T91/TP347H异种钢焊接接头蠕变行为分析及寿命预测
2021-08-23刘川槐潘卫国纪冬梅
曹 宇,刘川槐,潘卫国,纪冬梅
(1. 上海电力大学 能源与机械工程学院, 上海 200090; 2. 淮浙电力有限责任公司凤台发电分公司, 浙江凤台 232131)
抗蠕变和抗氧化性能高的马氏体和奥氏体耐热钢接头被广泛用于锅炉过热器和再热器管道等[1]。T91/TP347H异种钢焊接接头服役于高温高压环境,在长期服役过程中,蠕变破坏是接头失效的主要原因,因此进行接头蠕变行为的研究有重要意义[2-3]。
蠕变曲线可用来描述恒定应力和温度下蠕变应变随时间的变化情况。典型的蠕变曲线可分为3个阶段。第1阶段,蠕变速率随时间降低;第2阶段,蠕变速率基本保持不变;第3阶段,蠕变速率随时间急剧升高。蠕变模型包括Norton方程[4]、L-M外推法[5]、Monkman and Grant公式[6]、CDM模型[7]、θ投影模型[8]、R-K方程[9]和Dyson-Mclean[10]等,其中θ投影模型能较为准确地描述一般情况下蠕变曲线的形状,但针对的是恒应力工况,在处理某些特定高温材料的蠕变曲线以及实验条件为恒载荷时,可能出现预测精度不高的问题。因此,提出了多个基于θ投影模型的修正模型[11],具体改进方法如下:改进传统θ模型的蠕变应变硬化项[12-14];改进传统θ模型的整体形式[15];改进传统θ模型的使用方法[10]。
笔者针对某电厂的T91/TP347H异种钢焊接接头设计非标准试样,在不同应力下开展高温蠕变实验。由于标准的蠕变实验周期过长,为加快实验进程,设置了较高的加载应力,但仍在定义的蠕变范围内,可以反映材料的蠕变性能。利用实验数据,结合修正的θ投影模型和蠕变断裂经验公式,推导出最小蠕变速率公式,提出T91/TP347H异种钢焊接接头的蠕变寿命预测模型,证明了建立该模型的可行性,为工程应用与推广提供依据。……
