应变控制下P92钢母材及焊缝金属蠕变—疲劳性能研究

发布时间：2020-06-14 01:33

【摘要】：超超临界火电机组使用的P92钢,服役环境十分恶劣,既要承受高温,又要承受疲劳载荷,在这种服役条件下材料会产生低周疲劳及蠕变-疲劳损伤,因此研究P92钢母材及焊缝金属在低周疲劳及蠕变-疲劳交互作用下的失效行为并进行寿命预测,可以合理地安排火电机组构件的维修和更换,对于保证火电机组安全性和可靠性、避免人员伤亡和财产损失方面具有十分重要的意义。本文以P92钢母材及焊缝金属630℃下的蠕变-疲劳行为为基础,研究应变幅值对低周疲劳行为的影响以及保载时间对蠕变-疲劳交互作用试验的影响。研究成果如下:对于低周疲劳试验,应变幅值的增加会导致P92钢母材及焊缝金属的疲劳寿命下降。在低周疲劳试验中,P92钢母材及焊缝金属都会表现出循环软化的特征,但软化程度会随应变幅值的增加出现饱和。低周疲劳寿命与应变幅值之间满足Coffin-Manson公式和Basquin公式,通过采用塑性应变能密度的方法可以准确地对P92钢母材及焊缝金属在630℃下的低周疲劳寿命进行预测。对于蠕变-疲劳交互作用行为,保载时间的引入会导致P92钢及焊缝金属蠕变-疲劳寿命的下降,随着保载时间的增加,蠕变-疲劳寿命会趋于稳定。对于P92钢母材及焊缝金属,可通过拉伸保载期间的应力松弛现象准确地进行蠕变-疲劳寿命预测。对于P92钢母材,修正的Coffin-Manson公式和Basquin公式可以准确地描述蠕变-疲劳寿命与应变幅值的关系,当采用寿命分数法、延性耗竭法、应变能密度耗竭法对其蠕变-疲劳寿命进行预测时,应变能密度耗竭模型的预测精度最高,其次是延性耗竭法,最后是寿命分数法。通过考虑蠕变极限的影响,对应变能密度耗竭模型进行修正可以使其预测精度提高到±1.5倍的标准偏差。为研究P92钢母材及焊缝金属在630℃下的低周疲劳和蠕变-疲劳断裂机理,采用扫描电镜(SEM)进行了断口形貌分析。低周疲劳与蠕变-疲劳断口通常分为三个断裂面:裂纹源、扩展区和断裂区,裂纹源位于试样表面。P92钢母材及焊缝金属低周疲劳和蠕变-疲劳裂纹扩展都以穿晶方式为主,并且随着应变幅值和保载时间的增加,二次裂纹和疲劳条带会更加明显,应变幅值和保载时间的增加会促进裂纹扩展。 【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TM621

【图文】：

图 1-1 化石燃料锅炉及典型材料的图示[22]在一般情况下，为了满足规范要求，在生产过程中，9-12%Cr 钢是经过热处理的，包括奥氏体化和回火过程。在大约 1100°C 下，该钢会发生奥氏体化，在从奥氏体化温度冷却到室温的过程中，会产生高密度位错和马氏体结构。然后，在 750°C 左右进行回火以提高延性和冲击强度。在回火过程中会形成亚晶粒和位错网络[16]。9-12%Cr 钢的热处理温度和时间在相关文献中有报道[23]。奥氏体化和回火工艺的不同参数会影响到 P92 钢的显微组织。比如，选择高的奥氏体化温度会导致板条宽度和前期奥氏体晶粒尺寸的增加[16]。热处理中的变化也会导致机械性能的显微差异。由于在对于在超超临界火电机组中，锅炉高温、高压主蒸汽管道等部件的材料常采用 P92 钢，它的服役环境十分恶劣，既要承受高温，又要承受负荷变更，所以机组的安全可靠运行与 P92 钢母材和焊接接头性能的优劣息息相关[24]。P92服役的蒸汽管道和高温集管在设备启停时，，管道壁的温度会产生快速的上升或下降，从而导致在其内部产生很大的热应力，此外，蒸汽管道和高温集管内壁也会

图1-2 Manson-Coffin关系和Basquin关系图示力法滞回曲线的拉伸部分被划分为了10个等量部分可以通过应力的快速阶跃变化来确定，蠕变应变确定。中的非弹性应变的确定可以直接从稳定的滞后中，在应变从B到C的变化中产生的弹性应变可模量的直线然后观测过C点的水平线来获得。因C'C。隔5中的塑性流变，需要在B点改变加载速率使此，BC''是在B点后加载速率尽可能快时产生的方法来获取塑性应变取决于设备是否可以实现于C点处的应力，该过程可以应用于各个间隔之

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本文编号：2712058