P92钢630 ℃下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.     

新型耐热钢P92焊缝金属微观组织研究

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X-射线衍射分析等方法,研究了新型耐热钢P92钢焊缝金属的微观组织特征。结果表明:P92钢焊缝金属组织由马氏体、残余奥氏体和析出相组成,其马氏体板条束和马氏体板条尺寸都比较大,残余奥氏体含量远低于正火态P92钢组织中的含量,而析出相主要为V/Nb(C,N)、Fe3C和M23C6,其中M23C6含有多量W、Mo合金元素。     

试样缺口组织对P92钢焊缝冲击功的影响

根据对P92钢进行焊接工艺评定时出现的焊缝冲击韧性问题,从标准V型冲击试样的缺口组织方面研究了P92钢焊缝冲击韧性.结果表明,P92钢焊缝冲击韧性随焊缝柱状晶与V型缺口角度的增加而增加,缺口尖端组织晶粒的大小对其焊缝冲击韧性有重要影响.     

金属高温轴向加载低周疲劳试验探讨

在国内还无金属高温轴向加载低周疲劳试验标准的情况下，如何确保疲劳试验结果的准确性，一直是实验人员十分重视的问题。通过大量高温低周疲劳试验，探索了导致疲劳数据不稳定的重要因素，结果表明，试样、夹具以及试验机连接整体的同心度是影响高温轴向疲劳试验测试精度的重要因素。     

P92钢焊缝细晶比例与冲击韧性关系研究

为了研究影响P92钢焊接接头冲击韧性的因素,对P92钢进行了焊接试验。在焊缝金属冲击试验之前,用金相显微分析的方法观察了试样的侧面组织,定义了试样侧面细晶与粗晶的比例,研究了细晶占有率与冲击韧性的关系。实验结果表明,P92钢焊缝冲击韧性对晶粒大小比较敏感,焊缝细晶占有率越高P92钢焊缝冲击韧性越高。用金属晶界对位错运动的影响对这一现象进行了分析与讨论得出,采用降低焊缝晶粒大小的焊接工艺,有利于提高P92钢焊接接头冲击韧性。     

新型22Cr-15Ni奥氏体耐热钢高温低周疲劳行为

22Cr15Ni3.5CuNbN新型奥氏体耐热钢是为620 ~ 650 ℃的超(超)临界电站锅炉管道制造而研发的新型奥氏体耐热钢,其高温性能的优劣对机组的安全可靠运行具有重要意义. 文中通过22Cr15Ni3.5CuNbN钢在650 ℃下的低周疲劳试验,研究了其在不同应变幅条件下的应力?应变关系及疲劳寿命. 通过对断口形貌的分析研究了其断裂机理. 结果表明,22Cr15Ni3.5CuNbN钢在高温下表现出明显的循环硬化行为,且没有明显的应力饱和现象出现. 其硬化行为与材料内部位错密度的增加有关. 采用基于塑性应变能密度对其疲劳寿命进行了预测,取得了良好的预测效果. 疲劳断口可以分为3个区域:裂纹源区、裂纹扩展区以及瞬断区. 在较高的应变幅条件下,在断口处可观察到多个裂纹源. 多个裂纹源的形成和二次裂纹的产生是导致其疲劳寿命下降的重要原因.     

P92钢高温蠕变损伤分析

对650℃,100 MPa条件下蠕变1546.5 h的P92钢试样进行了组织热损伤及应变损伤观察,分析了蠕变孔洞形成机理。结果表明,分布于板条间的M23C6相的粗化不明显,保持较高的数量密度,晶界上粗大的M23C6相大部分消失,导致其体积分数明显减少。在晶界上析出密集分布的的Laves相,平均等效直径为320 nm,体积分数约为2.6%。在晶界上形成了单个分布的蠕变孔洞,蠕变孔洞的形成与晶界上析出Laves相密切相关。由于Laves相分布于晶界,其沉淀强化作用不大,使基体合金元素贫化,促进蠕变孔洞的形成而降低P92的蠕变断裂强度。要进一步提高新型马氏体热强钢蠕变性能的关键是抑制Laves相在晶界的析出。     

一种新型粉末高温合金的低周疲劳行为与寿命预测模型分析

对一种新型第3代粉末高温合金A3在700℃、应变范围0.6%～1.4%试验条件下的低周疲劳性能进行了研究,分析了材料的循环滞后回线、Massing特性、循环应力应变响应、应变-寿命关系等特性。采用Manson-Coffin模型、拉伸滞回能模型、三参数能量模型对疲劳寿命数据进行拟合预测,结果表明Manson-Coffin模型的寿命预测精度最高,在3倍分散带以内。用扫描电子显微镜对疲劳源区观察,结果表明:低应变时疲劳源数量上呈现单源,高应变时呈多源特征;随应变量增大,疲劳源位置趋向于试样表面,裂纹扩展区面积减小,瞬断区面积增大。疲劳断口典型的3个区域观察结果表明:疲劳源四周存在较多河流状线,其为裂纹扩展方向,裂纹扩展区存在较多二次裂纹,瞬断区出现韧窝与解理断裂特征。A3合金的断裂模式主要为穿晶断裂。     

1100 MPa级高强钢的低周疲劳行为

研究了在对称应变控制条件下1100 MPa级调质态高强钢的低周疲劳性能,借助OM、SEM、TEM等手段对高强钢在低周疲劳载荷下的微观组织、断口形貌、裂纹扩展特性、夹杂物形态等进行了研究。结果表明,调质态1100 MPa高强钢具有优异的低周疲劳性能,主要有2个原因:一是由于夹杂物形态为近圆形,直径为2～5μm,低于夹杂物引起疲劳裂纹萌生的临界尺寸,裂纹萌生于试样表面,提高了疲劳裂纹萌生寿命;二是原奥氏体晶界、马氏体板条包/束界、夹杂物/孔洞都会诱导裂纹偏转,使裂纹走向曲折,降低了裂纹扩展速率,提高了疲劳裂纹扩展寿命。     

Effects of Ni and Co on the Acl temperature of P92 steel weld metal

The effects of the addition of 0-1.2wt.％ Ni and 0-2wt.％ Co in P92 steel weld metal on its Acl temperature was analyzed using computational thermodynamic software ( Thermo-CalcTM ) in this paper.The res...     

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象,研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630 °C下的断裂韧性,得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度J_Q. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制. 基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征,结果表明,侧槽可明显提高试样的拘束水平,试样尺寸越小,J阻力曲线差异越明显. 随载荷增大,非侧槽试样的拘束变化更明显,开侧槽将导致试样阻力曲线不同. 试样尺寸及结构的改变,对韧性材料的阻力曲线影响较大,而对断裂韧度值影响较小. 试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐,可优化断裂韧性试验过程.     

Effect of temperature on fatigue crack growth in P92 steel

Fracture at high temperature has become a critical problem for such high temperature components as those used in power plants or oil refinery plants, because both high operating temperature and pressure are required for better thermal efficiency. Therefore, it is very important to approach such problems from the viewpoint of high temperature material properties. Since fatigue and creep are closely related to such components failures, the fracture behavior in high temperature components must be evaluated through fatigue and creep crack growth tests, and based on these results, better operating conditions can be determined. In this study, recently developed P92 (9Cr-2W) alloy steel, which is a high strength material for high temperature use, is investigated and its fatigue crack growth has been characterized by Paris law. A series of high temperature fatigue tests were carried out at 400, 500, 550, 600, 625, 650, and 700°C to verify the temperature effect. The results indicated that the Paris exponent remained at approximately the same value up to a certain temperature. From 600 to 700°C, creep rupture tests were conducted in order to investigate the creep behavior with temperature. Further analysis has also been carried out to investigate the effect of temperature on fracture mode shift, dimple formation, and its role in crack growth rate and deformability at high temperature.     

补焊长度对P92补焊残余应力的影响

基于有限元模拟软件SYSWELD,通过建立P92钢板补焊过程的三维有限元模型,计算了补焊过程的温度场及应力场分布,讨论分析了不同补焊长度对残余应力分布的影响. 结果表明,无论是横向还是纵向残余应力,较大的拉应力水平都出现在焊缝和热影响区附近,同时在母材处应力值逐渐降低. 随着补焊长度的增加,横向残余应力在结构表面中心,热影响区和焊缝位置均存在下降趋势. 对于纵向残余应力来说,随着补焊长度的增加,应力值在焊缝位置呈下降趋势,而结构表面中心和热影响区变化较小.     

P92钢焊接接头的高温抗氧化性研究

P92钢因优异的综合性能逐渐成为超超临界机组过热器、再热器等零部件的理想用钢,材料经焊接后,焊接接头在服役温度中的高温抗氧化性直接影响零部件的使用寿命。利用增重法研究P92钢焊接接头在650℃高温空气介质中的氧化动力学,采用OM、SEM观察和分析氧化层表面及截面形貌,利用XRD分析氧化物物相。结果表明:在一定温度下,P92钢焊接接头各区域氧化速率均是先增加后降低,然后趋于稳定值,符合抛物线规律;在650℃空气介质中氧化132 h后,焊接接头中距焊缝3 mm热影响区A部位、焊缝、母材各区域氧化层的厚度分别为45μm,30μm,27μm;焊接接头氧化后表面的主要氧化产物为Fe_2O_3。     

回火和时效对SA335 P92钢焊接接头力学性能的影响

系统研究了不同回火和时效工艺对SA335 P92钢焊接接头力学性能的影响。结果表明,SA335 P92钢焊接接头760℃回火后的硬度和冲击性能均优于740℃回火处理和三次修复;相同应力下,三次修复试样的蠕变断裂速率显著快于另两种工艺试样,这表明SA335 P92钢焊接接头修复次数不应超过两次。经回火处理后,焊缝力学性能随时效时间延长降低;时效导致热影响区的软化区从距熔合线3 mm移到距熔合线2 mm处。     

P92钢的焊接连续冷却转变曲线

利用热膨胀法,通过Gleeble1500热模拟机测定了P92钢焊接连续冷却转变过程中的膨胀曲线。采用共聚焦显微镜,扫描电镜对不同冷却速度下的试样进行显微组织观察及分析;利用显微硬度计测量了不同冷速下的显微硬度。通过对P92钢连续冷却特性分析和比较得出P92钢的焊接连续冷却转变曲线(SH-CCT曲线)。结果表明,P92钢的焊接CCT曲线分为两个区域,在高温区的类珠光体转变区,在低温区的马氏体转变区。P92钢在0.01~0.1℃/s的冷速范围内获得类珠光体+马氏体+残留奥氏体的混合组织;当冷却速度大于等于0.5℃/s时,获得马氏体与残留奥氏体的混合组织。     

低合金高强度钢焊缝金属中针状铁素体的微观组织

利用光学显微镜,扫描电子显微镜及EBSD(electron backscattering diffraction)分析技术对800MPa级低碳微合金高强度钢的焊缝金属进行了分析.结果表明,焊缝金属组织主要为针状铁素体和贝氏体.针状铁素体以夹杂物为核心形核,该夹杂物主要是以Al2O3为核心形成的钛氧化物.针状铁素体以夹杂物为核心多维形核呈放射状生长,仅某些方向的针状铁素体晶核迅速长大,生长方向存在取向择优.EBSD分析同样表明针状铁素体晶粒存在取向择优.观察到由同一夹杂物生长,沿同一直线方向背向生长的针状铁素体取向相同,沿不同方向生长的针状铁素体取向不同,说明其沿原奥氏体惯习面生长,并非与夹杂物共格.     

Low cycle fatigue behavior of zirconium–titanium–steel composite plate

The low cycle fatigue behavior of zirconium–titanium–steel composite plate under symmetrical and asymmetric stress control was studied. The effects of mean stress and stress amplitude on cyclic deformation, ratcheting effect and damage mechanism were discussed in detail. The results show that under symmetric stress control, the forward ratcheting deformation is observed. Under asymmetric stress control, the ratcheting strain increases rapidly with mean stress and stress amplitude increasing. Under high stress amplitude, the influence of mean stress is more significant. In addition, by studying the variation of strain energy density, it is found that the stress amplitude mainly promotes the fatigue damage, while the mean stress leads to the ratcheting damage. In addition, fracto- graphic observation shows that the crack initiates in the brittle metal compound at the interface, and the steel has higher resistance to crack propagation. Finally, the accuracy of life prediction model considering ratcheting effect is discussed in detail, and a high-precision life prediction model directly based on mean stress and stress amplitude is proposed.