NiCrMoV 疲劳短裂纹扩展原位试验研究

现代发电机组呈现大型化、高参数和长寿命的特点。作为汽轮机的关键部件，转子的制

造技术是难点。目前，通过焊接制造汽轮机转子在世界范围内受到重视，我国上海汽轮机厂
早在

1969 年便成功焊接了 125MW 汽轮机低压转子。焊接制造转子具有诸多优点，如减小

结构应力、可灵活选材、符合转子大容量和轻量化的发展需求等。然而，焊接结构几何不连续、
材料不匹配，且转子服役环境复杂、服役寿命延长，使转子焊接接头的安全与可靠性面临新
的挑战。

汽轮机转子常因疲劳载荷而发生破坏，疲劳载荷主要来源于机组起停和工作中出现的

高频振动载荷。长期以来，人们围绕工程结构的疲劳破坏问题，开展了大量研究。一般认为，
疲劳寿命主要消耗在裂纹萌生与短裂纹扩展阶段。短裂纹的扩展行为随裂纹长度增大发生变
化，除受材料微观组织和环境等因素的影响外，还涉及裂纹闭合和小裂纹效应等问题，循
环载荷下短裂纹的扩展行为复杂。就微观组织而言，短裂纹的扩展需要考虑局部晶界及晶体
学方向等因素的影响。短裂纹的演化是威胁焊接结构可靠性的重要因素，有必要对焊接接头
微区（如热影响区）的疲劳性能进行研究。

研究材料为

26NiCrMoV145 低压转子钢焊接接头，采用埋弧焊焊接。母材化学成分（质

量

分

数

）

如

下

：

wNi=3.56%，wCr=1.71%，wMo=0.38%，wMn=0.29%，wV=0.09%，wC=0.25%，Fe 为余
量 。 母 材 焊 前 状 态 如 下 ：

840

℃×55h 淬 火 和 585℃×60h 回 火 ， 焊 后 热 处 理 条 件 为

620

℃×10h，抗拉强度为 938MPa、屈服强度为 835.5MPa。

26NiCrMoV145 钢是一种异种钢焊接转子低压端材料，以其焊接接头为研究对象，通

过将初始裂纹置于热影响区的不同位置，在原位条件下开展循环载荷下短裂纹扩展行为研
究，考察微区内的薄弱位置，进而研究局部微观组织对疲劳裂纹扩展机理的影响。研究结果
表明：

1）循环载荷下，对于埋弧焊的转子钢焊接接头，其热影响区疲劳物理短裂纹的扩展是

不连续的，裂纹扩展形貌受到局部显微组织的影响，

ΔK 仍可作为裂纹扩展的驱动参量。

2）热影响区内疲劳短裂纹扩展路径具有偏向低强度材料区的倾向，材料强度是控制疲

劳短裂纹扩展方向的主要因素。

3）热影响区内，完全淬火-回火区存在较大尺寸晶粒和板条马氏体，容易引起裂纹偏

析，疲劳抗力最好；而回火区的晶粒尺寸和材料强度较小，疲劳门槛值较低，疲劳抗力较
低；不完全淬火

-回火区的晶界析出碳化物较多，疲劳裂纹主要以沿晶界方式扩展，疲劳裂

纹扩展抗力最差

.