一种表现蠕变与渗碳交互作用的研究方法与流程

本发明涉及金属硬度试验技术领域，具体为一种表现蠕变与渗碳交互作用的研究方法。

背景技术：

乙烯裂解炉是广泛应用于石化、电力、冶金、燃气等大分子物质的解裂，而乙烯裂解炉管，是其核心的部件之一，一旦发生破裂或者残损将严重影响整套装置的运行周期和使用安全。然而，目前我国市场上投入用的乙烯裂解炉管实际服役使用寿命甚至只有设计寿命的三分之一，蠕变和渗碳及其交互作用成为了炉管失效的最重要原因之一。

硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标，材料渗碳处理后表面硬度会有一定提升，但当蠕变与渗碳同时存在时，硬度的影响因素除渗碳外，还增加了蠕变过程中的加工硬化及组织软化等作用，因而不能单纯依靠硬度的变化来判断渗碳的效果。

本发明的目的在于提供一种表现蠕变与渗碳交互作用的研究方法，通过变量控制法利用硬度来表示渗碳程度强弱，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种表现蠕变与渗碳交互作用的研究方法，包括以下步骤：

a、从未服役的原始乙烯裂解炉管上取样，进行950℃及35mpa下不同程度的蠕变试验；

b、随后从不同程度蠕变后的试样及原始炉管材料上取样，进行不同时间的渗碳处理；

c、对经不同处理过程的试样进行维氏硬度的测试，并绘制硬度分布曲线。

优选的，所述步骤a中蠕变试验步骤为：

a、取蠕变试样，蠕变试样的设计和加工主要参照gb/t2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》，标距内试样直径为5mm，标距为27mm；

b、将步骤a所得蠕变试样在gwt304高温蠕变持久试验机上进行测，该试验机测力范围为6-30kn，使用温度为300-1200℃；试验温度选用材料服役温度950℃，应力选择为35mpa，保温时间为0.2h，测得持久寿命为381小时，即蠕变程度100％时的蠕变时间为381小时，因而蠕变程度分别为30％、50％、80％时的试验时间分别选择为118、188、291小时。

优选的，所述步骤b中渗碳方法为：渗碳处理的温度为1100℃，强渗阶段与碳扩散阶段交替进行，最终油冷，渗碳时长分别选择为5、10和30小时。

优选的，所述步骤c中维氏硬度的测试步骤为：

a、显微硬度试验采用fm-800维氏显微硬度计对试样截面进行分析，其中，试样取自原始炉管组织、渗碳及蠕变后的炉管材料，经过镶样、粗磨、细磨、抛光后，用10gcuso4+50mlhcl+50mlh2o的腐蚀液进行腐蚀；

b、随后进行硬度测试，加载荷为300g，加载时间为10s，相同径向位置进行多次测量以降低数据分散性影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明试验过程：从乙烯裂解炉管上取样，进行950℃及35mpa下不同程度的蠕变试验(先进行950℃及35mpa下拉断的蠕变试验，测得蠕变寿命为381小时，因而取30％、50％、80％蠕变程度的蠕变试验时间分别为：118、188和291小时)，随后从不同程度蠕变后的试样及原始炉管材料上取样，进行不同时间(5、10、30小时)的渗碳处理，对经不同处理过程的试样进行维氏硬度的测试，并绘制硬度分布曲线，采用此试验方法可通过各类空白样本的对比来控制变量，从而排除蠕变过程中组织软化及加工硬化的作用，使得硬度变化在最大程度上反映材料渗碳的强弱，进而研究不同蠕变程度对渗碳的影响，得到的结果代表性好。

附图说明

图1为本发明不同程度蠕变后未渗碳试样的硬度分布曲线；

图2为本发明不同程度蠕变试样渗碳5小时的硬度分布曲线；

图3为本发明不同程度蠕变试样渗碳10小时的硬度分布曲线；

图4为本发明不同程度蠕变试样渗碳30小时的硬度分布曲线；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供如下技术方案：一种表现蠕变与渗碳交互作用的研究方法，包括以下步骤：

a、从乙烯裂解炉管上取样，进行950℃及35mpa下不同程度的蠕变试验；

b、随后从不同程度蠕变后的试样及原始炉管材料上取样，进行不同时间的渗碳处理；

c、对经不同处理过程的试样进行维氏硬度的测试，并绘制硬度分布曲线。

本发明中，步骤a中蠕变试验步骤为：

a、取蠕变试样，蠕变试样的设计和加工主要参照gb/t2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》，标距内试样直径为5mm，标距为27mm；

b、之后在gwt304高温蠕变持久试验机上进行测，该试验机测力范围为6-30kn，使用温度为300-1200℃；试验温度选用材料服役温度950℃，应力选择为35mpa，保温时间为0.2h，时间分别为118、188、291和381小时，且在381小时拉断，蠕变程度分别为0、30％、50％、80％、100％。

本发明中，步骤b中渗碳方法为：渗碳处理的温度为1100℃，强渗阶段与碳扩散阶段交替进行，最终油冷，渗碳时长分别选择为5、10和30小时。

本发明中，步骤c中维氏硬度的测试步骤为：

a、显微硬度试验采用fm-800维氏显微硬度计对试样截面进行分析，其中，试样取自原始炉管、渗碳及蠕变后的炉管材料，经过镶样、粗磨、细磨、抛光后，用10gcuso4+50mlhcl+50mlh2o的腐蚀液进行腐蚀；

b、随后进行硬度测试，加载荷为300g，加载时间为10s，相同径向位置进行多次测量以降低数据分散性影响。

由图1可以看出，对于经不同程度蠕变而未渗碳的试样而言，边界硬度稍高于内部硬度，相差不大。相比较而言，未渗碳的蠕变试样硬度最高，随着蠕变时间的增长，蠕变程度增加，整体硬度下降，至100％蠕变程度(即拉断试样)时，整体硬度最低。这表明，在蠕变过程中，随时间的增加，组织软化的程度大于拉伸硬化的作用，使得试样整体硬度随蠕变程度增加而下降。图1排除了组织软化及加工硬化的作用，使得硬度的影响因素主要为渗碳，从而试样的硬度分布即可表示渗碳的强弱。

由图2-4可以看出，在不同蠕变程度试样渗碳一定时间后，表面硬度有了明显的提高，而心部硬度与未渗碳的试样差别不大。

由图4可以看出，在不同蠕变程度的试样经30小时渗碳后，在心部的硬度差别不大，而在靠近表面硬度明显提升的部分可以观察到，与图1呈现完全相反的规律：同样是经历了30小时的渗碳处理，未蠕变的试样表面硬度最高，且渗碳深度最大，而随着蠕变程度的增加，硬度逐渐下降，100％蠕变程度后渗碳30小时所获得的试样硬度最低，相应的渗碳深度也就最小。图3与图4有相似规律，且渗碳10小时的试样整体硬度及渗碳深度小于渗碳30小时的试样，符合认知规律。

图2中，不同蠕变程度试样渗碳5小时后表面硬度相差不大。分析图1和图3–4，不同蠕变程度试样未渗碳时，硬度由高到低是原始炉管材料、30％蠕变程度试样、50％蠕变程度试样、80％蠕变程度试样、100％蠕变程度试样，而不同蠕变程度的试样渗碳10小时及30小时后硬度由高到低均为：100％蠕变程度试样、80％蠕变程度试样、50％蠕变程度试样、30％蠕变程度试样、未蠕变的试样。图1和图3–4中只改变了渗碳时间这一变量，因而表明蠕变程度越高的试样越容易被渗碳。而图2中渗碳5小时后的硬度曲线则表明渗碳的带来的影响还未超越蠕变后组织软化及拉伸硬化带来的综合影响。

由图1–4可以看出，在相同渗碳条件(大于10小时)下，蠕变程度越高的试样，表层硬度越高，即渗碳越容易进行，即蠕变对渗碳起到促进作用。

本发明试验过程：从乙烯裂解炉管上取样，进行950℃及35mpa下不同程度的蠕变试验(先进行950℃及35mpa下拉断的蠕变试验，测得蠕变寿命为381小时，因而取30％、50％、80％蠕变程度的蠕变试验时间分别为：118、188和291小时)，随后从不同程度蠕变后的试样及原始炉管材料上取样，进行不同时间(5、10、30小时)的渗碳处理，对经不同处理过程的试样进行维氏硬度的测试及显微组织观察，并绘制硬度分布曲线，采用此试验方法简单，得到的结果代表性好。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。