2（1/4）Cr-1Mo-V钢高温蠕变—棘轮疲劳行为研究

发布时间：2021-10-31 19:06

　　2（1/4）Cr-1Mo-V钢在高温下具有较高的强度、良好的抗蠕变性能、较强的抗氢腐蚀能力,因而被广泛用于制造大型厚壁加氢反应器。高温高压同时存在的工作环境使得加氢设备不仅面临单纯的疲劳、棘轮或蠕变变形引发的破坏,还要承受三者交互作用对结构造成的损伤加剧。因此,有必要研究2（1/4）Cr-1Mo-V钢在其工作温度附近的循环力学性能。本文在455℃的大气环境中对2（1/4）Cr-1Mo-V钢进行了一系列低周疲劳、棘轮疲劳及蠕变-棘轮疲劳试验,分析了应变幅、应力水平、加载率、保持时间及保持方向对其变形行为和疲劳寿命的影响。研究发现,2（1/4）Cr-1Mo-V钢呈循环软化特性;应力水平的提高会加速棘轮应变累积,加载率的变化对棘轮变形有显著影响;蠕变-棘轮疲劳试验中,短时峰值保持时存在明显的蠕变应变恢复现象,延长保持时间或增加循环圈数会降低蠕变应变恢复率;应变幅、应力水平的提高及保持时间的延长会缩短试样的疲劳寿命;应变幅-疲劳寿命关系符合Basquin-Coffin-Manson公式;用线性损伤累积法可较好的预测峰值保持蠕变-棘轮疲劳寿命;引入应力比对时间分数法进行修正,线性损伤累积法对双向... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 2(1/4)Cr-1Mo(V)钢的循环性能
        1.1.1 应变循环性能
        1.1.2 疲劳性能
    1.2 2(1/4)Cr-1Mo(V)钢的蠕变行为
    1.3 2(1/4)Cr-1Mo(V)钢的蠕变-疲劳行为
        1.3.1 保持时间及保持方向的影响
        1.3.2 环境影响
        1.3.3 高温蠕变-疲劳破坏机理
    1.4 高温蠕变-疲劳寿命预测
        1.4.1 应变幅划分法
        1.4.2 能量法
        1.4.3 线性损伤累积法
        1.4.4 延性耗竭理论
        1.4.5 其他方法
    1.5 高温蠕变-疲劳损伤评估标准
    1.6 棘轮变形与棘轮安定
        1.6.1 材料棘轮变形研究
        1.6.2 高温结构的棘轮安定
    1.7 本课题研究内容及意义
第二章 2(1/4)Cr-1Mo-V钢高温低周疲劳及棘轮疲劳行为
    2.1 材料及试验方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验方法
        2.1.3 微观观察方法
    2.2 单轴拉伸行为
    2.3 低周疲劳行为
        2.3.1 应力-应变滞环
        2.3.2 循环软化特性
        2.3.3 失效分析
        2.3.4 疲劳寿命曲线
    2.4 棘轮疲劳行为
        2.4.1 应力-应变滞环
        2.4.2 应力水平的影响
        2.4.3 加载率的影响
        2.4.4 棘轮疲劳断口分析
    2.5 蠕变性能
    2.6 本章小结
第三章 2(1/4)Cr-1Mo-V钢高温蠕变-棘轮疲劳行为
    3.1 试验方法
        3.1.1 峰值保持试验
        3.1.2 双向保持试验
    3.2 蠕变-棘轮疲劳试验
        3.2.1 应力-应变滞环
        3.2.2 保持时间对棘轮应变的影响
        3.2.3 保持时间对应变能密度的影响
        3.2.4 保持时间内产生的蠕变应变
        3.2.5 蠕变应变恢复现象
        3.2.6 保持时间对疲劳寿命的影响
        3.2.7 保持方向对疲劳寿命的影响
    3.3 本章小结
第四章 2(1/4)Cr-1Mo-V钢高温蠕变-疲劳损伤及寿命预测
    4.1 2(1/4)Cr-1Mo-V钢高温蠕变-棘轮疲劳失效机理
        4.1.1 断口分析
        4.1.2 表面氧化层分析
        4.1.3 纵切面分析
    4.2 蠕变-疲劳损伤
    4.3 蠕变-棘轮疲劳寿命预测
        4.3.1 线性损伤累积法
        4.3.2 最小应变率法
    4.4 本章小结
第五章 蠕变-疲劳交互损伤评估标准及案例分析
    5.1 加氢设备的蠕变-疲劳设计
    5.2 ASME 2605案例
        5.2.1 疲劳筛分分析方法
        5.2.2 疲劳分析方法
        5.2.3 关于ASME 2605案例的讨论
    5.3 ASME-NH蠕变-疲劳损伤设计
        5.3.1 应力分量限制
        5.3.2 非弹性应变限制
        5.3.3 蠕变-疲劳损伤容限
    5.4 R5蠕变-疲劳损伤评估方法
        5.4.1 单圈载荷循环产生的疲劳损伤
        5.4.2 蠕变损伤评估
        5.4.3 蠕变-疲劳损伤限制
    5.5 三种评估方法的比较
        5.5.1 设计曲线的差异
        5.5.2 蠕变应变增量的表征
        5.5.3 焊接接头的影响
        5.5.4 蠕变-疲劳损伤的定义
    5.6 加氢装置催化剂排出罐蠕变-疲劳损伤案例分析
        5.6.1 催化剂排出罐的设计参数
        5.6.2 催化剂排出罐有限元建模分析
        5.6.3 基于ASME 2605的案例分析
        5.6.4 基于ASME-NH的案例分析
        5.6.5 基于R5的案例分析
        5.6.6 案例分析结果比较
        5.6.7 标准应用的讨论
    5.7 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
附录:主要符号说明
致谢



本文编号：3468687