9%—12%Cr铁素体耐热钢持久性能评估方法的研究

常规时间-温度参数法(TTP),如Larson-Miller Parameter(LMP)参数法以及Orr-Sherby-Dorn(OSD)方法对9%—12%Cr铁素体耐热钢进行持久性能预测时存在性能过估,且预测值与实测值之间存在明显差异,本文提出了LMP的分区及其C值优化,以及基于短时实验数据((?)5×10~3h)预测长时(5×10~3—1×10~5h)持久性能的方法.利用已有的持久性能数据,应用所提出的方法进行了应力与持久断裂时间及其相关参量的计算、作图及其比较.结果表明,单区LMP方法的C值随钢种而异;多区LMP方法的C值随钢种及实验应力区而异;基于短时实验数据((?)5×10~3h)预测长时(5×10~3—1×10~5 h)持久性能的预测值与实测值吻合;d[g(σ)]/d(P)随P的变化率可反映不同钢种持久性能的稳定性;LMP分区法及预测函数优化法的计算值与实测值的吻合性很好并进一步克服了利用给定温度下短时持久实验数据外推长时持久性能的过估倾向.     

基于Z参数的高温材料持久强度的可靠性分析

提出一种基于Z参数的耐热钢高温持久强度可靠性分析方法.对NRIM的HK-40钢高温持久强度数据进行统计分析,探讨了不同温度和应力下持久性能数据的分布规律.结果表明,描述持久性能数据偏离主曲线程度的参数Z服从正态分布.论文讨论了实验温度和实验应力范围对Z参数分布的影响.并基于Z参数的分布对高温持久寿命进行了可靠性预测.     

基于碳化物相分析法的12Cr1MoV过热器管寿命无损评价

采用时效试验、持久试验、电解萃取试验以及碳化物相X射线衍射分析,建立了12Cr1MoV高温过热器管中碳化物相比值（M23C6/M3C）R与Larson-Miller参数P的关系方程,并同时利用该方程和传统的L-M方法对一根已服役140000 h的12Cr1MoV高温过热器管进行剩余寿命预测,结果表明,两者剩余寿命预测结果差值占总寿命的16%～19%,且碳化物相分析法的预测结果偏安全。     

温度对镍基单晶高温合金SRR99持久各向异性行为的影响

为了揭示单晶高温合金SRR99在650-1040°C温度范围内及典型应力条件下的持久各向异性行为,采用扫描电镜和透射电镜对持久实验后试样的断口形貌和微观组织演化进行研究。从Larson-Miller曲线看出,在中低温条件下,[001]取向单晶具有最好的持久性能,而[011]和[111]取向的持久性能相差不大;随着温度的升高,3个主取向的持久性能的差异逐渐缩小,到1040°C时几乎相同。通过断口形貌和组织观察,分析[001]取向单晶持久性能较佳的原因,同时探讨取向偏离度对[001]取向单晶持久性能的影响。     

18Cr-12Ni-Mo钢持久寿命可靠性分析及预测

提出基于Manson-Haferd参数的Z参数法对高温材料持久性能进行可靠性分析,Z参数表征了持久性能数据偏离Manson-Haferd主曲线的程度.对18Cr-12Ni-Mo不锈钢的高温持久试验数据进行统计分析,研究了Z参数的分布规律,并在此基础上进行一定条件下的高温持久寿命可靠性预测.结果表明,材料的持久性能具有一定的分散性,参数Z的分布符合正态分布规律,可靠度的预测值随着持久寿命的增加而降低.     

高温时效HR3C和T92耐热钢的老化行为及寿命预测

HR3C及T92两种典型超(超)临界机组耐热钢分别在650~700℃进行高温时效,研究时效过程中显微组织结构和硬度的变化规律,建立硬度与Larson-Miller参数(P函数)间关系数学模型。结果表明,两种耐热钢的硬度均随时效温度升高显著降低;温度不变,随着时效时间的延长,HR3C耐热钢的硬度先增加后减小,而T92钢硬度单调下降,最后都趋于稳定。孪晶界消失以及晶界与晶内析出相的析出、长大是导致时效过程中两种耐热钢硬度变化的主要原因。采用线性拟合的方法,得到了时效耐热钢硬度与其P函数关系模型。基于相同P函数,计算所得时效钢硬度与测量的硬度吻合,该模型可用于服役耐热钢管服役寿命预测。     

HR3C钢焊缝金属高温持久应力下的组织转变

HR3C奥氏体耐热钢具有优良的高温性能,焊缝金属的高温持久性能是其能否获得广泛应用的关键。文中采用金相显微镜、扫描电镜及其EDS、相分析和XRD等分析方法,研究了HR3C钢焊缝及其在不同的高温持久参数下的组织转变。研究结果表明,焊态焊缝组织由奥氏体和析出相组成,析出相以铌相为主。经过高温持久拉伸后,析出相的种类、形态和数量都发生了变化。此外,焊缝组织的凝固晶界和凝固亚晶界也在高温持久应力下发生了变化。     

烟气轮机涡轮盘高温合金剩余寿命预测

本文针对已运行60000h的Waspaloy合金烟气轮机涡轮盘进行剩余寿命预测分析,采用不同试验条件下得到的waspaloy合金持久寿命数据对人工神经网络模型进行训练,得到预测精度较高的模型参数,建立温度、应力等服役条件与持久断裂寿命之间的人工神经网络模型,并利用该模型对Waspaloy合金涡轮盘的剩余寿命进行预测分析。结果表明,中间层节点个数为15时,所建立的人工神经网络模型对Waspaloy合金的持久断裂寿命具有最好的统计预测精度,并可以良好地表征Waspaloy合金剩余持久寿命与服役条件间复杂的非线性关系。     

国产T91耐热钢650℃蠕变断裂微观机理

在650 ℃下对国产T91耐热钢进行了标准拉伸持久试验,采用外推法计算出该钢105 h的持久强度极限为55.42 MPa.使用OM、SEM、TEM和 XRD对不同应力状态下的蠕变断裂试样微观组织进行分析比较.研究结果显示,随着持久断裂时间的延长,T91耐热钢蠕变断裂状态由韧性断裂向脆性断裂模式改变;材料中出现马氏体板条组织分解、M23C6碳化物粗化、位错密度降低和再结晶等现象.析出相强化作用的下降,马氏体板条的碎化和多边形化以及位错机构的退化是国产T91耐热钢蠕变性能下降的主要原因.碳化物的EDS分析表明,不同形貌M23C6碳化物成分存在差异,含Si元素M23C6碳化物更可能在持久过程中长大.     

固溶处理对MX246A合金持久性能的影响

研究了1210℃×4 h空冷固溶处理对不同凝固冷速下获得的铸态MX246A合金持久性能的影响。研究表明,固溶处理后的MX246A合金的持久性能强烈依赖于凝固冷速:以30℃/min和8℃/min冷却的合金持久寿命均略有降低,而分步控冷(高于1250℃时冷速为30℃/min,低于1250℃时冷速为8℃/min)的合金持久寿命则增加近一倍。分析认为,碳化物的分解及枝晶干γ′尺寸的变化是造成固溶处理前后持久性能差异的主要原因。     

铌含量对S31042耐热钢析出相及持久性能的影响

以高、中、低3种铌含量的S31042耐热钢作为试验钢,研究了铌含量对S31042钢中析出相及持久性能的影响。结果表明： S31042钢时效处理后,钢中主要含有M23C6相、Z相和MX相;当时效时间达到10 000 h时,钢中发现了σ相的存在。铌含量对S31042钢中析出相的种类和M23C6相的含量影响不大,对含铌相含量的影响显著,随着铌含量的升高,Z相+MX相含量明显增多。700 ℃持久寿命并未随铌含量的升高而单调增加,而在中限铌含量出现最大值,高铌钢中未固溶的粗大一次析出相是造成持久寿命降低的主要原因。     

超超临界机组耐热钢高温短时持久性能影响因素研究

某超超临界机组叶片使用的12％Cr系耐热钢调质处理后,常温力学性能及金相组织满足规范要求,但高温短时持久性能出现明显的分散性.为提高和稳定材料的高温持久性能,对典型的同炉次持久试样进行试验分析,以研究短时持久性能差异的影响因素.研究表明:材料短时持久断裂属于典型的蠕变断裂方式,短时持久强度下降与持久试验温度下板条间和晶界的碳化物粗化有密切关系,能谱分析进一步发现孔洞处脱落物B元素含量较高,达到19.98％,说明晶界的B在高温持久过程中开始向晶内迁移并形成含B的第二相质点,晶界强度明显削弱,在高温持久试验中会造成高温强度的迅速下降并快速断裂,断裂的位置大多是沿晶的,个别会在夹杂物或第二相造成的孔洞处萌生发展.     

碳纤维增强镍基复合材料的高温模拟

采用粉末冶金法制备了短碳纤维增强镍基复合材料和Ni80Cr20合金，并根据Larson-Miller参数方程对两种材料的高温力学性能进行了模拟对比研究。高温模拟试验结果表明，试验材料的维氏硬度值和热处理参数P基本上是线性关系，说明Larson-Miller参数方程对镍基复合材料的寿命设计具有一定的适用性。高温模拟研究还表明，碳纤维含量（体积分数）为5％的镍基复合材料的高温力学性能优于Ni80Cr20合金的。     

T91钢时效过程中的组织老化和性能变化

本文研究了T91钢高温时效过程中组织和力学性能演变规律;并通过高温持久强度试验,探讨不同组织样品的应力-时间关系,揭示显微组织与持久强度之间的关系,并给出剩余寿命分析公式。结果表明,T91钢在高温时效过程中板条马氏体退化为等轴铁素体,位错减少,M23C6、MX型碳化物开始析出长大。M23C6粗化以及板条马氏体结构退化是T91钢持久性能下降的主要因素。     

Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响

基于DD6合金成分,调整合金Re与Cr含量,浇注5种不同Re含量单晶高温合金.通过对合金在1 038℃,248 MPa持久性能的测试及对合金断裂组织扫描、透射电镜观察与分析,探讨了Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响.结果表明:在高温高应力条件下,随合金中Re含量的单独增加,合金高温高应力持久寿命提高,而单位质量Re元素的强化作用减弱;合金Cr含量对合金高温高应力持久寿命有显著影响,Re含量增加的同时适当降低合金Cr含量,可使合金获得较高的持久寿命.     

微量元素P对Ni基铸造高温合金组织和持久性能的影响

研究了微量元素Ｐ对一种Ｎ８基铸造高温合金组织和９５０℃不同应力条件下持久性能的影响,结果表明：随着Ｐ含量的升高,合金的持久寿命和持久延伸率不断提高,当Ｐ含量（质量分数,下同）为０．０１７％时持久寿命达到峰值;Ｐ含量超过０．０１７％时合金在（γ＋γ′）共晶前沿析出磷化物相,Ｐ对合金持久性能的有益作用是由于Ｐ偏聚到枝晶间和晶界,抑制晶界扩散,从而提高合金的晶界强度。     

钴、钨和钛对镍基单晶高温合金持久性能的影响

采用正交实验设计方法，探讨了Co，W和Ti及其含量对镍基单晶高温合金持久性能的影响，通过数学分析，对合金成分进行了优化。结果表明：此合金系中Ti含量对持久寿命影响最大，Co次之，W对持久寿命影响最小；当Co，W和Ti含量（ω，％）分别为10，8和0时合金具有较好的持久性能。此合金长期时效后还显示出良好的组织稳定性。     

C对单晶高温合金持久性能的影响

研究了5种不同含量的C对单晶高温合金凝固组织及持久性能的影响.结果表明,随着C含量的增加,共晶数量明显减少,碳化物数量增多,且碳化物主要分布在枝晶间区域,当C含量较高时,在枝晶干上也有少量碳化物出现.经过热处理后,合金的枝晶间粗大的γ/γ′共晶基本消除,枝晶间少量未被固溶掉的γ/γ′共晶,达到了较好的均匀化效果;碳化物形貌比铸态更为简单,尺寸明显减小,体积分数减小,且分布更加弥散,碳化物类型更加丰富,出现了粒状和链状的M23C6碳化物.随C含量增加合金的高温持久寿命先增大后减小,当C含量为0.045%时,高温持久寿命最大.引起持久性能变化的主要原因是由于合金中未消除的共晶、碳化物及缩松的存在,未消除的共晶以及碳化物都是裂纹萌生的位置,而共晶和碳化物的数量随着C含量的增大又呈相反的变化趋势,因此C的加入要适量.     

η相对沉淀强化奥氏体合金持久性能的影响

研究了晶界η相(Ni3Ti)对沉淀强化奥氏体合金不同温度、应力下持久性能的影响。结果表明,晶界η相对合金持久性能影响较大。低温高应力下,晶界η相通过促进晶界处应力集中引起开裂,降低合金持久寿命及塑性;高温低应力下,η相通过阻碍晶界滑动及迁移,显著提高合金的持久塑性。     

加氢反应器焊丝成分优化及焊缝持久性能提升机理

运用JMat Pro相图计算及材料性能模拟软件对不同成分的埋弧焊焊缝、母材组织中碳化物进行了计算,并与焊缝OM、SEM分析结果相对比,研究了影响焊缝持久性能的重要因素,提出了焊丝成分优化的方案及措施。对优化后的焊丝进行焊接试验,对新焊缝的力学性能进行测试并与原焊缝性能相对比。结果表明,成分优化后的焊缝高温持久性能大大提升,其他力学性能也达到了标准要求。成分优化后焊缝组织内细小碳化物数量增加,大颗粒碳化物尺寸减小、数量降低是焊缝高温持久性能提升的重要原因。