P92钢焊接接头热影响区蠕变裂纹扩展速率研究

论文摘要

目前,新一代耐高温合金P92钢已经被大量应用于超临界和超超临界燃煤和燃油电站的建设,也被广泛用于锅炉汽包、主蒸汽管道和汽轮机箱体等结构上,这些结构在高温、低应力的服役条件下长期运行,容易发生P92钢焊接接头的IV型破坏。国内外对P92钢热影响区内蠕变裂纹扩展速率的研究还很少,因此,有必要研究P92钢热影响区内蠕变裂纹扩展速率,从而为防止蠕变开裂和对焊接接头进行安全评定,以及对蠕变裂纹扩展的寿命评价提供依据。在指定焊接工艺和焊接材料下对P92钢进行焊接,并测出P92钢在指定焊接工艺和焊接材料下的焊接热模拟曲线。根据焊接热模拟曲线,通过热处理模拟的方法制备焊接热影响区各微区显微组织的试样。并且与实际焊接接头相应部位的显微组织和硬度进行对比,结果表明在本文采用的热处理工艺下,模拟热影响区各微区组织和硬度与实际焊接接头组织和硬度吻合很好。对模拟热影响区各微区试样在同一温度,不同的应力水平下进行加速蠕变试验,求得不同应力水平下的稳态蠕变应变速率。结果表明,低应力下焊接热影响区各区中细晶区蠕变速率最大,相对其它微区而言更易产生蠕变开裂。根据ASTM E1457标准,通过紧凑拉伸试验测得P92钢焊接接头及母材的蠕变裂纹扩展曲线和裂纹尖端应力场的C?参量。根据P92钢焊接接头裂纹扩展率da/dt与裂纹尖端应力场C?参量的关联,对稳态条件下P92钢热影响区蠕变裂纹的扩展速率进行预测。结果表明在低应力水平下,焊接接头热影响区蠕变裂纹扩展速率大于母材蠕变裂纹扩展速率,再次证明了P92钢在高温、低应力的服役条件下长期运行时,热影响区的缺陷相较与母材来说更危险,一旦裂纹萌生,裂纹的扩展速度也更快。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超（超）临界钢的研究发展状况
• 1.2.1 国内外超（超）临界用钢的种类及发展状况
• 1.2.2 超（超）临界钢的工作条件和性能要求
• 1.2.3 耐热钢高温蠕变和断裂研究进展
• 1.3 本论文的研究意义及主要研究内容
• 第二章 P92 钢焊接接头热影响区各区模拟试样制备
• 2.1 实验材料及其机械性能
• 2.1.1 P92 钢的化学成分及力学性能
• 2.1.2 试验焊接接头的制备
• 2.1.3 焊接热循环曲线的测定
• 2.2 焊接热影响区各区试样的热处理模拟
• 2.2.1 热处理模拟工艺的确定
• 2.2.2 试样模拟组织、硬度与实际焊接接头组织、硬度对比分析
• 2.2.3 标准蠕变试样热处理模拟组织、硬度及与实际焊接接头组织、硬度对比分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 P92 钢焊接热影响区各区蠕变本构方程的确定
• 3.1 蠕变及蠕变本构方程
• 3.1.1 蠕变曲线
• 3.1.2 单轴稳态蠕变本构方程
• 3.1.3 蠕变本构关系计算方法
• 3.2 P92 钢热影响区各区蠕变本构方程的建立
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试样加工制备
• 3.2.3 试验设备
• 3.2.4 试验方案
• 3.2.5 试验结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 P92 钢焊接接头热影响区蠕变裂纹扩展速率研究
• 4.1 试验裂纹长度的测量原理及计算方法
• 4.1.1 柔度法测量裂纹长度
• 4.1.2 电位法测量裂纹长度
• 4.2 蠕变裂纹的扩展
• 4.2.1 蠕变裂纹扩展曲线
• 4.2.2 蠕变裂纹的扩展速率
• 4.2.3 影响蠕变裂纹的扩展速度的因素
• 4.3 P92 钢焊接接头蠕变裂纹扩展速率试验
• 4.3.1 试验材料
• 4.3.2 试样加工制备
• 4.3.3 试验设备
• 4.3.4 试样原始尺寸及试验载荷的确定
• 4.3.5 试验柔度法的标定
• 4.3.6 P92 钢焊接接头蠕变裂纹扩展试验
• 4.3.7 P92 钢焊接接头热影响区蠕变裂纹扩展试验结果与分析
• 4.4 P92 钢母材蠕变裂纹扩展速率试验
• 4.4.1 试验材料、试样加工及试验设备
• 4.4.2 试样原始尺寸及试验载荷的确定
• 4.4.3 试验电位法的标定
• 4.4.4 P92 钢母材蠕变裂纹扩展试验
• 4.4.5 P92 钢母材蠕变裂纹扩展试验结果与分析
• 4.5 P92 钢焊接接头热影响区与母材蠕变裂纹扩展速率对比分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢