發(fā)布時(shí)間：2017-08-20 11:39

  本文關(guān)鍵詞：蠕變疲勞載荷下9-12%Cr超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料損傷研究

  更多相關(guān)文章： 蠕變疲勞 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 損傷 宏微觀分析

【摘要】：隨越來越多的新能源并網(wǎng)發(fā)電,造成電網(wǎng)電力輸出呈間歇性波動,這就需要火力發(fā)電汽輪機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰作業(yè)。調(diào)峰作業(yè)導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的頻繁啟停,啟停過程中的溫度升降會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生交變熱應(yīng)力,從而加劇汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的疲勞蠕變損傷。以往對超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命和可靠性的評估,重點(diǎn)在恒定溫度(最高服役溫度)下的蠕變損傷機(jī)理研究,未曾考慮交變熱應(yīng)力引起的疲勞損傷行為。這容易造成設(shè)計(jì)的過分保守,使零部件不能發(fā)揮其最大的潛能而造成經(jīng)濟(jì)損失,或者因設(shè)計(jì)余量不夠而給機(jī)組的可靠運(yùn)行帶來安全隱患。本文選用超超臨界火電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用9-12%Cr耐熱鋼的典型代表X12CrMoWVNbN10-1-1鋼進(jìn)行試驗(yàn)研究,探究其在蠕變疲勞載荷下的宏觀力學(xué)性能與微觀組織演變的關(guān)系。試驗(yàn)選取汽輪機(jī)機(jī)組典型的4中工況進(jìn)行全壽命周期的低周疲勞試驗(yàn),即冷啟動(300?C)、溫啟動(500?C)、熱啟動(550?C)以及穩(wěn)定運(yùn)行(600?C)。通過對不同工況下試樣的恒溫和預(yù)載荷下試驗(yàn)結(jié)果對比分析,總結(jié)得到溫度和保持時(shí)間對材料力學(xué)性能的影響規(guī)律,并通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜分析儀對原始材料和試驗(yàn)后試樣材料的微觀組織結(jié)構(gòu)和析出相(M23C6和MX)變化進(jìn)行對比分析,探討該轉(zhuǎn)子鋼在蠕變疲勞載荷下的微觀組織結(jié)構(gòu)演變和損傷機(jī)理。同時(shí),也對試樣裂紋和疲勞斷口形貌進(jìn)行分析,得到該材料裂紋萌生特點(diǎn)、裂紋擴(kuò)展方式及后期失效原因。試驗(yàn)結(jié)果表明:在蠕變疲勞載荷后,材料力學(xué)性能表現(xiàn)為循環(huán)軟化特性,在保持時(shí)間段發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象。在預(yù)載荷下材料壽命小于恒溫載荷下壽命,材料的壽命隨溫差幅的增大而降低。從微觀組織分析得到,在高溫蠕變疲勞后的組織板條粗化、晶界產(chǎn)生變形,低溫下(300?C)板條發(fā)生脆化、增多;析出相M23C6碳化物在蠕變疲勞后發(fā)生偏聚、粗化,而MX則發(fā)生溶解或者轉(zhuǎn)變,在組織內(nèi)數(shù)量減少。高溫環(huán)境加劇了晶界析出物長大和內(nèi)部析出相溶解,使釘扎作用下降,組織發(fā)生變形,在宏觀上表現(xiàn)為塑性變形。通過對疲勞裂紋和斷口形貌分析可知材料整個(gè)損傷過程,裂紋以穿晶方式萌生、擴(kuò)展,保持時(shí)間段增加了蠕變損傷,且在裂紋中部和后部發(fā)現(xiàn)較多的枝狀裂紋,即損傷過程是疲勞和蠕變交互的損傷過程。
【關(guān)鍵詞】：蠕變疲勞 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 損傷 宏微觀分析
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK263.61
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-19
• 1.1 課題研究背景和意義8-9
• 1.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的工況和特點(diǎn)9-10
• 1.3 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 9-12%Cr鋼蠕變疲勞研究進(jìn)展10-17
• 1.3.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 9-12%Cr鋼蠕變疲勞損傷研究13-17
• 1.4 本文研究內(nèi)容和技術(shù)路線17-19
• 1.4.1 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 1.4.2 技術(shù)路線18-19
• 第二章 蠕變疲勞損傷基本理論和研究方法19-29
• 2.1 蠕變損傷理論和研究方法19-21
• 2.1.1 蠕變理論及特性規(guī)律19-20
• 2.1.2 蠕變損傷機(jī)制20-21
• 2.1.3 蠕變損傷研究方法21
• 2.2 疲勞損傷理論和研究方法21-24
• 2.2.1 疲勞特性規(guī)律22
• 2.2.2 疲勞失效過程22-23
• 2.2.3 疲勞損傷研究方法23-24
• 2.3 蠕變疲勞損傷研究理論和方法24-28
• 2.3.1 蠕變疲勞交互作用機(jī)理24-25
• 2.3.2 蠕變疲勞交互影響因素25
• 2.3.3 蠕變疲勞損傷分析方法25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 高溫疲勞試驗(yàn)方案及研究方法29-36
• 3.1 試驗(yàn)材料29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案29-31
• 3.3 試驗(yàn)設(shè)備和試樣加工31-33
• 3.3.1 試驗(yàn)設(shè)備31-32
• 3.3.2 試樣加工32-33
• 3.4 力學(xué)性能試驗(yàn)研究33
• 3.5 微觀組織和斷口形貌分析方法33-35
• 3.5.1 金相組織觀察33-34
• 3.5.2 掃描電子顯微鏡分析34-35
• 3.5.3 透射電子顯微鏡分析35
• 3.5.4 疲勞斷口形貌分析35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 10%Cr鋼蠕變疲勞載荷下力學(xué)性能分析36-44
• 4.1 試驗(yàn)結(jié)果36
• 4.2 恒溫疲勞下材料壽命36-38
• 4.3 溫度和保持時(shí)間對循環(huán)應(yīng)力特性的影響38-43
• 4.3.1 溫度對材料性能的影響38-39
• 4.3.2 應(yīng)變保持對材料性能的影響39-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 第五章 10%Cr鋼微觀組織結(jié)構(gòu)及斷口形貌分析44-58
• 5.1 金相微觀組織結(jié)構(gòu)分析44-49
• 5.1.1 金相試樣的制備44-45
• 5.1.2 材料微觀組織和裂紋分析45-49
• 5.2 組織析出物分析49-53
• 5.2.1 原始組織析出物形態(tài)49-52
• 5.2.2 蠕變疲勞后（冷啟動工況）析出物變化52-53
• 5.3 位錯和板條形態(tài)分析53-54
• 5.4 試樣斷口形貌分析54-57
• 5.4.1 蠕變疲勞試樣斷口形貌特征55
• 5.4.2 不同溫度下的疲勞斷口形貌55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63-64

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉洪杰;;電站鍋爐用P91鋼蠕變/疲勞交互作用的試驗(yàn)研究[J];動力工程;2007年06期

2 張國棟;趙彥芬;薛飛;張路;劉艷;賴云亭;;P91鋼蠕變-疲勞交互作用應(yīng)變特征與壽命預(yù)測[J];中國電力;2011年10期

3 王連慶，王建國，唐俊武;多軸應(yīng)力下蠕變疲勞交互作用[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);1994年04期

4 胡緒騰,宋迎東;一種修正的應(yīng)變范圍區(qū)分法[J];航空動力學(xué)報(bào);2005年03期

5 陳杰富 ,李厚毅 ,林洪書 ,劉洪杰;12Cr1 MoV鋼蠕變—疲勞交互作用特性曲線研制[J];壓力容器;2003年02期

6 陳杰富,李厚毅,林洪書,劉洪杰;12Cr1MoV鋼制部件蠕變-疲勞交互作用特性曲線的研究[J];發(fā)電設(shè)備;2004年01期

7 毛雪平,蒲澤林;蠕變-疲勞交互作用的壽命計(jì)算方法[J];上海汽輪機(jī);2003年02期

8 章小滸;計(jì)算貫穿裂紋疲勞J積分范圍和蠕變J積分范圍簡化方法的改進(jìn)[J];壓力容器;1993年01期

9 王世文,沈亞鵬;317 鋼蠕變-疲勞特性的細(xì)觀實(shí)驗(yàn)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);1998年02期

10 薛紅軍,呂國志;基于壽命—時(shí)間分?jǐn)?shù)法計(jì)算蠕變疲勞的失效概率[J];機(jī)械強(qiáng)度;2002年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 譚曉惠;馬建中;劉宇杰;戴振羽;;316不銹鋼蠕變-疲勞試驗(yàn)及規(guī)范研究[A];第十七屆全國反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)會議論文集[C];2012年

2 譚曉惠;馬建中;;316不銹鋼蠕變-疲勞實(shí)驗(yàn)及規(guī)范研究[A];中國核動力研究設(shè)計(jì)院科學(xué)技術(shù)年報(bào)（2011）[C];2013年

3 孫亞芳;金堯;;結(jié)構(gòu)鋼蠕變/疲勞共同作用下壽命估算方法[A];第五屆全國MTS材料試驗(yàn)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉大順;鎳基單晶多軸蠕變斷裂機(jī)理及壽命預(yù)測研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 武欣宇;2.25Cr1MoV鋼加氫反應(yīng)設(shè)備蠕變疲勞壽命設(shè)計(jì)方法[D];天津大學(xué);2015年

2 張濤;蠕變疲勞載荷下9-12%Cr超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料損傷研究[D];西安石油大學(xué);2016年

3 郝玉龍;P91鋼蠕變特性及蠕變疲勞交互作用研究[D];西南交通大學(xué);2005年

4 李海英;移動界面異質(zhì)材料的蠕變疲勞及損傷過程模擬[D];大連理工大學(xué);2005年

，

本文編號：706451