[发明专利]9%Cr马氏体钢厚壁管道热处理内外壁温差的预测方法

说明书

技术领域

 9%Cr马氏体钢厚壁管道热处理内外壁温差的预测方法。 

背景技术

9%Cr新型马氏体耐热钢主要包含T/P92、T/P91和E911三种新型马氏体耐热钢，广泛用于超超临界锅炉主蒸汽管、集箱等厚壁管道等构件，焊缝韧性偏低是该系列钢管道焊缝安装过程中出现的一个主要问题。为了改善焊缝韧性，必须对焊缝进行局部热处理。国内外研究表明，焊后热处理温度对焊缝影响非常大，当热处理温度在760±10℃时（注：受焊缝相变点的限制，热处理温度很难进一步提高），经过短时的恒温处理，焊缝的冲击功就可以达到41J以上，在740℃左右加热时，要达到这一指标必须延长恒温时间，当加热温度在730℃以下时，再延长恒温时间不仅效果甚微，冲击功很难达到41J的韧度指标，而且大幅增加安装成本，严重影响施工进度。 

现场热处理时，受管道和焊后热处理设备的限制，热源一般只能布置在管道外壁，热量从外壁向内壁传导，即使达到稳态，内壁温度仍然低于外壁温度，即内外壁必然存在一定温度差异。为了保证内壁焊缝的韧性，要求尽可能缩小内外壁温差（控制在20℃-30℃以内）。但是随着蒸汽温度和压力的提高，9%Cr耐热钢管道部件壁厚不断增大，一些部件的设计壁厚最高已达140mm以上，内外壁温差增大。因此，内外壁温差控制成为目前国内9%Cr管道安装中急待解决的问题。 

实际工程中，受管道尺寸的限制，管道内壁无法安装热电偶，内壁温度无法进行监控。虽然可以通过测量外壁等效点温度来预测管道内壁温度，但是等效点的位置受管道尺寸、加热宽度、保温宽度、热处理环境温度、控温温度的影响导致其位置无法确定。因此内外壁温差大小在热处理过程中无法获知，可能导致内外壁温差过大而使得内壁温度过低无法达到热处理效果，从而无法保障热处理质量。目前内外壁温差大小的预测是9%Cr耐热钢管道焊缝安装中急待解决的难题。 

人工神经网络是80 年代末开始迅速发展的一门非线性科学，人工神经网络模型具有很强的容错性、学习性、自适应性和非线性的映射能力, 特别适于解决因果关系复杂的非确定性推理、判断、识别和分类等问题。目前, 在钢铁冶金领域应用最广泛的是具有多层前馈网络结构且采用反向误差传播训练方法的模型(BP模型)。 

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种不仅能够用于预测一定条件下的大小，对于保障热处理质量，提高热处理效率具有重要意义，在一定程度上可以优化热处理工艺。 

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的问题；提供了一种解决了工程中采用实验方法测定内外壁温差浪费时间精力、增加成本和实验不具备普遍适用性的9%Cr马氏体钢厚壁管道热处理内外壁温差的预测方法。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

9%Cr马氏体钢厚壁管道热处理内外壁温差的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，内外壁温差理论计算模块。在此模块中，基于传热学理论，建立上T组不同尺寸管道在不同加热宽度、不同保温宽度、不同热处理环境温度、不同控温温度下的热处温度场计算模型，计算各组模型的焊后热处理内外壁温差的大小；

步骤2，神经网络建立模块，综合考虑管道尺寸（管径和壁厚）、加热宽度、保温宽度、热处理环境温度、控温温度对9%Cr新型马氏体耐热钢厚壁管道焊后热处理内外壁温差的影响，建立基于误差反向传播神经网络；

步骤3，预测模型建立模块，利用所得计算数据对BP神经网络进行训练和测试，得到一个可以预测9%Cr新型马氏体耐热钢厚壁管道焊后热处理内外壁温差的模型；

步骤4，模型修正模块，结合9%Cr新型马氏体耐热钢厚壁管道焊后热处理内外壁温差的实验测量数据，对所得的确定9%Cr马氏体耐热钢管道焊后热处理内外壁温差模型进行修正；

步骤5，内外壁温差确定模块，分析管道尺寸（管径以及壁厚）、加热宽度、保温宽度、热处理环境温度、控温温度，输入到修正后的模型确定管道焊后热处理内外壁温差的大小。

在上述的 9%Cr马氏体钢厚壁管道热处理内外壁温差的预测方法，所述的步骤1中，建立上T组不同尺寸管道在不同加热宽度、不同保温宽度、不同热处理环境温度、不同控温温度下的热处温度场计算模型，计算不同条件下管道焊后热处理内外壁温差的大小是基于有限元计算软件，具体方法为：