1Cr10Mo1W1NiVNbN钢的蠕变及蠕变-疲劳裂纹扩展行为研究

采用直流电位法,对国内试制的某超超临界汽轮机高中压转子用1Cr10Mo1W1NiVNbN钢在600℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,得到了该钢在不同初始应力强度因子条件下的蠕变裂纹扩展孕育时间关系式和蠕变裂纹扩展速率关系式.研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了在不同条件下裂纹扩展行为与时间和循环的相关性.结果表明:疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加快了裂纹的扩展速度;在载荷保持时间较短的情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;而在载荷保持时间较长的情况下,裂纹扩展行为与时间相关.

长期运行后汽轮机转子裂纹扩展行为的研究

对运行16年的30Cr1Mo1V亚临界汽轮机高中压转子进行解剖试验,采用直流电位法对材料在538℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,分析了不同初始应力强度因子对蠕变裂纹扩展孕育时间和蠕变裂纹扩展速率的影响,并对高温段和低温段的相关性能进行了比较,研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了不同条件下裂纹扩展行为的时间或循环相关性.结果表明:疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加速了裂纹的扩展;载荷保持时间较短情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;载荷保持时间较长情况下,裂纹扩展行为与时间相关.

国产P92钢的蠕变裂纹扩展行为研究

对国产P92钢开展了600℃蠕变试验,得到了蠕变变形曲线、蠕变指数和蠕变延性等,再在600℃进行蠕变裂纹扩展行为试验研究,得到了蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^(*)的关系,将国产P92钢的性能与BS 7910数据进行比较,评估NSW模型的预测效果,计算得到材料的蠕变断裂韧性。结果表明,蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^(*)之间有较好的双对数线性相关性。国产P92钢的蠕变裂纹扩展性能优于BS 7910中9%Cr钢的平均性能,NSW模型的平面应力预测结果与试验数据接近,材料的蠕变断裂韧性随着服役时间的增大逐渐降低。该研究结果可以用于评估长期服役高温结构的安全性。

国产主蒸汽管道用P92钢的持久性能研究

对3个批次主蒸汽管道用P92钢开展了系列温度和应力条件下的持久试验,其中最长持久试验时间达到28000 h。分别采用等温线法、Larson-Miller参数法和Wilshire法对持久性能进行预测,采用等温线法外推的结果介于后两种方法之间,采用Larson-Miller参数法的预测结果高于实际试验数据,而采用Wilshire法的预测结果过于保守。根据试验数据和日本国立材料研究所(NIMS)数据的比较情况以及3种预测方法的10万h持久性能预测结果,认为国产P92钢的持久性能与NIMS和欧洲蠕变委员会(ECCC)的数据比较接近。在进行长时持久性能预测时应选择合适的预测方法,且采用分区处理方法可以提高预测精度。

AP1000汽轮机低压转子30Cr2Ni4MoV钢的组织及力学性能

采用化学成分和显微组织分析、室温和高温拉伸、硬度、冲击以及韧脆转变温度测试等方法,研究了30Cr2Ni4MoV钢低压转子不同位置的组织和力学性能.结果表明:低压转子不同位置的成分偏析较小,晶粒尺寸变化不大,拉伸强度和硬度比较均匀,但室温冲击性能、上平台能量和韧脆转变温度有所差别;与芯部相比,低压转子表面的室温冲击吸收能量和上平台能量高,韧脆转变温度低.

国产核电主管道用316LN钢的低周疲劳性能评估

对CAP1400核电机组国产主管道用316LN钢开展室温(25℃)、服役温度(350℃)、500℃和600℃下的低周疲劳试验,得到该钢的循环应力响应特性和迟滞回线,基于RambergOsgood模型和Manson-Coffin模型拟合稳定循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-失效反向数曲线,采用ASME锅炉及压力容器规范最佳拟合疲劳曲线和设计疲劳曲线对该钢的低周疲劳性能进行评估。结果表明:316LN钢的循环应力响应过程包含循环硬化、循环软化、稳定循环和最终失效4个阶段;500,600℃下316LN钢发生显著的动态应变时效,350℃下动态应变时效特征不明显,室温下不存在动态应变时效现象;Ramberg-Osgood模型和Manson-Coffin模型可以较好地描述316LN钢的稳定循环应力幅-应变幅和应变幅-失效反向数关系;在室温和350℃条件下316LN钢的疲劳试验数据均高于修订后的最佳拟合疲劳曲线,应变调整系数取2或疲劳寿命调整系数取12的试验数据均高于设计疲劳曲线,低周疲劳性能满足ASME规范要求。

步冷试验对核电低压转子30Cr2Ni4MoV钢组织及力学性能的影响

为了解决30Cr2Ni4MoV低压转子钢的长期时效脆化问题,采用化学成分和显微组织分析以及室温拉伸、硬度、冲击、韧脆转变温度测试等方法,研究了步冷试验对核电汽轮机30Cr2Ni4MoV低压转子钢组织及力学性能的影响。结果表明:步冷试验过程中,低压转子钢的晶粒长大,碳化物聚集粗化,导致其拉伸强度和硬度降低,室温冲击吸收能量降低,韧脆转变温度升高,但步冷试验后力学性能的下降并不明显,据此判断所研究的30Cr2Ni4MoV低压转子钢对时效脆化不敏感。

核电汽轮机末级长叶片材料的疲劳性能研究

为了掌握核电汽轮机末级长叶片材料1Cr12Ni3Mo2VN的疲劳性能,开展了低周疲劳试验研究,测试了材料的疲劳循环响应特性、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线,比较了不同疲劳寿命预测模型的预测结果。结果表明:叶片材料在循环寿命的绝大部分期间都保持非常稳定的应力应变状态,仅在循环寿命初期表现出一定的循环软化特征;作为一种屈强比极高的材料,在循环周次105次及以上的疲劳寿命区域,循环塑性应变占总变形的比重变得非常小;断口形貌显示疲劳裂纹基本均起源于试样表面;Ramberg-Osgood模型和Manson-Coffin模型可以较好地拟合叶片材料的循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线;Manson-Coffin模型和Langer模型对低周疲劳寿命预测均保持了较好的准确性;三参数幂函数能量模型在104循环周次以下的预测结果很好,需要更多的数据来提高其在更高循环周次的寿命预测准确性。

GH3535合金的蠕变裂纹扩展性能研究

在650℃下,对GH3535合金的蠕变裂纹扩展行为进行研究,得到了蠕变裂纹起裂时间ti、蠕变裂纹扩展速率da/dt和有效应力强度因子Kn、断裂参量C*的关系曲线,以及蠕变断裂韧性Kmat^c和蠕变裂纹起裂时间ti的关系,并与NSW裂纹扩展模型、Ainsworth蠕变断裂韧性预测结果进行比较,分析GH3535合金的容限能力。结果表明,蠕变裂纹扩展速率适合采用断裂参量C*进行关联,NSW模型平面应力预测结果与试验相近,平面应力预测结果偏于保守。采用Kn更适合关联蠕变裂纹起裂时间ti,在双对数坐标下Kn与ti呈线性关系。蠕变断裂韧性Kmat^c随时间ti增加而降低,Ainsworth估算方法略高于测试结果。从有效应力强度因子和蠕变强度的Ashby图中可以看出,GH3535合金具有较好的容限能力。

利用小冲杆试验技术评估P92钢拉伸性能

采用基于微损取样的小冲杆试验技术对国产主蒸汽管道材料P92钢的拉伸性能开展试验研究。结果表明:试验设备和方法具有良好的可重复性;试验加载速率为0.2 mm/min和0.5 mm/min的结果接近,而与2 mm/min的结果差异比较大。采用室温下的屈服强度关联公式可以对25~650℃的屈服强度进行较好的估算,在试样厚度确定的情况下,采用适当的拟合关系式可以有效降低估算误差。

25Cr2Ni4MoV合金锻件断裂韧性试验影响因素的研究

利用卸载柔度法对25Cr2Ni4MoV进行断裂韧性试验,对比研究了初始裂纹长度、试样尺寸、试验参数及数据处理方法对试验结果的影响。结果表明:随着初始裂纹长度的增加,测得的断裂韧性值减小,试验中加载所需要的最大载荷也逐渐降低;紧凑拉伸CT25(25mm厚)试样得到的断裂韧性值大于CT38(38mm厚)试样;当加载速率较低(<1.5 MPa·m^(0.5)·s^(-1))时,加载速率变化对试验结果影响不大;当加载速率继续增大时,测得的断裂韧性值减小;随着保载时间的延长,测得的断裂韧性值减小;GB/T 21143-2014和ASTM E1820-2016在钝化线斜率、有效数据判定和拟合曲线方程等方面对数据处理结果影响较大,且前者得到的试验结果比后者要小。