- 中文名
- 拉应力
- 外文名
- Tensile stress
- 学 科
- 冶金工程
- 领 域
- 冶炼
- 释 义
- 使物体有拉伸趋势的反作用力
- 对 应
- 压应力
火力发电技术正朝着高效率、低煤耗以及高环保的方向发展，火力发电站设备中的过热器、再热器以及主蒸汽管线等重要部件承受的温度和压力越来越高，这种高温高压的服役环境很容易造成管材的氧化腐蚀，进而影响管材的力学性能，严重时还会发生爆炸、泄漏事故。材料在发生氧化腐蚀后，若表面形成的氧化膜致密无裂纹，则可能达到阻止元素扩散、限制基体继续氧化的目的。但是在实际生产中，高温承压设备通常会受到安装应力、自身重力、热膨胀应力、介质应力和相变应力等的作用，这些外力的存在极有可能使材料表面氧化膜开裂甚至剥落，导致拘元基体继续暴露于高温空气中，进一步加剧氧化腐蚀，材料的损伤也进一步加深。国内外在高温氧化腐蚀方面已浆道取得了丰硕的研究成果，学者们大多将外加应力对氧化膜生长的促进作用归因于应力能促进表面氧化膜形核、增加氧化膜中的错位缺陷，从而增加短路扩散途径；也有学者发现在一些合金中存在一个临界应力值，当外加应力低于此应力值时，其对氧化膜的生长几乎没有影响，而当海劝踏其高于此值时会促进氧化膜的生长，这可能是与氧化膜本身所具有的自我愈合能力有关。
P92马氏体耐热钢具有较高的高温强度、高的热导率、较好的抗高温蠕变性能及抗高温氧化性能，已经成为新一代电厂超（超）临界机组主蒸汽管道、再热蒸汽管道及其旁路、高温联箱的主要用钢。国内外对电润凳重站中高温部件的氧化腐蚀都非常重视，然而国内对P92钢管的工程应用研究还不够深入，仅对相关氧化动力学及氧化层形貌、成分进行了一些分析，而有关外应力作用下P92钢地姜页高温氧化行为的研究较少。对P92钢在650℃空气中于不同拉应力下进行了氧化试验，研究了该应力对P朵狱誉92钢氧化动力学及氧化层特性的影响 [1]浆整朵狱格组。
在不同拉应力作用下氧化不同时间后，试样表面氧化层厚度均随氧化时间的延长而增加，其厚度增加速率随拉应力的增大而增加；当氧化40h时，施加拉应力的试样表面氧化层厚度小于未施加拉应力的，且厚度随拉应力的增加而减小，此时拉应力并没有促进氧化的进行；当氧化时间延长到80h以后，施加拉应力的试样表面氧化层厚度大于未施加拉应力的，且随拉应力的增加而增大，拉应力促进了氧化的进行。试样的氧化动力学曲线并不是简单的抛物线，这与之前一些学者的研究有所不同，但与Swaminathan等得到的P91钢氧化动力学曲线相似。无外加拉应力时，试样的氧化指数为0．79757；当存在拉应力时，氧化指数增大且随拉应力的增加而增大。
外加拉应力的引入会影响金属中组元的活度，从而影响金属表面的氧化速率。为了研究这种影响机制，引入了“热力学活度”的概念。P92钢表面氧化行为的影响机理分析可以从高温氧化热力学和高温氧化动力学两个方面展开，在氧化初始阶段，P92钢的表面氧化速率受化学反应控制，当表面形成氧化膜后，氧化膜的生长主要受氧化膜内元素的扩散控制。在外加拉应力的作用下，P92钢表面产生较多的空位和位错，促进了氧化物的形核，表面形成了密集而细小的氧化物；氧化物的形成使氧化物晶界体积分数增大，增强了元素的短路扩散，因此氧化膜增厚速率明显加快；应力越大，对组元短路扩散的促进越明显，氧化膜增厚速率越快 [2]。
在不同拉应力作用下，试样在650℃空气中氧化400h后，其氧化层表面都存在颗粒状物质，大部分为灰色颗粒，小部分为白色颗粒，EDS分析结果表明这些颗粒大部分含有氧、铁、铬、锰、钨等元素；部分白色颗粒分布在氧化膜外层，其粒径较大、分布较疏松，在拉应力不大于120MPa时，白色颗粒数量随着拉应力的增大而增多，且氧化层表面完整无裂纹；在80MPa下氧化400h后，氧化层表面覆盖着许多灰色颗粒状物，内层小颗粒紧密排列，外层大颗粒疏松排列；在120MPa下氧化400h后，氧化层表面粗糙不平整，存在许多与轴向成45°的小裂纹，说明120MPa的拉应力使氧化层发生开裂。
试样表面铬、铁元素含量较高，外加拉应力的增加对铁和铬元素含量的影响较小，但对钨和锰元素含量的影响较大，钨元素含量随着拉应力的提高逐渐增加，而锰元素含量逐渐降低。
在不同拉应力作用下，试样在650℃空气中氧化400h后其表面物相均由Cr2O3、Fe2O3、Fe3O4，尖晶石结构的FeCr2O4、MnCr2O4组成，说明拉应力对氧化层的物相组成影响不大。在氧化初期，试验钢表面的铬与铁氧化生成Cr2O3和Fe2O3、Fe3O4，随着氧化时间的延长，铬和铁的氧化物发生反应生成难熔的尖晶石结构的FeCr2O4；尖晶石结构的MnCr2O4则由MnO 和Cr2O3反应生成 [1]。
（1）在不同拉应力作用下，试验钢在650℃空气中氧化不同时间后，其表面氧化层厚度均随氧化时间的延长而增加，厚度增加速率随拉应力的增大而增加；当氧化时间较短时，外加拉应力没有促进氧化，其表面氧化层厚度小于未施加拉应力的；当氧化时间延长到80h以后，施加拉应力的表面氧化层厚度大于未施加拉应力的，且随拉应力的增加而增大；氧化膜生长遵循幂函数指数关系，其氧化指数与外加拉应力成正相关。
（2）当外加拉应力不大于80MPa时，试验钢在650℃空气中氧化400h后，其表面形成了致密的氧化膜，当拉应力达到120MPa后，表面氧化层出现了微裂纹。
（3）在不同拉应力作用下，试验钢在650℃空气中氧化400h后，其表面物相均由Cr2O3、Fe2O3、Fe3O4和尖晶石结构的FeCr2O4、MnCr2O4组成，拉应力对氧化层的物相组成影响不大 [3]。
