蔡文河---超(超)临界机组厚壁金属部件脆性断裂敏感性分析

1、超(超)临界机组厚壁金属零件脆性破坏敏感性分析华北电力科学研究院蔡文河，一，问题的提出，超临界机组的主要变化为1，参数变化2，材料变化3，运行方式变化4，结构变化，尺寸变化壁厚5，监督方式变化，二，脆性破坏情况，1， 某工厂承重结构钢板在安装阶段被破坏：其材料： Q345B钢板厚度： 90mm钢板被破坏时已经装载，断裂裂纹源指的是钢板上部的角焊部。 二、脆性破坏的情况，二、脆性破坏的情况，二、某厂的压力容器在钢板卷出过程中出现脆性破坏。 其材料： 16MnR，板厚： 105mm其裂缝源在保鲜膜外壁，切口呈金属光泽。 二、脆性破坏的情况，三、某厂高温高压管道在试运输时被炸毁。 材料： P91规格

2、： 40840其切口表面平坦，裂纹源清晰，从零件内壁扩展，人字伸展至零件外壁，最后裂纹断裂断面积极小。 三、影响脆性破坏的因素，一、缺陷效果：应力集中，三向拉伸应力，局部应力速度2，材料自身的韧性：夹杂，偏析，脆性相3，温度：脆性转变温度4，变形速度：速度高，脆性增加5，零件尺寸：冶金不均匀，三向拉伸应力6，应力状态：残馀应力，四，金属管材的壁厚种类大致分为：薄壁管：壁厚S6mm； 中壁厚管：壁厚S=8mm28mm； 厚壁管：厚壁S30mm。 四、金属零件的壁厚变化、五、情况分析，一、宏观形态从这些破坏事故中可以看出，零件都是厚壁零件，断面平坦，人字条纹清晰，最后切断断面积极地小，破坏方式是瞬

3、间变宽的脆性破坏。 五、案例分析，二、力学性能P91硬度值HB210左右，五、案例分析，三、微观特征，五、案例分析，四、微观组织耐力钢板的基体组织为铁素体和珠光体，容器的基体组织为铁素体和珠光体，配管的基体组织为回火马氏体五、案例分析、五、综合分析根据上述数据，三种材料韧性处于良好状态，不会发生脆性破坏事故。 工程设计上，冲击功超过27J，就可以满足不发生脆性破坏的要求。 但是，实际上，这三种材料都是脆性破坏。 五、案例分析，Q345B钢板的微裂纹是t型接头焊接后进行修补焊接，存在于焊接热影响区的焊接冷裂纹引起的。 五、情况分析，16MnR钢板的微裂纹由于在钢板表面进行了修复焊接，焊接工艺不合

4、适，修复焊接部和基材硬度差大(基材硬度为179HV，修复焊接部硬度为253.5HV )，应力集中，在卷板过程中沿热影响部裂纹，成为裂纹的原因五、案例分析、五、案例分析、P91管的微裂纹在制造过程中，“钢管内壁存在小裂纹和夹杂缺陷，形成了大的应力集中。 结果表明，发生了宏观裂纹，成为了破裂源”(参见文献1 )，六、断裂力学解释说，其断裂机理是开口型缺陷附近的三向应力状态是材料发生脆性断裂的条件。 六、断裂力学的解释，断裂韧性KIC反映了材料本身抵抗裂纹失稳发展的能力。 该材料本身固有的属性与外力、裂纹的形状、零件的集合尺寸无关。 当零件的应力强度系数KI小于KIC时，零件不会发生裂纹屈曲传播脆性破坏现象。 零件的厚度越大，零件表面的裂纹前端的应力状态越有从平面应力状态向平面应变状态转移的倾向，因此在平面应变的应力条件下，裂纹前端的约束度变大，KI越接近KIC，越容易发生脆性破坏。、七、结论超临界机组金属零件壁厚的增加，使金属零件的脆性裂纹敏感性增加，如果存在微观或宏观缺陷，金属零件开口型缺陷前端区域的应变约束度也增加，其三向拉伸应力状态变得更敏感，容易导致脆性破坏的超临界机组金属零件缺陷尺寸要求更高七、结论超临界机组厚壁零件对裂纹的敏感性提高，应在制造、安装、服