基于不同方法的9Cr-1Mo鋼高溫蠕變壽命預測研究.pdf

1、在電力、石油化工以及航空航天等眾多領域，有許多9Cr-1Mo耐熱鋼金屬構件長期服役在高溫、高壓條件下，使得蠕變損傷成為制約其結構完整性和安全運行的重要因素。為了保證這些金屬構件能夠安全、高效運行，蠕變壽命的精準預測一直是業(yè)界關注的焦點。近年來，國內(nèi)外在高溫金屬構件壽命預測研究領域雖然已取得了不少研究成果，有的甚至進入了工程應用，但對各類蠕變壽命預測方法的系統(tǒng)研究和綜合評價還鮮有報道。本文以P91鋼為研究對象，在綜合考慮工程應用中服役溫度

2、和載荷應力等外部因素的基礎上，對其分別進行了不同條件下的高溫蠕變持久試驗;結合TTP參數(shù)法(LM法、OSD法、Wilshire模型法)和基于蠕變曲線外推法(θ法、改進θ法、K-R模型法)等不同方法，分別對所測的P91鋼蠕變壽命進行了外推計算;參照ECCC數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析和綜合評價了上述方法的外推精度和適用范圍;此外，在對傳統(tǒng)連續(xù)介質蠕變損傷力學模型的進行改進的基礎上，實現(xiàn)了其數(shù)值求解。具體研究內(nèi)容和主要結論如下:
　　通過采用LM法

3、、OSD法和Wilshire模型法等三種TTP參數(shù)法對P91鋼高溫蠕變壽命進行外推時，結果表明模型選取對外推精度影響較大。LM法和OSD法在外推2×105h以上的蠕變壽命時，均出現(xiàn)過估計現(xiàn)象;相比LM法和OSD法之下，Wilshire模型法的外推精度最高，本文擬合得到的Wilshire模型法參數(shù)Qc值取314.7kJ．mol-1能夠很好關聯(lián)P91鋼的持久數(shù)據(jù);
　　在采用基于蠕變曲線外推法(θ法、改進θ法和K-R模型法等)進行蠕變

4、壽命預測時發(fā)現(xiàn):該類方法在短時蠕變壽命預測時均與實驗數(shù)據(jù)吻合較好，并能得到不同溫度和應力條件下的完整蠕變曲線;當外推長時蠕變壽命時，K-R模型法的外推精度最高、改進θ法次之、θ參數(shù)法最差;
　　通過對給定條件下蠕變機制的系統(tǒng)分析，結合傳統(tǒng)的連續(xù)介質蠕變損傷力學模型，提出了一種改進的CDM模型用于高溫蠕變壽命的定量預測;通過數(shù)值計算，結果發(fā)現(xiàn)其預測結果與實驗數(shù)據(jù)吻合度較高，從而為耐熱鋼的高溫溫蠕變壽命預測提供了一條有效途徑;

5、　　綜合比較上述各種預測方法，可以發(fā)現(xiàn)，Wilshire模型法和K-R模型法在外推長時蠕變壽命時均具有較高精度，同時Wilshire模型法的預測精度最高。但這兩種方法都是基于唯象模型的參數(shù)外推法，均不能反映材料的真實蠕變進程，因而模型參數(shù)的選取往往很難控制;CDM模型法由于能夠從物理機制上揭示材料蠕變行為的本質，若能建立起蠕變過程中多種微觀組織演化的相關參量與CDM模型中損傷程度的量化關系，便很容易實現(xiàn)模型參數(shù)的合理求解，因而使得該方法