论文总字数：24584字

摘 要

本文以2.25Cr1MoV钢焊接接头为研究对象，对其回火脆化条件下含裂纹焊接结构的失效评定曲线开展研究。主要研究了焊缝脱脆态与焊缝等温900h下，不同裂纹尺寸的四种典型试样（CT试样、CCP试样、SECP试样、DECP试样）的J积分、极限载荷、和失效评定曲线，主要研究工作和结果如下：

（1）J积分随载荷值的增加而递增，当外加载荷大于极限载荷值时，J积分增长速率会明显提高。说明在外加载荷超过极限载荷后，材料的稳定性会变得很差在外加载荷比较小时，裂纹尺寸对于J积分影响不明显，且在载荷比超过1.2时，差异才逐渐显现出来。

（2）含裂纹焊接结构的极限载荷随着裂纹尺寸的增大而逐渐减小。在裂纹尺寸相同时，焊缝脱脆态的试样的极限载荷值比等温900h试样的极限载荷值更大。在裂纹尺寸增大时，CT试样、CCP试样和SECP试样的应变及应力条件下的极限载荷的差值是逐渐减小的，但是DECP试样的极限载荷的差值是随着裂纹尺寸的增大而增大的。

(3)含裂纹结构的试样类型对FAC曲线变化趋势的影响最为明显；其次是裂纹的尺寸，大部分试样的FAC曲线随着α/ω的递增出现上移现象，且裂纹尺寸越大，其对应的FAC曲线就越高；状态的不同也影响这FAC曲线的变化规律，研究发现，等温900h状态下的FAC要明显低于焊缝脱脆态下的曲线，这说明等温900h状态下的试样的性能较低。

关键词：2.25Cr1MoV钢 回火脆化 J积分 极限载荷 失效评定曲线

Abstract

In this paper, 2.25Cr1MoV steel welded joint is taken as the research object, and the failure evaluation curve of welded structure with cracks under the condition of temper embrittlement is studied. The J-integral, ultimate load and failure evaluation curve of four typical specimens (CT, CCP, SECP, DECP) with different crack sizes were studied under the condition of de-brittle state and isothermal 900 h. The main research work and results are as follows:

(1) The J-integral increases with the increase of load value. When the external load is greater than the limit load value, the growth rate of J-integral will increase obviously. It shows that the stability of the material will become very poor when the external load exceeds the limit load, and the influence of crack size on J-integral is not obvious when the external load ratio is less than 1.2, and the difference gradually appears when the load ratio is more than 1.2.

(2) The ultimate load of welded structures with cracks decreases with the increase of crack size. When the crack size is the same, the ultimate load value of the de-brittle specimen is larger than that of the isothermal 900h specimen. When the crack size increases, the difference of the ultimate load under the strain and stress conditions of CT sample, CCP sample and SECP sample decreases gradually, but the difference of the ultimate load of DECP sample increases with the increase of crack size.

(3) The type of specimen with crack structure has the most obvious influence on the change trend of FAC curve; the next is the size of crack. The FAC curve of most specimens moves up with the increase of a / W, and the larger the crack size is, the higher the corresponding FAC curve is; the different states also affect the change rule of FAC curve. It is found that the FAC under the isothermal 900H state is significantly lower than the weld detachment The curve under brittleness indicates that the properties of the sample under 900 h isothermal condition are lower.

Key Words: 2.25Cr1MoV steel; temper embrittlement; J-integral; Ultimate load; Failure assessment curve

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 回火脆化的研究意义 1

1.3 回火脆化的影响因素 2

1.3.1 微量元素对回火脆化的影响 2

1.3.2 回火时间与回火温度对回火脆化的影响 2

1.3.3 作用应力对回火脆化的影响 2

1.4 失效评定的基本研究 3

1.4.1 J积分理论 3

1.4.2 FAC模型的建立以及应用研究 3

1.5 研究内容与研究方法 4

第二章 材料的拉伸力学性能实验及R-O本构关系回归 6

2.1 引言 6

2.2 焊接接头拉伸性能实验 6

2.3 拉伸试验数据处理 9

2.4 本章小结 11

第三章 含二维穿透裂纹典型试样的J积分计算 12

3.1 引言 12

3.2 EPRI-J积分估算方法 12

3.2.1 紧凑拉伸试样(CT) 12

3.2.2 中心裂纹板（CCP） 13

3.2.3 单边开裂平板（SECP） 14

3.2.4 双边开裂平板（DECP） 15

3.3 含裂纹焊接结构 J 积分的计算 16

3.3.1 紧凑拉伸试样(CT)试样的J积分分析 16

3.3.2 中心裂纹板（CCP）试样的J积分分析 17

3.3.3单边开裂平板（SECP）试样的J积分分析 18

3.3.4 双边开裂平板（DECP）试样的J积分分析 19

3.4 本章小结 20

第四章 含二维穿透裂纹典型试样的极限载荷计算 21

4.1 引言 21

4.2 紧凑拉伸试样（CT）的极限载荷分析 21

4.3 中心裂纹板试样（CCP）的极限载荷分析 23

4.4 双边裂纹版试样（DECP）的极限载荷分析 24

4.5 单边裂纹板（SECP）的极限载荷分析 26

4.6 本章小结 27

第五章 含裂纹试样的失效评定曲线 28

5.1 引言 28

5.2 失效评定曲线的建立 28

5.3 不同类型试样裂纹尺寸（α/ω）对失效评定曲线的影响 29

5.3.1 中间裂纹版CCP试样的FAC曲线分析 29

5.3.2 紧凑拉伸CT试样的FAC曲线分析 30

5.3.3 双边裂纹DECP试样的FAC曲线分析 30

5.3.4 单边裂纹SECP试样的FAC曲线分析 31

5.4不同试样状态对失效评定曲线的影响 35

5.5本章小结 36

第六章 结论与展望 37

6.1 结论 37

6.2展望 38

参考文献 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1 课题背景

高温高压加氢精制技术，在石油炼制工业的历史中，已经出现了有大概半个世纪。高温高压加氢精制技术是一种以煤和煤焦油高温高压加氢技术为基础，在二战后逐渐发展起来的加氢工艺^[1]。在炼油工业中，加氢技术还可以减少原料的损失，在石油精炼工业中可以提高产品的生产效率^[2]。 随着加氢裂化及其他工程的改进，现代工业及商业对产品的需求不断增加，重油、原油的裂化及大气污染防治的需求，加氢反应器受到不同国家石油精炼产业的关注，由此取得了飞速发展^[3]。 

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