拉应力

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 。

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P92钢氧化动力学及氧化层特性的影响 。

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 。

（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 。2100433B

为了减少预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。

张拉控制应力值的大小与施加预应力的方法有关，对于相同的钢种，先张法取值高于后张法。这是由于先张法和后张法建立预应力的方式是不同的。先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，故在预应力钢筋中建立的拉应力就是张拉控制应力σcon。后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，在张拉的同时，混凝土被压缩，张拉设备千斤顶所指示的张拉控制应力已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。为此，后张法构件的σcon值应适当低于先张法。

张拉控制应力值大小的确定，还与预应力的钢种有关。由于预应力混凝土采用的都为高强度钢筋，其塑性较差，故控制应力不能取得太高。

根据长期积累的设计和施工经验，《混凝土结构设计规范》规定，在一般情况下，张拉控制应力不宜超过下表的限值。

预应力采用两端对称同时张拉、张拉力和伸长量双控法，两端千斤顶升降压、画线、测伸长、插垫等工作一起进行。

千斤顶就位后，先将主油缸少许充油，使之蹬紧，让预应力钢绞线绷直，在钢绞线拉至规定的初应力σ0时，停机量测原始空隙并画线作标记。

预应力钢绞线张拉施力程序：0→初应力σ0→控制应力σk（持荷2分钟锚固）。σk为张拉时的控制应力（包括预应力损失在内）。

张拉施工的工作顺序：穿束→安装锚具→安装千斤顶及张拉设备→张拉、锚固→拆除千斤顶及张拉设备→压浆→存梁。

平面假设：杆件的横截面在变形后仍然保持平面，且垂直于杆的轴线。

横截面上各点只产生沿垂直于横截面方向的变形-横截面上只有正应力。

两横截面的纵向伸长都相等-横截面上的正应力均匀分布。

结论：轴向拉伸时，杆件横截面上各点处只产生正应力，且大小相等。

σ=N/A，N为拉力，A为作用点处的横截面积。

σ的正负与N的正负相同，即拉杆σ为正，压杆σ为负。