P92钢焊接接头蠕变-疲劳交互作用下高温断裂参量表征及失效评定曲线的建立

在610℃下,对超超临界火电机组用P92钢主蒸汽管道的焊接接头进行了蠕变-疲劳交互作用裂纹扩展试验。获得了蠕变-疲劳裂纹扩展速率,并进行了高温断裂参量的表征,同时,结合P92钢焊接接头蠕变与拉伸试验,建立了P92钢焊接接头材料与时间相关的失效评定曲线(TDFAD)。研究结果表明,试样断口微观形貌特征显示出其蠕变–疲劳交互作用下的裂纹扩展主要是由蠕变因素主导的。每条蠕变裂纹扩展速率与高温断裂参量C*的关系曲线中均存在一个拐点,这个拐点的产生过程即为蠕变裂纹扩展的孕育阶段。采用修正R6中Option2的方法建立了TDFAD,该方法充分考虑了蠕变因素的影响,能够获得较安全的评定结果。

P92钢焊接接头持久强度及微观组织分析

通过对SA335P92钢焊接接头进行600℃×104h高温持久性能试验,外推焊接接头600℃下105h的持久强度值为116 MPa.借助金相分析仪、透射电镜和能谱仪分析了P92钢焊接接头高温持久试验前后的组织结构.结果表明,原始P92钢焊接接头的金相组织为回火马氏体,主要的沉淀相有M23C6碳化物,晶内存在高密度的位错.经过9 395.8 h的高温持久试验后,显微组织仍为板条状马氏体组织,高密度的位错依然存在,晶内的析出相增加,析出相以M23C6为主.钢种力学性能取决于微观组织的变化,蠕变试验后基体的板条状马氏体和大量的位错以及析出弥散的以M23C6为主的碳化物是材料保持高强度的重要原因.

含缺陷在役P92蒸汽管道与时间相关的失效评定曲线及缺陷评定

基于服役30 000 h P92焊接接头610℃下高温短时力学性能试验和蠕变试验,获得了材料的稳态蠕变速率公式,并得到了相应的等时应力应变曲线。在此基础上建立了P92焊接接头时间相关失效评定图(TDFAD)。基于TDFAD分析讨论了不同应力水平下P92蒸汽管道环向外表面裂纹临界尺寸。研究发现:在较大裂纹尺寸与较低应力水平下,裂纹临界尺寸受时间影响显著;而在较大应力水平下,通用失效评定曲线(R6 option 1)与时间相关失效评定曲线(TDFAC)所确定的临界尺寸无明显差别。对长期服役于高温工况下的蒸汽管道使用TDFAC进行缺陷评定才能获得更安全的评定结果。