高等级耐热钢焊接接头的蠕变损伤研究

摘要

从20世纪初到现在，大力发展电力工业一直是各个国家经济建设的重中之重。今后我国火电建设将主要是发展高效率高参数的超(超)临界火电机组。在火电技术发展过程中，提高蒸汽的温度与压力，是提高火电机组热效率的有效途径，而要保证机组在较高温度与压力下稳定运行，材料是关键因素之一。目前，国外已经开发并应用了用于超超临界电站(蒸汽温度650℃、压力25MPa)的新型耐高温合金P92铁素体钢，它在600℃以上的温度下具有很高的蠕变持久强度和蒸汽抗氧化能力。 本文通过热处理的方法来模拟P92钢的焊接热循环，获得热影响区的模拟组织，并制备出蠕变模拟试样，与母材和焊缝试样一起做650℃下的蠕变试验。透过蠕变试验结果，建立了带损伤的蠕变本构方程。通过650℃下的高温持久试验，研究经过高温蠕变后的试样组织，通过金相和透射电镜分析，来讨论蠕变损伤和裂纹开裂的机理，得到如下结论： 用模拟热循环的方法模拟热影响区各区的组织所制备的模拟试样是有效的；对考虑损伤的蠕变本构方程进行拟合发现：P92钢焊接热影响区组织和母材以及焊缝组织在650℃下的单轴蠕变性能差别较大；经过长时高温蠕变后，焊接接头的各个区域都有不同程度的损伤，并以蠕变空洞的形式出现，而尤以细晶区的蠕变空洞为最多，说明这个区的损伤程度最重，损伤发展最快。通过透射电镜分析可知造成损伤的原因主要是晶界碳化物的析出，以及碳化物随着蠕变的进行不断粗化使得晶界产生弱化，同时在蠕变过程中位错密度也变小，这些因素都使P92钢的抗蠕变性能降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2火力发电站用耐热钢的应用与发展

1.2.1新型锅炉用耐热钢的概述

1.2.2国内外电站用耐热钢的发展

1.2.3电站锅炉耐热钢的研究开发方向

1.3高温蠕变损伤概述

1.3.1蠕变理论基础

1.3.2蠕变损伤理论

1.4本文研究内容

第二章试验材料和试验

2.1试验材料

2.2蠕变模拟试样的制各

2.3高温蠕变试验

2.3.1试验方案

2.3.2试验结果

2.4高温持久试验

2.4.1试验试样及设备

2.4.2试验内容

第三章 蠕变损伤本构方程的建立

3.1非均匀蠕变损伤模型的建立

3.1.1非均匀蠕变损伤微观多相复合体模型

3.1.2基于试验的蠕变损伤方程的求解与分析

3.2拟合结果

3.3拟合结果的修正

3.4本章小结

第四章 蠕变损伤机理研究

4.1有限元建模与分析

4.1.1有限元分析的步骤

4.1.2有限元模型的建立

4.1.3有限元计算结果

4.2金相分析

4.2.1金相试样制备

4.2.2金相观察结果及分析

4.3透射电镜(TEM)分析

4.3.1试验材料制备及所用仪器

4.3.2观察结果及分析

4.4本章小节

第五章结论

参考文献

致 谢