《9-12%Cr馬氏體鋼蠕變-疲勞損傷機理的多尺度研究》是依託上海電力大學，由紀冬梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：9-12%Cr馬氏體鋼蠕變-疲勞損傷機理的多尺度研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：紀冬梅
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超（超）臨界火電機組用鋼9-12%Cr馬氏體鋼在服役過程中既產生蠕變損傷又產生疲勞損傷，其損傷演化過程與時間相關，隨著機組服役時間的延長，損傷也隨之增加，對機組安全運行的威脅也越來越嚴重。本項目以多尺度力學為依據，引入反映宏細觀損傷演化過程的Deborah數，通過P91鋼蠕變-疲勞及純蠕變試驗研究蠕變-疲勞巨觀損傷與Deborah數的關係；利用金相顯微鏡實時監測微損傷成核及擴展過程，從細觀損傷統計力學出發推導出Deborah數的數學表達式，利用壽命分數法和裂紋擴展速率模型給出巨觀損傷的數學表達式，通過數值計算研究巨觀損傷與Deborah的關係；將數值分析結果與試驗結果作比較，根據比較結果修正巨觀損傷及Deborah數的數學表達式，並將其運用於P92鋼蠕變-疲勞損傷機理研究，揭示晶粒尺寸、微損傷數密度等細觀尺度變數對P92鋼巨觀蠕變-疲勞損傷的影響，為超超臨界機組蒸汽管道安全運行提供保障。
結題摘要
超（超）臨界火電機組用鋼9-12%Cr馬氏體鋼在服役過程中既產生蠕變損傷又產生疲勞損傷，且兩者互動作用下損傷比較複雜，不是單純蠕變損傷與疲勞損傷的簡單疊加，二者之間存在著某種互動作用，表現為蠕變損傷與疲勞損傷相互抑制或者促進；同時損傷演化過程與時間相關，隨著機組服役時間的延長，損傷也隨之增加，對機組安全運行的威脅也越來越嚴重。 本項目以P92鋼和X12CrMoWVNbN10-1-1鋼為研究對象，分別進行了600℃和620℃下純蠕變和蠕變-疲勞互動試驗，以及X12CrMoWVNbN10-1-1鋼在620℃下疲勞裂紋擴展試驗，依據試驗結果及試樣微觀結構分析，開展以下研究內容： （1）通過應變劃分分別分析了不同應變範圍與應力比R、高保載時間TH關係及各試驗條件下的棘輪效應與滯彈性弛豫。 （2）引入蠕變-疲勞互動係數B及定義了疲勞對蠕變損傷影響係數μ，結合微觀分析方法研究了疲勞對蠕變-疲勞互動作用下損傷的影響。 （3）定義機械功密度，基於能量方法提出蠕變-疲勞壽命預測模型，並試驗數據驗證壽命模型的適用性。 （4）提出蠕變-疲勞壽命P-△WP-Nf曲線，推導出蠕變-疲勞壽命可靠性分析模型，並以試驗數據為具體實例論證該模型的合理性。 （5）研究載荷、應力比及頻率對高溫裂紋擴展的影響及裂紋擴展速率模型。 得出的結論如下： （1）9-12%Cr馬氏體鋼在蠕變-疲勞互動作用過程中呈現出三個階段：初始階段、中間穩定階段及失穩階段；損傷以蠕變損傷為主，損傷表現為循環累積，呈現出棘輪效應。 （2）9-12%Cr馬氏體鋼蠕變-疲勞呈負互動作用，表現為蠕變促進疲勞損傷，但疲勞抑制蠕變損傷，且這種抑制作用隨著保載時間、應力比的增大而減小。 （3）9-12%Cr馬氏體鋼蠕變-疲勞斷裂均為延性韌窩型斷裂失效，韌窩的形核及擴展為導致失效的重要原因。材料內部的異質物與基體發生脫離形核，且材料晶界滑移及變形形核，兩者均在載荷持續作用下形成韌窩，疲勞載荷一方面使得蠕變韌窩前沿鈍化，一方面減小晶格滑移變形，抑制了蠕變損傷的進行；反過來蠕變損傷累積導致材料特性下降，進而促進疲勞損傷。 （4）轉子鋼高溫疲勞裂紋擴展速率與載荷水平F呈正相關，與應力比R負相關，與頻率f正相關。
