P92鋼焊接接頭的蠕變損傷機(jī)理研究.pdf

1、為了減少二氧化碳的排放，保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源以及通過提高蒸汽的溫度和壓力來提高電廠效率，蠕變強(qiáng)度提高的鐵素體鋼P(yáng)92鋼已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的超(超)臨界機(jī)組。高溫蒸汽管道制造往往采用焊接工藝，而焊接接頭失效的事故常有報(bào)道。本文以連續(xù)損傷理論為基礎(chǔ)，研究P92鋼焊接接頭在高溫下的蠕變損傷情況，這對(duì)保證高溫蒸汽管道的安全可靠的運(yùn)行具有重要意義。
　　 由于焊接接頭具有不均質(zhì)性，焊接接頭的不同部位具有不同的蠕變性能。本文通過熱處理模擬

2、焊接熱循環(huán)的方法，獲得P92鋼熱影響區(qū)的細(xì)晶區(qū)、粗晶區(qū)、臨界區(qū)的模擬試樣，同母材、焊縫金屬試樣一起，在650℃下進(jìn)行不同應(yīng)力水平的單軸蠕變?cè)囼?yàn)?；趩屋S蠕變的試驗(yàn)結(jié)果，采用非線性擬合的方法，擬合改進(jìn)的K-R本構(gòu)方程的理論蠕變曲線和蠕變?cè)囼?yàn)值，得到了本構(gòu)方程的參數(shù)。
　　 通過自行編制用戶子程序，利用ABAQUS的UMAT接口，實(shí)現(xiàn)了在ABAQUS中對(duì)改進(jìn)的K-R蠕變損傷本構(gòu)方程的模擬，并通過一個(gè)厚壁圓筒的數(shù)值算例驗(yàn)證了程序的可靠

3、性。在此基礎(chǔ)上計(jì)算了細(xì)晶區(qū)單軸蠕變變形，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值吻合良好；計(jì)算了焊接接頭在70 MPa下的蠕變損傷發(fā)展情況，結(jié)果表明細(xì)晶區(qū)損傷最嚴(yán)重，臨界區(qū)次之，是焊接接頭的薄弱區(qū)域。
　　 通過P92鋼焊接接頭在650℃下70 MP應(yīng)力下的3000 h、4000 h、7000 h、7026 h(斷裂)的試樣高溫持久試驗(yàn)，利用金相和透射電鏡微觀分析方法，研究經(jīng)歷不同蠕變時(shí)間后焊接接頭蠕變損傷發(fā)展情況。分析結(jié)果表明：首先在細(xì)晶區(qū)產(chǎn)生蠕變孔

4、洞，隨蠕變時(shí)間增加，細(xì)晶區(qū)蠕變孔洞的數(shù)目不斷增加尺寸不斷增大，形成“之”字型裂紋，即細(xì)晶區(qū)蠕變損傷最嚴(yán)重和有限元計(jì)算結(jié)果一致，這表明P92鋼焊接接頭在低應(yīng)力下蠕變斷裂的機(jī)制是IV型開裂。細(xì)晶區(qū)的碳化物比較粗大且都在晶界上聚集。一方面有利于蠕變孔洞的形核和長(zhǎng)大，促進(jìn)蠕變損傷的增大；另一方面粗大的碳化物分布在晶界上降低了彌散強(qiáng)化作用，使細(xì)晶區(qū)的抗蠕變性能降低成為焊接接頭的薄弱區(qū)域。因此為防止焊接接頭產(chǎn)生IV型開裂，在保證P92鋼機(jī)械強(qiáng)度的前