氧化层对10％Cr耐热钢蠕变疲劳寿命的影响

摘要

随着社会经济的不断发展，不断的有新能源并入电网发电。新能源在供应上的间歇性导致了电网电力输出的不稳定，这就需要火力发电机组不断地进行调峰作业，以保证电力输出的稳定。机组部件常见的结构不连续部位会引起多轴效应，借助有限元手段对不同应力集中系数下的圆形缺口试样多轴度进行分析可发现，三轴度的最大值并不位于材料的表面上，而是位于表面以下不与空气环境接触。以往对汽轮机转子等高温部件的设计研发，没有考虑到氧化对材料蠕变疲劳寿命的影响。这容易使部件的设计和寿命评估过分保守，而使高温构件不能发挥其最大潜能而造成浪费，甚至设计余量不足给机组安全可靠运行带来严重的安全隐患。 本文选用超超临界汽轮机转子用10%Cr耐热钢作为试验材料，具体型号为X12CrMoWVNbN10-1-1，分别在真空和大气环境下进行高温试验，探究氧化层对10%Cr耐热钢蠕变疲劳寿命的影响。蠕变疲劳试验分别选取超超临界汽轮机转子的四种工况进行试验，即稳定运行（600℃）、热启动（550℃）、温启动（500℃）的和冷启动（300℃）。对两种条件的试验结果进行对比分析，以确定氧化对此耐热钢蠕变疲劳寿命的影响。并对试验后试样的微观组织、断口形貌和裂纹进行金相组织观察和扫描电子显微镜分析，以探究氧化条件下该材料的微观组织结构演变和损伤机理。 实验结果表明：两种环境中，温度的升高和应变幅的增大均会减少10%Cr耐热钢的蠕变疲劳寿命。在相同的试验条件下，真空下的蠕变疲劳寿命总是低于大气环境下的蠕变疲劳寿命。氧化环境下该材料具有更强的抵抗变形能力和抗疲劳性能。且在材料表面和裂纹表面形成致密的氧化物，防止材料内部被进一步氧化，对材料起着保护作用。此外，真空环境下裂纹尖端始终保持着较为锋利的结构，容易产生应力集中，而在大气环境下，由于氧化层的存在可以释放裂纹尖端处的集中应力现象，从而降低裂纹的扩展速率。因此，可以用锐化钝化机理来解释氧化层对10%Cr耐热钢蠕变疲劳寿命的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2汽轮机转子的工况和特点

1.3汽轮机转子材料的研究进展

1.4 氧化层对耐热钢蠕变疲劳寿命影响的研究进展

1.5研究内容

第二章 空气介质对材料蠕变疲劳寿命的影响

2.1 空气介质对疲劳性能的影响

2.2 空气介质对蠕变寿命的影响

2.3 高温氧化行为的研究方法

2.4 蠕变疲劳损伤的理论和研究方法

2.5 本章小结

第三章 高温疲劳试验方案及研究方法

3.1 试验材料

3.2 试样加工

3.3 实验方案

3.4 力学性能实验研究

3.5 微观组织结构和断口形貌分析

3.6 本章小结

第四章 氧化层对10%Cr耐热钢蠕变疲劳寿命的影响

4.1氧化对恒温载荷下10%Cr耐热钢寿命的影响

4.2 氧化对10%Cr耐热钢力学性能的影响

4.3 高温氧化对10%Cr耐热钢塑性应变的影响

4.4 10%Cr耐热钢低周疲劳寿命评估模型的修正

4.5本章小结

第五章 10%Cr耐热钢微观组织结构和断口形貌分析

5.1 金相微观组织结构分析

5.2 组织析出物分析

5.3 试样断口形貌分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果