本实用新型公开了一种用于测试镍系低温钢的低温断裂韧性的装置，该装置包括箱体，包括外壳、内壳以及填充在外壳和内壳之间的填充物；多个冷却剂孔，形成在箱体上，用于向箱体内输入冷却剂；风扇，设置在箱体的壁上，用于向箱体内吹风；以及断裂韧性实验机，设置在箱体底部并且部分进入箱体内，用于在箱体内进行断裂韧性实验。根据本实用新型的用于测试低温断裂韧性的装置可以将待测材料的温度控制在-100℃～-196℃的温度范围内，并可以将温度精度控制在±2℃的范围内。
文档编号G01N3/18GK202720153SQ201220045720
公开日2013年2月6日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者潘涛, 周峰峦, 苏航, 高怡斐, 张海龙, 杨才福, 刘涛 申请人:钢铁研究总院