本文關鍵詞：P91鋼高溫蠕變行為及電磁超聲諧振表征研究

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【摘要】：作為目前火電機組中廣泛使用的一種高Cr耐熱鋼,P91鋼構(gòu)件長期服役于高溫、高壓環(huán)境中,勢必產(chǎn)生蠕變而引起其內(nèi)部微觀組織發(fā)生變化,最終導致這些構(gòu)件力學性能劣化。大部分設備已經(jīng)超過了其最初設計壽命,同時隨著節(jié)能減排和環(huán)境問題的日益突顯,迫使上述構(gòu)件運行參數(shù)必然向高溫、高壓方向發(fā)展,從而加劇了其蠕變進程。由此可見,為了保證火電機組等重要設備的安全、可靠運行,避免重大災難事故的發(fā)生,對上述P91鋼高溫構(gòu)件蠕變狀態(tài)及其剩余壽命的評估就變得極為重要。本文以P91鋼為研究對象,在600℃以及175MPa、165MPa、60MPa條件下分別進行單軸蠕變持久試驗；利用蠕變曲線,擬合了應力指數(shù)n、蠕變激活能Qc,Monkman-Grant常數(shù)CMG和蠕變損傷容限λ等參數(shù)值；結(jié)合蠕變斷口形貌,綜合分析了本研究條件下P91鋼的蠕變機制和斷裂行為。在此基礎上,利用Larson-Miller參數(shù)法分析不同CLM值對持久強度外推的影響。最后,在600℃和175MPa條件下進行蠕變中斷實驗以制備具有不同蠕變狀態(tài)的試樣,并采用電磁超聲諧振技術(EMAR)進行了量化表征。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：(1)P91鋼在600℃條件下的屈服強度σ0.2=237.66MPa、彈性模量E=120.884GPa.抗拉強度σb=320.96MPa、延伸率δ=0.252%；通過對600℃與175MPa、165MPa、160MPa和150MPa條件下蠕變曲線和蠕變率曲線的綜合分析可知：隨著應力的減小蠕變斷裂時間tr顯著增加而最小蠕變率εmin降低,且服從Norton冪率本構(gòu)方程εmin=Aσn.(2)應力指數(shù)n=9.7表明在本文的研究條件下,位錯運動是P91鋼主要的蠕變機制；由于蠕變激活能Q。(其值為670.95kJ/mol)的值遠大于Fe的自擴散激活能,因而可知交滑移是蠕變的速率控制機制,這主要歸因于P91鋼微觀組織中大量第二相粒子對位錯運動的阻礙作用。(3)通過對最小蠕變速率和壽命之間關系Monkman-Grant方程的分析可知,本文條件下P91鋼的蠕變損傷容限λ5。同時,結(jié)合蠕變斷口形貌分析,結(jié)果表明蠕變空洞和析出相粗化在蠕變斷裂中起到重要作用,且斷裂屬于沿晶韌窩韌性斷裂。(4)通過對不同CLM值(計算值37.86及經(jīng)驗值20、25和30)對L-M參數(shù)法持久強度外推結(jié)果影響的分析可知,對于P91鋼的短時蠕變壽命預測需要計算CLM的值；而對于長時持久強度外推,本文建議CLM取值25-30之間。(5)電磁超聲諧振(EMAR)表征結(jié)果表明：衰減系數(shù)對不同蠕變狀態(tài)較為敏感。當壽命分數(shù)在10～20%時,衰減系數(shù)第一次出現(xiàn)波谷；接著隨著壽命分數(shù)的增加而變大,在35～50%處出現(xiàn)波峰；隨后,在65～80%處第二次出現(xiàn)波谷。衰減系數(shù)第一次出現(xiàn)波谷表明蠕變第二階段開始,衰減峰值表明蠕變達到第二階段末期,即將進入第三階段,衰減系數(shù)第二次出現(xiàn)波谷表明蠕變處于第三階段中期。
【關鍵詞】：P91鋼 高溫蠕變行為 電磁超聲諧振(EMAR) 衰減系數(shù)
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.73
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 背景意義10-11
• 1.2 蠕變基礎理論11-17
• 1.2.1 蠕變現(xiàn)象11-13
• 1.2.2 蠕變機制13-14
• 1.2.3 蠕變過程中的組織演化14-16
• 1.2.4 蠕變斷裂行為16-17
• 1.3 超聲無損檢測基礎概述17-20
• 1.3.1 超聲波表征參量17-18
• 1.3.2 超聲檢測原理18-20
• 1.4 電磁超聲諧振技術20-23
• 1.4.1 電磁超聲換能基本原理20-21
• 1.4.2 電磁超聲橫波檢測原理21-22
• 1.4.3 超聲諧振技術22-23
• 1.5 研究內(nèi)容23
• 1.6 研究目的23-25
• 第二章 試驗內(nèi)容及方法25-28
• 2.1 試驗材料25
• 2.2 高溫力學性能試驗25-27
• 2.2.1 試驗試樣25-26
• 2.2.2 試驗設備26-27
• 2.2.3 試驗方法27
• 2.3 斷口形貌觀察27
• 2.4 電磁超聲諧振試驗27-28
• 第三章 P91鋼高溫蠕變行為28-45
• 3.1 單軸拉伸試驗28
• 3.2 蠕變試驗及分析28-38
• 3.2.0 蠕變曲線28-33
• 3.2.1 應力指數(shù)33-34
• 3.2.2 Monkman-Grant常數(shù)34
• 3.2.3 蠕變損傷容限34-38
• 3.3 蠕變斷口形貌38-39
• 3.3.1 宏觀斷口觀察38
• 3.3.2 微觀斷口形貌觀察38-39
• 3.4 Larson-Miller參數(shù)法39-43
• 3.4.1 LM常數(shù)39-40
• 3.4.2 持久強度外推40-43
• 3.4.3 蠕變激活能43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 P91鋼蠕變狀態(tài)EMAR表征45-61
• 4.1 中斷蠕變試驗45-48
• 4.2 電磁超聲諧振表征48-60
• 4.2.1 提取表征參數(shù)48-55
• 4.2.2 結(jié)果分析55-57
• 4.2.3 結(jié)果討論57-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-69
• 攻讀碩士學位期間取得的學術成果69-70
• 致謝70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王學;張s，

本文編號：876456