【摘要】：超超臨界火電機組使用的P92鋼,服役環(huán)境十分惡劣,既要承受高溫,又要承受疲勞載荷,在這種服役條件下材料會產(chǎn)生低周疲勞及蠕變-疲勞損傷,因此研究P92鋼母材及焊縫金屬在低周疲勞及蠕變-疲勞交互作用下的失效行為并進行壽命預(yù)測,可以合理地安排火電機組構(gòu)件的維修和更換,對于保證火電機組安全性和可靠性、避免人員傷亡和財產(chǎn)損失方面具有十分重要的意義。本文以P92鋼母材及焊縫金屬630℃下的蠕變-疲勞行為為基礎(chǔ),研究應(yīng)變幅值對低周疲勞行為的影響以及保載時間對蠕變-疲勞交互作用試驗的影響。研究成果如下:對于低周疲勞試驗,應(yīng)變幅值的增加會導(dǎo)致P92鋼母材及焊縫金屬的疲勞壽命下降。在低周疲勞試驗中,P92鋼母材及焊縫金屬都會表現(xiàn)出循環(huán)軟化的特征,但軟化程度會隨應(yīng)變幅值的增加出現(xiàn)飽和。低周疲勞壽命與應(yīng)變幅值之間滿足Coffin-Manson公式和Basquin公式,通過采用塑性應(yīng)變能密度的方法可以準(zhǔn)確地對P92鋼母材及焊縫金屬在630℃下的低周疲勞壽命進行預(yù)測。對于蠕變-疲勞交互作用行為,保載時間的引入會導(dǎo)致P92鋼及焊縫金屬蠕變-疲勞壽命的下降,隨著保載時間的增加,蠕變-疲勞壽命會趨于穩(wěn)定。對于P92鋼母材及焊縫金屬,可通過拉伸保載期間的應(yīng)力松弛現(xiàn)象準(zhǔn)確地進行蠕變-疲勞壽命預(yù)測。對于P92鋼母材,修正的Coffin-Manson公式和Basquin公式可以準(zhǔn)確地描述蠕變-疲勞壽命與應(yīng)變幅值的關(guān)系,當(dāng)采用壽命分?jǐn)?shù)法、延性耗竭法、應(yīng)變能密度耗竭法對其蠕變-疲勞壽命進行預(yù)測時,應(yīng)變能密度耗竭模型的預(yù)測精度最高,其次是延性耗竭法,最后是壽命分?jǐn)?shù)法。通過考慮蠕變極限的影響,對應(yīng)變能密度耗竭模型進行修正可以使其預(yù)測精度提高到±1.5倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差。為研究P92鋼母材及焊縫金屬在630℃下的低周疲勞和蠕變-疲勞斷裂機理,采用掃描電鏡(SEM)進行了斷口形貌分析。低周疲勞與蠕變-疲勞斷口通常分為三個斷裂面:裂紋源、擴展區(qū)和斷裂區(qū),裂紋源位于試樣表面。P92鋼母材及焊縫金屬低周疲勞和蠕變-疲勞裂紋擴展都以穿晶方式為主,并且隨著應(yīng)變幅值和保載時間的增加,二次裂紋和疲勞條帶會更加明顯,應(yīng)變幅值和保載時間的增加會促進裂紋擴展。 【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1;TM621

【圖文】：

圖 1-1 化石燃料鍋爐及典型材料的圖示[22]在一般情況下，為了滿足規(guī)范要求，在生產(chǎn)過程中，9-12%Cr 鋼是經(jīng)過熱處理的，包括奧氏體化和回火過程。在大約 1100°C 下，該鋼會發(fā)生奧氏體化，在從奧氏體化溫度冷卻到室溫的過程中，會產(chǎn)生高密度位錯和馬氏體結(jié)構(gòu)。然后，在 750°C 左右進行回火以提高延性和沖擊強度。在回火過程中會形成亞晶粒和位錯網(wǎng)絡(luò)[16]。9-12%Cr 鋼的熱處理溫度和時間在相關(guān)文獻中有報道[23]。奧氏體化和回火工藝的不同參數(shù)會影響到 P92 鋼的顯微組織。比如，選擇高的奧氏體化溫度會導(dǎo)致板條寬度和前期奧氏體晶粒尺寸的增加[16]。熱處理中的變化也會導(dǎo)致機械性能的顯微差異。由于在對于在超超臨界火電機組中，鍋爐高溫、高壓主蒸汽管道等部件的材料常采用 P92 鋼，它的服役環(huán)境十分惡劣，既要承受高溫，又要承受負(fù)荷變更，所以機組的安全可靠運行與 P92 鋼母材和焊接接頭性能的優(yōu)劣息息相關(guān)[24]。P92服役的蒸汽管道和高溫集管在設(shè)備啟停時，，管道壁的溫度會產(chǎn)生快速的上升或下降，從而導(dǎo)致在其內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，此外，蒸汽管道和高溫集管內(nèi)壁也會

圖1-2 Manson-Coffin關(guān)系和Basquin關(guān)系圖示力法滯回曲線的拉伸部分被劃分為了10個等量部分可以通過應(yīng)力的快速階躍變化來確定，蠕變應(yīng)變確定。中的非彈性應(yīng)變的確定可以直接從穩(wěn)定的滯后中，在應(yīng)變從B到C的變化中產(chǎn)生的彈性應(yīng)變可模量的直線然后觀測過C點的水平線來獲得。因C'C。隔5中的塑性流變，需要在B點改變加載速率使此，BC''是在B點后加載速率盡可能快時產(chǎn)生的方法來獲取塑性應(yīng)變?nèi)Q于設(shè)備是否可以實現(xiàn)于C點處的應(yīng)力，該過程可以應(yīng)用于各個間隔之

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本文編號：2712058