蠕变疲劳载荷下9--12％Cr汽轮机转子钢亚晶粒演变规律研究

摘要

在全球提倡节能减排的大环境下，越来越多的新能源并网发电，这就造成了电力输出的波动性。因此，传统的火力发电在未来的能源结构中不仅是最主要的电力输出，同时还肩负着调峰的职责。调峰过程中机组频繁启停，其设备在产生蠕变损伤的同时会叠加疲劳损伤，两者的叠加交互大大缩短了机组使用寿命。发电企业为实现效益的最大化，会在定价策略中主动找到调峰所带来高额利润和机组寿命损耗的平衡点。9-12％Cr马氏体耐热钢以其优越的抗疲劳、蠕变抗氧化性能成为了新一代超超临界汽轮机组的首选钢。 本文以9-12％Cr钢的典型代表X12CrMoWVNbN10-1-1为研究对象，对其进行大气环境下的高温低周疲劳实验，探究温度、载荷对其使用寿命、力学性能的影响。并在特定工况下进行不同寿命分数的高温疲劳中断实验，研究该耐热钢不同寿命阶段的损伤、微观组织结构演变等。同时，建立亚晶结构与塑性应变之间的关系，为后续优化、完善寿命预测模型提供一定的理论支持。 试验结果表明:9-12％Cr马氏体耐热钢在高温低周疲劳载荷下表现出典型的循环软化特征，温度的升高和载荷的增大会显著缩短其使用寿命;随着循环载荷的进行，第二相颗粒发生变化并削弱了其对亚晶结构的钉扎作用、马氏体板条结构逐渐粗化、亚晶粒尺寸变大、位错密度逐渐减小;建立了亚晶粒大小与塑性应变之间的数学模型，两者呈近似指数关系。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 汽轮机转子运行工况

1．3 热力机械设备材料的发展现状

1．4 机组材料损伤特征

1．4．1 蠕变损伤特征

1．4．2 疲劳损伤特征

1．4．3 蠕变疲劳交互作用

1．5 本文主要研究内容

第二章 汽轮机转子钢寿命评估研究进展

2．1 汽轮机转子钢组织结构演变规律

2．2 材料本构模型的建立

2．3 汽轮机转子钢蠕变疲劳寿命预测方法

2．4 本章小结

第三章 高温蠕变疲劳实验方案

3．1 材料获取及试样加工

3．2 高温低周疲劳实验

3．3 材料微观组织结构分析

3．4 本章小结

第四章 9-12％Cr汽轮机转子钢高温低周疲劳行为研究

4．1 引言

4．2 恒温载荷下9-12％Cr钢的蠕变疲劳寿命

4．2．1 应力峰值变化规律分析

4．2．2 不同寿命阶段的应力应变循环响应

4．3 温度对9-12％Cr钢寿命的影响

4．3．1 不同温度下的低周疲劳循环软化行为

4．3．2 不同温度下的应力应变循环响应

4．4 载荷对9-12％Cr钢寿命的影响

4．4．1 不同应变范围的应力应变循环响应

4．4．2 9-12％Cr钢塑性应变变化特征

4．5 抗循环变形能的变化规律

4．6 本章小结

第五章 9-12％Cr汽轮机转子钢微观组织结构演变规律研究

5．1 引言

5．2 高温低周疲劳中断实验

5．3 9-12％Cr钢的损伤分析

5．3．1 不同寿命阶段的裂纹扩展程度

5．3．2 组织及析出相的演化

5．4 9-12％Cr钢亚晶结构的演变

5．4．1 亚晶粒大小分析

5．4．2 位错密度计算

5．5 亚晶粒大小与塑性应变的关系

5．6 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