蠕变疲劳载荷下9-12%Cr超超临界汽轮机转子材料损伤研究

发布时间：2017-08-20 11:39

  本文关键词：蠕变疲劳载荷下9-12%Cr超超临界汽轮机转子材料损伤研究

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【摘要】：随越来越多的新能源并网发电,造成电网电力输出呈间歇性波动,这就需要火力发电汽轮机组进行调峰作业。调峰作业导致汽轮机转子的频繁启停,启停过程中的温度升降会在转子上产生交变热应力,从而加剧汽轮机转子的疲劳蠕变损伤。以往对超超临界汽轮机转子寿命和可靠性的评估,重点在恒定温度(最高服役温度)下的蠕变损伤机理研究,未曾考虑交变热应力引起的疲劳损伤行为。这容易造成设计的过分保守,使零部件不能发挥其最大的潜能而造成经济损失,或者因设计余量不够而给机组的可靠运行带来安全隐患。本文选用超超临界火电机组汽轮机转子用9-12%Cr耐热钢的典型代表X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行试验研究,探究其在蠕变疲劳载荷下的宏观力学性能与微观组织演变的关系。试验选取汽轮机机组典型的4中工况进行全寿命周期的低周疲劳试验,即冷启动(300?C)、温启动(500?C)、热启动(550?C)以及稳定运行(600?C)。通过对不同工况下试样的恒温和预载荷下试验结果对比分析,总结得到温度和保持时间对材料力学性能的影响规律,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析仪对原始材料和试验后试样材料的微观组织结构和析出相(M23C6和MX)变化进行对比分析,探讨该转子钢在蠕变疲劳载荷下的微观组织结构演变和损伤机理。同时,也对试样裂纹和疲劳断口形貌进行分析,得到该材料裂纹萌生特点、裂纹扩展方式及后期失效原因。试验结果表明:在蠕变疲劳载荷后,材料力学性能表现为循环软化特性,在保持时间段发生应力松弛现象。在预载荷下材料寿命小于恒温载荷下寿命,材料的寿命随温差幅的增大而降低。从微观组织分析得到,在高温蠕变疲劳后的组织板条粗化、晶界产生变形,低温下(300?C)板条发生脆化、增多;析出相M23C6碳化物在蠕变疲劳后发生偏聚、粗化,而MX则发生溶解或者转变,在组织内数量减少。高温环境加剧了晶界析出物长大和内部析出相溶解,使钉扎作用下降,组织发生变形,在宏观上表现为塑性变形。通过对疲劳裂纹和断口形貌分析可知材料整个损伤过程,裂纹以穿晶方式萌生、扩展,保持时间段增加了蠕变损伤,且在裂纹中部和后部发现较多的枝状裂纹,即损伤过程是疲劳和蠕变交互的损伤过程。
【关键词】：蠕变疲劳 汽轮机转子 损伤 宏微观分析
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK263.61
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 汽轮机转子的工况和特点9-10
• 1.3 汽轮机转子 9-12%Cr钢蠕变疲劳研究进展10-17
• 1.3.1 汽轮机转子材料的研究现状10-13
• 1.3.2 汽轮机转子 9-12%Cr钢蠕变疲劳损伤研究13-17
• 1.4 本文研究内容和技术路线17-19
• 1.4.1 本文主要研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 第二章 蠕变疲劳损伤基本理论和研究方法19-29
• 2.1 蠕变损伤理论和研究方法19-21
• 2.1.1 蠕变理论及特性规律19-20
• 2.1.2 蠕变损伤机制20-21
• 2.1.3 蠕变损伤研究方法21
• 2.2 疲劳损伤理论和研究方法21-24
• 2.2.1 疲劳特性规律22
• 2.2.2 疲劳失效过程22-23
• 2.2.3 疲劳损伤研究方法23-24
• 2.3 蠕变疲劳损伤研究理论和方法24-28
• 2.3.1 蠕变疲劳交互作用机理24-25
• 2.3.2 蠕变疲劳交互影响因素25
• 2.3.3 蠕变疲劳损伤分析方法25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 高温疲劳试验方案及研究方法29-36
• 3.1 试验材料29
• 3.2 实验方案29-31
• 3.3 试验设备和试样加工31-33
• 3.3.1 试验设备31-32
• 3.3.2 试样加工32-33
• 3.4 力学性能试验研究33
• 3.5 微观组织和断口形貌分析方法33-35
• 3.5.1 金相组织观察33-34
• 3.5.2 扫描电子显微镜分析34-35
• 3.5.3 透射电子显微镜分析35
• 3.5.4 疲劳断口形貌分析35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 10%Cr钢蠕变疲劳载荷下力学性能分析36-44
• 4.1 试验结果36
• 4.2 恒温疲劳下材料寿命36-38
• 4.3 温度和保持时间对循环应力特性的影响38-43
• 4.3.1 温度对材料性能的影响38-39
• 4.3.2 应变保持对材料性能的影响39-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 10%Cr钢微观组织结构及断口形貌分析44-58
• 5.1 金相微观组织结构分析44-49
• 5.1.1 金相试样的制备44-45
• 5.1.2 材料微观组织和裂纹分析45-49
• 5.2 组织析出物分析49-53
• 5.2.1 原始组织析出物形态49-52
• 5.2.2 蠕变疲劳后（冷启动工况）析出物变化52-53
• 5.3 位错和板条形态分析53-54
• 5.4 试样断口形貌分析54-57
• 5.4.1 蠕变疲劳试样断口形貌特征55
• 5.4.2 不同温度下的疲劳断口形貌55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63-64

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本文编号：706451