应变控制下P92钢母材及焊缝金属蠕变—疲劳性能研究

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1、应变控制下P92钢母材及焊缝金属蠕变-疲劳性能研究Creep-fatiguebehaviorresearchofP92steelanditsweldmetalunderstraincontrol学科专业：材料加工工程作者姓名：张兆福指导教师：韩永典副教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料一己在论文中。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字曰期：年月人２日冰絶木Ｉ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关救据庙讲杆掄索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名

3、：导师签名：Ｄｂ福戈签字日期：年／之月２日签字日期：年／２？月／２？日摘要超超临界火电机组使用的P92钢，服役环境十分恶劣，既要承受高温，又要承受疲劳载荷，在这种服役条件下材料会产生低周疲劳及蠕变-疲劳损伤，因此研究P92钢母材及焊缝金属在低周疲劳及蠕变-疲劳交互作用下的失效行为并进行寿命预测，可以合理地安排火电机组构件的维修和更换，对于保证火电机组安全性和可靠性、避免人员伤亡和财产损失方面具有十分重要的意义。本文以P92钢母材及焊缝金属630°C下的蠕变-疲劳行为为基础，研究应变幅值对低

4、周疲劳行为的影响以及保载时间对蠕变-疲劳交互作用试验的影响。研究成果如下：对于低周疲劳试验，应变幅值的增加会导致P92钢母材及焊缝金属的疲劳寿命下降。在低周疲劳试验中，P92钢母材及焊缝金属都会表现出循环软化的特征，但软化程度会随应变幅值的增加出现饱和。低周疲劳寿命与应变幅值之间满足Coffin-Manson公式和Basquin公式，通过采用塑性应变能密度的方法可以准确地对P92钢母材及焊缝金属在630°C下的低周疲劳寿命进行预测。对于蠕变-疲劳交互作用行为，保载时间的引入会导致P92钢及焊缝金属蠕变-疲

5、劳寿命的下降，随着保载时间的增加，蠕变-疲劳寿命会趋于稳定。对于P92钢母材及焊缝金属，可通过拉伸保载期间的应力松弛现象准确地进行蠕变-疲劳寿命预测。对于P92钢母材，修正的Coffin-Manson公式和Basquin公式可以准确地描述蠕变-疲劳寿命与应变幅值的关系，当采用寿命分数法、延性耗竭法、应变能密度耗竭法对其蠕变-疲劳寿命进行预测时，应变能密度耗竭模型的预测精度最高，其次是延性耗竭法，最后是寿命分数法。通过考虑蠕变极限的影响，对应变能密度耗竭模型进行修正可以使其预测精度提高到±1.5倍的标准偏差

6、。为研究P92钢母材及焊缝金属在630°C下的低周疲劳和蠕变-疲劳断裂机理，采用扫描电镜（SEM）进行了断口形貌分析。低周疲劳与蠕变-疲劳断口通常分为三个断裂面：裂纹源、扩展区和断裂区，裂纹源位于试样表面。P92钢母材及焊缝金属低周疲劳和蠕变-疲劳裂纹扩展都以穿晶方式为主，并且随着应变幅值和保载时间的增加，二次裂纹和疲劳条带会更加明显，应变幅值和保载时间的增加会促进裂纹扩展。关键词：P92钢，焊缝金属，低周疲劳，蠕变-疲劳，寿命预测IABSTRACTServeenvironmentofP92steelus

7、edinultrasupercriticalthermalpowerunitissevere.BecauseP92steelhastosuffernotonlyhightemperaturebutalsofatigueload,itundergoeslowcyclefatigue(LCF)andcreepfatigueinteraction(CFI)damage.Therefore,withthemethodofresearchingthefailurebehaviorofLCFandCFIandpred

8、ictingthefatiguelifeofP92steelanditsweldmetal,wecanmakethereasonablearrangementofmaintenanceandreplacementofthermalpowerunitcomponents.Itisofgreatsignificancetoensurethesafetyandreliabilityforthermalpowerunitandavoi