2.25Cr1MoV钢高温低周疲劳及疲劳蠕变交互作用的研究

摘要

加氢装置是石化行业的关键设备，加氢设备长期工作在高温、高压临氢环境中。随着我国石化行业的发展，加氢装置趋于大型化，操作环境也愈来愈苛刻，对设备的安全性提出了更高的要求，这些设备一旦失效，将会给人员安全和国家财产带来严重的损失。疲劳、蠕变及其交互作用是高温高压环境下结构失效的典型模式，对设备的安全运行至关重要，几十年来是各国学者一直面临的难题。2.25Cr1MoV钢是一种新开发的加氢反应器用钢，钒元素的加入使其相对传统的2.25Cr1Mo钢具有更好的高温力学性能和抗氢腐蚀性能。本文以2.25Cr1MoV钢为研究对象，对其进行了高温条件下应变控制的单轴拉伸试验、低周疲劳试验和疲劳蠕变交互试验。研究了温度和平均应变对材料高温低周疲劳行为的影响，对材料在疲劳蠕变交互条件下的损伤机理和寿命预测进行了讨论。
　　试验结果表明（1）试验温度由室温升高到的455℃时，2.25Cr1MoV钢的强度和塑性均有所降低。在455℃条件下，材料具有一定的率相关性。（2）455℃时，2.25Cr1MoV钢表现出明显的循环软化特性和Masing特性，Manson-Coffin方程和塑性应变能法对材料低周疲劳寿命都具有一定的预测精度。（3）355℃-555℃温度范围内，随着温度升高，材料表现出循环软化加速，循环稳定塑性应变能变大，疲劳寿命降低的趋势。但在455℃时，材料由于动态应变时效作用使得材料抵抗循环变形能力有所提升，循环应力幅和塑性应变能相对于355℃时变化不大。（4）455℃时改变应变比引入平均应变会产生初始平均应力，但对材料的循环软化特性没有影响，不同应变比条件下的循环应力响应曲线基本重合，塑性应变能相差不大，疲劳寿命基本一致。（5）455℃和555℃温度下，材料表现出明显的疲劳蠕变交互作用，疲劳寿命随着保持时间的增加明显降低，相同保持时间下拉伸和压缩组合保持损伤最大，拉伸保持影响次之，压缩保持损伤最小。通过分析疲劳蠕变交互机理，提出了修正的塑性应变能法，结果表明该方法对材料疲劳蠕变交互作用下的疲劳寿命具有一定的预测能力。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 加氢反应器及其制造材料的发展

1.3 金属疲劳的研究

1.4 疲劳-蠕变交互作用的研究

1.5 本文研究内容

第二章 单轴拉伸与低周疲劳试验研究

2.1 试验材料与试样加工

2.2 单轴拉伸试验

2.3 低周疲劳试验

2.4 温度对低周疲劳行为的影响

2.5 平均应变对低周疲劳行为的影响

2.6 本章小结

第三章 蠕变疲劳交互作用试验研究

3.1 疲劳蠕变交互试验

3.2 疲劳蠕变交互作用下的循环应力响应

3.3 疲劳蠕变交互作用下的疲劳寿命

3.4 疲劳断口微观分析

3.5 疲劳蠕变寿命预测

3.5 本章小结

第四章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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