P91钢高温蠕变行为及电磁超声谐振表征研究

发布时间：2017-09-18 15:50

  本文关键词：P91钢高温蠕变行为及电磁超声谐振表征研究

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【摘要】：作为目前火电机组中广泛使用的一种高Cr耐热钢,P91钢构件长期服役于高温、高压环境中,势必产生蠕变而引起其内部微观组织发生变化,最终导致这些构件力学性能劣化。大部分设备已经超过了其最初设计寿命,同时随着节能减排和环境问题的日益突显,迫使上述构件运行参数必然向高温、高压方向发展,从而加剧了其蠕变进程。由此可见,为了保证火电机组等重要设备的安全、可靠运行,避免重大灾难事故的发生,对上述P91钢高温构件蠕变状态及其剩余寿命的评估就变得极为重要。本文以P91钢为研究对象,在600℃以及175MPa、165MPa、60MPa条件下分别进行单轴蠕变持久试验；利用蠕变曲线,拟合了应力指数n、蠕变激活能Qc,Monkman-Grant常数CMG和蠕变损伤容限λ等参数值；结合蠕变断口形貌,综合分析了本研究条件下P91钢的蠕变机制和断裂行为。在此基础上,利用Larson-Miller参数法分析不同CLM值对持久强度外推的影响。最后,在600℃和175MPa条件下进行蠕变中断实验以制备具有不同蠕变状态的试样,并采用电磁超声谐振技术(EMAR)进行了量化表征。主要研究内容与结论如下：(1)P91钢在600℃条件下的屈服强度σ0.2=237.66MPa、弹性模量E=120.884GPa.抗拉强度σb=320.96MPa、延伸率δ=0.252%；通过对600℃与175MPa、165MPa、160MPa和150MPa条件下蠕变曲线和蠕变率曲线的综合分析可知：随着应力的减小蠕变断裂时间tr显著增加而最小蠕变率εmin降低,且服从Norton幂率本构方程εmin=Aσn.(2)应力指数n=9.7表明在本文的研究条件下,位错运动是P91钢主要的蠕变机制；由于蠕变激活能Q。(其值为670.95kJ/mol)的值远大于Fe的自扩散激活能,因而可知交滑移是蠕变的速率控制机制,这主要归因于P91钢微观组织中大量第二相粒子对位错运动的阻碍作用。(3)通过对最小蠕变速率和寿命之间关系Monkman-Grant方程的分析可知,本文条件下P91钢的蠕变损伤容限λ5。同时,结合蠕变断口形貌分析,结果表明蠕变空洞和析出相粗化在蠕变断裂中起到重要作用,且断裂属于沿晶韧窝韧性断裂。(4)通过对不同CLM值(计算值37.86及经验值20、25和30)对L-M参数法持久强度外推结果影响的分析可知,对于P91钢的短时蠕变寿命预测需要计算CLM的值；而对于长时持久强度外推,本文建议CLM取值25-30之间。(5)电磁超声谐振(EMAR)表征结果表明：衰减系数对不同蠕变状态较为敏感。当寿命分数在10～20%时,衰减系数第一次出现波谷；接着随着寿命分数的增加而变大,在35～50%处出现波峰；随后,在65～80%处第二次出现波谷。衰减系数第一次出现波谷表明蠕变第二阶段开始,衰减峰值表明蠕变达到第二阶段末期,即将进入第三阶段,衰减系数第二次出现波谷表明蠕变处于第三阶段中期。
【关键词】：P91钢 高温蠕变行为 电磁超声谐振(EMAR) 衰减系数
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.73
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 背景意义10-11
• 1.2 蠕变基础理论11-17
• 1.2.1 蠕变现象11-13
• 1.2.2 蠕变机制13-14
• 1.2.3 蠕变过程中的组织演化14-16
• 1.2.4 蠕变断裂行为16-17
• 1.3 超声无损检测基础概述17-20
• 1.3.1 超声波表征参量17-18
• 1.3.2 超声检测原理18-20
• 1.4 电磁超声谐振技术20-23
• 1.4.1 电磁超声换能基本原理20-21
• 1.4.2 电磁超声横波检测原理21-22
• 1.4.3 超声谐振技术22-23
• 1.5 研究内容23
• 1.6 研究目的23-25
• 第二章 试验内容及方法25-28
• 2.1 试验材料25
• 2.2 高温力学性能试验25-27
• 2.2.1 试验试样25-26
• 2.2.2 试验设备26-27
• 2.2.3 试验方法27
• 2.3 断口形貌观察27
• 2.4 电磁超声谐振试验27-28
• 第三章 P91钢高温蠕变行为28-45
• 3.1 单轴拉伸试验28
• 3.2 蠕变试验及分析28-38
• 3.2.0 蠕变曲线28-33
• 3.2.1 应力指数33-34
• 3.2.2 Monkman-Grant常数34
• 3.2.3 蠕变损伤容限34-38
• 3.3 蠕变断口形貌38-39
• 3.3.1 宏观断口观察38
• 3.3.2 微观断口形貌观察38-39
• 3.4 Larson-Miller参数法39-43
• 3.4.1 LM常数39-40
• 3.4.2 持久强度外推40-43
• 3.4.3 蠕变激活能43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 P91钢蠕变状态EMAR表征45-61
• 4.1 中断蠕变试验45-48
• 4.2 电磁超声谐振表征48-60
• 4.2.1 提取表征参数48-55
• 4.2.2 结果分析55-57
• 4.2.3 结果讨论57-60
• 4.3 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-69
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果69-70
• 致谢70

【参考文献】

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1 王学;张s，

本文编号：876456