【摘要】：超超臨界火電機(jī)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(huì)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(jìn)行壽命預(yù)測(cè),可以合理地安排火電機(jī)組構(gòu)件的維修和更換,對(duì)于保證火電機(jī)組安全性和可靠性、避免人員傷亡和財(cái)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(duì)低周疲勞行為的影響以及保載時(shí)間對(duì)蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)的影響。研究成果如下:對(duì)于低周疲勞試驗(yàn),應(yīng)變幅值的增加會(huì)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(yàn)中,P92鋼母材及焊縫金屬都會(huì)表現(xiàn)出循環(huán)軟化的特征,但軟化程度會(huì)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(duì)P92鋼母材及焊縫金屬在630℃下的低周疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于蠕變-疲勞交互作用行為,保載時(shí)間的引入會(huì)導(dǎo)致P92鋼及焊縫金屬蠕變-疲勞壽命的下降,隨著保載時(shí)間的增加,蠕變-疲勞壽命會(huì)趨于穩(wěn)定。對(duì)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(jìn)行蠕變-疲勞壽命預(yù)測(cè)。對(duì)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(duì)其蠕變-疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),應(yīng)變能密度耗竭模型的預(yù)測(cè)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(duì)應(yīng)變能密度耗竭模型進(jìn)行修正可以使其預(yù)測(cè)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(jī)理,采用掃描電鏡(SEM)進(jìn)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(gè)斷裂面:裂紋源、擴(kuò)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(kuò)展都以穿晶方式為主,并且隨著應(yīng)變幅值和保載時(shí)間的增加,二次裂紋和疲勞條帶會(huì)更加明顯,應(yīng)變幅值和保載時(shí)間的增加會(huì)促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。 【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(huì)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(huì)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)和馬氏體結(jié)構(gòu)。然后，在 750°C 左右進(jìn)行回火以提高延性和沖擊強(qiáng)度。在回火過程中會(huì)形成亞晶粒和位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)[16]。9-12%Cr 鋼的熱處理溫度和時(shí)間在相關(guān)文獻(xiàn)中有報(bào)道[23]。奧氏體化和回火工藝的不同參數(shù)會(huì)影響到 P92 鋼的顯微組織。比如，選擇高的奧氏體化溫度會(huì)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(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的顯微差異。由于在對(duì)于在超超臨界火電機(jī)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(jī)組的安全可靠運(yùn)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(shí)，，管道壁的溫度會(huì)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(huì)

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(gè)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(cè)過C點(diǎn)的水平線來獲得。因C'C。隔5中的塑性流變，需要在B點(diǎn)改變加載速率使此，BC''是在B點(diǎn)后加載速率盡可能快時(shí)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(shí)現(xiàn)于C點(diǎn)處的應(yīng)力，該過程可以應(yīng)用于各個(gè)間隔之

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本文編號(hào)：2712058