C-HRA-5钢焊接接头高温短时拉伸及持久强度预测

张肖龙，杜华云，卫英慧，侯利锋

摘要：持久强度对于评价C-HRA-5钢焊接接头在复杂工况条件下的使用寿命具有极其重要的意义。通过不同温度下的高温短时拉伸试验，基于Larson-Miller参数，利用状态函数和全微分的特征，建立了C-HRA-5钢焊接接头持久强度预测的数学模型，外推10万小时的持久强度。结果表明：C-HRA-5钢焊接接头在650 ℃时强度和塑性最好，在700 ℃时呈现典型的微孔聚集性断裂，随着温度的升高，第二相顆粒和夹杂物增多，位错的塞积群增多，焊接接头的力学性能降低。700 ℃时外推拟合公式为lgσ=2.760 18-0.131 51 lgτ，外推10万小时的持久强度为σ973=116.020 3 MPa，高于ASME SA-213标准的要求。

关键词：C-HRA-5钢;持久强度;Larson-Miller;位错塞积

中图分类号：TG407      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）09-0013-07

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.09.03

0    前言

超超临界机组第一代材料（SUPER304H、HR3C、TP347HFG）由于抗氧化性不足（SUPER304H）;持久强度不够（HR3C）等问题逐渐被市场淘汰，而第三代材料镍基耐热合金Inconel 740H、617B由于其成本过高不能市场化。C-HRA-5钢具有表面质量优良、组织结构均匀、性能优异的特点，其化学成分、晶粒度、微观组织、常温力学性能、高温拉伸性能、高温持久性能等各项性能指标均满足 ASME SA213标准的要求[1]。

超超临界火电机组的设计需要对耐热钢进行高温持久强度试验，在实际工况条件下，焊接接头的蠕变断裂时间一般在10万小时以上，因此难以通过持久强度试验获得长期的持久强度数据。为此通过短时高温拉伸试验获得高温抗拉强度，利用数学模型来预测C-HRA-5钢的长时高温持久强度显得尤为重要。

目前为止，关于耐热钢持久强度的预测方法很多，例如等温抛物线外推法[2]、修正θ法[3]、最小约束法[4]、时间—温度参数法（TTP法）。……