高壓鍋用久了會(huì)炸,，所以這個(gè)國(guó)家把金屬小棒棒抓起來(lái)燒烤了40年

張麻子

今天要講一個(gè)把金屬小棒棒們關(guān)到“煉丹爐”里,，持續(xù)燒烤了40多年的研究,。

在位于東京目黑區(qū)的日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）里,，有個(gè)15*50平方米大的房間,，房間里掛著380個(gè)類(lèi)似于烤爐的儀器,，這些儀器里面日夜烘烤著一些金屬辣條,。

金屬條們正在做日復(fù)一日的蠕變?cè)囼?yàn),。

什么是蠕變?cè)囼?yàn)？

這就要從用久了會(huì)炸的高壓鍋說(shuō)起了,。

金屬蠕變導(dǎo)致的災(zāi)難性后果

鋼鐵,、鋁合金等金屬材料雖然已經(jīng)很硬了，但也不是永遠(yuǎn)不會(huì)損壞的物質(zhì),。在高溫下,，金屬會(huì)像塑料那樣隨時(shí)間變形拉伸，最后破裂,，這就是蠕變,。當(dāng)然，某些材料,，比如鉛和玻璃在常溫下也會(huì)發(fā)生蠕變,，但是速率比較低。

火力發(fā)電站的金屬管道要承受高溫高壓

火力發(fā)電廠的管道,、你家的高壓鍋,、渦輪葉片、核電站的容器就是這樣的高溫高壓環(huán)境,。為了防止這些設(shè)施設(shè)備爆炸出事故,，就需要仔細(xì)研究金屬在高溫和應(yīng)力下的反應(yīng)。

飛機(jī)噴氣引擎里的金屬蠕變

@westmoreland mech

有人說(shuō)看看教科書(shū),，用理論進(jìn)行計(jì)算不就好了,？

不不不。教科書(shū)上一般說(shuō)，蠕變會(huì)經(jīng)歷幾個(gè)階段,，每個(gè)階段會(huì)如何如何,，但是實(shí)證數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)和教科書(shū)有所差異,。

比如,，奧氏體不銹鋼（最常見(jiàn)的不銹鋼，產(chǎn)量約占所有不銹鋼的2/3,，用于制造餐具,，外科手術(shù)器械等）SUS316在高壓下的蠕變行為類(lèi)似于教科書(shū)的描述，但是在低壓情況下的蠕變速率（單位時(shí)間的蠕變變形）卻和教科書(shū)不一致,。

用途廣泛的馬氏體不銹鋼

另外，在設(shè)計(jì)高溫中運(yùn)作的機(jī)械時(shí),，需要在材料的無(wú)蠕變（NC）或者可忽略蠕變（NEC）區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,，因此必須要提前進(jìn)行測(cè)試，蠕變?cè)囼?yàn)就是這樣出現(xiàn)的,。

聽(tīng)起來(lái)蠕變測(cè)試和一般的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有什么不同嘛,。

啊不。一般來(lái)說(shuō),，蠕變測(cè)試要持續(xù)2000小時(shí)（83天）以上才能得出有效數(shù)據(jù),。而想要設(shè)定高溫下拉應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)的話(huà)，則要做10萬(wàn)小時(shí)（11.4年）的測(cè)試,，而全世界能夠進(jìn)行10萬(wàn)小時(shí)以上的蠕變測(cè)試的科研機(jī)構(gòu)并不多,。

一起來(lái)看看，持續(xù)了40年的蠕變測(cè)試到底是怎么做的吧,。

NIMS 的前身是日本國(guó)立金屬研究所（NRIM）,。日本的材料學(xué)研究起步比歐洲晚，但是該研究所從1969年開(kāi)始就在進(jìn)行金屬蠕變測(cè)試,。

在 NIMS 的這個(gè)測(cè)試間里,，需要經(jīng)受高溫考驗(yàn)的材料，比如用來(lái)建造管道的金屬被制成這樣的長(zhǎng)條狀,。

然后這種金屬長(zhǎng)條被放在恒定的高溫中烘烤,，同時(shí)一直被重物拉扯。

來(lái)看一下這種蠕變測(cè)試儀器,。

這個(gè)儀器有一個(gè)加熱器——電氣爐,，它負(fù)責(zé)制造恒定的高溫環(huán)境，上下波動(dòng)不超過(guò)1.5攝氏度,。

金屬樣品被插入這個(gè)測(cè)試臺(tái)中,。在 NIMS 的實(shí)驗(yàn)室里，受測(cè)金屬包括制造蒸汽渦輪機(jī)、鍋爐,、熱交換器,、核反應(yīng)容器的材料。

接著,，要在受測(cè)金屬上掛上溫度計(jì)和一個(gè)測(cè)量金屬拉伸程度的儀器,。

整套裝備被塞入電氣爐中。

最后,，在金屬下方掛上砝碼,。這些重物會(huì)從下方拉扯金屬，對(duì)受測(cè)金屬施加恒定的拉力,。

然后電氣爐開(kāi)始加熱,。

這個(gè)房間里的金屬要被測(cè)試10萬(wàn)小時(shí)以上。2009年6月18日,，NIMS 的蠕變測(cè)試時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到了348 310小時(shí),，僅次于德國(guó)西門(mén)子的記錄——356 463小時(shí)，但是西門(mén)子的相關(guān)實(shí)驗(yàn)在2000年終止了,。

而到了2011年2月27日,，NIMS 取代了西門(mén)子，取得了世界上最久的的蠕變測(cè)試數(shù)據(jù),，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間超過(guò)了14 853天（40.7年）,。到了2015年，NIMS 的金屬蠕變測(cè)試依舊在繼續(xù),。

創(chuàng)下了世界紀(jì)錄的材料是含碳0.3%的鋼材,，它是用來(lái)制造鍋爐和壓力容器的材料，實(shí)驗(yàn)條件是400攝氏度的高溫和294兆帕的高壓,。

鋼材經(jīng)歷40年蠕變后的結(jié)果

持續(xù)了40年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),，對(duì)于全世界的科學(xué)家和企業(yè)來(lái)說(shuō)都是珍貴的資料。

歐洲蠕變合作委員會(huì)（ECCC）表示,，NIMS 的蠕變測(cè)試數(shù)據(jù)是受到國(guó)際承認(rèn)的金屬標(biāo)準(zhǔn)化參考依據(jù),。許多科研論文也都會(huì)參照這些數(shù)據(jù)。

比如,，2016年,，歐盟的一項(xiàng)材料標(biāo)準(zhǔn)制定研究中對(duì)歐洲壓力容器用鋼板X(qián)10CrMoVNb9-1（可以制造制造反應(yīng)器、換熱器,、分離器,、球罐、油氣罐,、液化氣罐,、核能反應(yīng)堆）的計(jì)算就基于 NIMS 的數(shù)據(jù)。

NIMS 的蠕變測(cè)試的數(shù)據(jù)被印發(fā)給470個(gè)日本科研單位和企業(yè)，以及超過(guò)220個(gè)海外機(jī)構(gòu),。2003年4月開(kāi)始,，這些數(shù)據(jù)可以在線(xiàn)下載了。2004年,，NIMS 和中科院也達(dá)成了合作,。

2018年，NIMS 又更新了一波蠕變測(cè)試數(shù)據(jù),。而隨著新數(shù)據(jù)的出爐,，發(fā)電站的安全標(biāo)準(zhǔn)也要進(jìn)行相應(yīng)的更改。比如,，NIMS 的研究發(fā)現(xiàn),，鋼材強(qiáng)度隨時(shí)間的蠕變比以前的估計(jì)要大，因此實(shí)際上發(fā)電站的管道替換頻率應(yīng)當(dāng)提高,。

作者：把科學(xué)帶回家

南天橫翼

這種公司在國(guó)內(nèi)基本無(wú)法存在？因?yàn)樾б嬖谀模?br />

遠(yuǎn)祥

哪有永恒不變的材質(zhì),，除了鉆石,。。

幸福因你悅耳

在基礎(chǔ)材料方面,，我們還有很遠(yuǎn)的路要走,。

king528

長(zhǎng)知識(shí)

tsaohuan

遠(yuǎn)祥 發(fā)表于 2019-12-10 21:23
哪有永恒不變的材質(zhì)，除了鉆石,。,。

鉆石用火燒就變成氣體了（CO2），以前科學(xué)家做過(guò)燒鉆石的實(shí)驗(yàn),。

蘇州萬(wàn)坤信息

那還敢不敢用高壓鍋了,？

WENGJUN

不好意思 我們不會(huì)用40年 我們10年就換了 天天過(guò)新婚 你說(shuō)保鮮不 天天放心 不過(guò)10年后提心吊膽的

wugehaoniu

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，就是精,。贊

益誠(chéng)電缸

學(xué)習(xí)了,，謝謝