高溫部件蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為表征

2021-08-18 08:36徐連勇唐正焮

電力科技與環(huán)保 2021年4期

徐連勇，趙雷，唐正焮

(1.天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350；2.天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室天津 300350)

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅猛，電力行業(yè)也得到快速發(fā)展。火力發(fā)電(尤其是燃煤發(fā)電)仍然是我國最主要的發(fā)電方式，且其主導(dǎo)地位將長期保持不變[1]。電廠部件服役過程中包括啟動、高溫運行、停機(jī)和再啟動階段。在高溫運行過程中，由于電力需求的變化(如白天的電力需求大于晚上，夏季的用電需求大于其他季節(jié))，也將導(dǎo)致運行溫度和壓力的變化。同時，在可能的情況下，綠色可再生能源的并網(wǎng)使用將進(jìn)一步提高電站靈活運行的需求[2]。因此，電廠部件承受的工作載荷為蠕變-疲勞載荷。蠕變-疲勞載荷下將產(chǎn)生蠕變-疲勞交互作用，其相對靜載蠕變條件而言更加復(fù)雜和危險。同時，電廠部件不可避免地會含有裂紋或類裂紋缺陷，一方面在加工制造過程中(如焊接)會產(chǎn)生一定的缺陷；另一方面，在電廠運行過程中，也會萌生裂紋類缺陷[3-5]。通常，這些微小的缺陷無法被檢測到，在蠕變-疲勞載荷作用下將不斷擴(kuò)展。如果檢測間隔設(shè)置的不合理，這些裂紋將擴(kuò)展到臨界尺寸，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效破壞[6]。因此，電廠結(jié)構(gòu)材料的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展(creep-fatigue crock growth, CFCG)性能對電廠部件合理檢測間隔的選擇和剩余壽命的預(yù)測至關(guān)重要。

同時，為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，超超臨界(uttra super critical, USC)機(jī)組被廣泛采用。USC火電機(jī)組由于其更高的運行溫度和蒸汽壓力對電廠結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。常見的電廠高溫結(jié)構(gòu)材料有鎳基合金、奧氏體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼等。相對鎳基合金和奧氏體耐熱鋼而言，馬氏體耐熱鋼熱膨脹系數(shù)和價格較低，在大口徑管和集箱等厚壁部件中更具應(yīng)用潛力。目前，國內(nèi)外學(xué)者已通過試驗、有限元模擬和解析模型等對各種工程材料的CFCG行為進(jìn)行了大量研究。研究主要集中在四個方面：蠕變-疲勞斷裂參量；蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試；蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展和斷裂機(jī)制分析；蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展的損傷模型構(gòu)建及有限元預(yù)測；蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展的解析模型構(gòu)建及預(yù)測等。

1 蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為表征參量研究

蠕變-疲勞交互作用下裂紋萌生和擴(kuò)展導(dǎo)致的斷裂可能是大部分高溫部件的主要失效形式[7]。建立合適的斷裂參量來表征蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率至關(guān)重要。對于蠕變脆性材料或較小載荷下蠕變和塑性變形量很小的情況，一般仍然采用應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K來表征蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率。

對于實驗室條件下的標(biāo)準(zhǔn)試樣，K的計算基本形式為[8]：

(1)

式中，Y(a/W)為與試樣幾何相關(guān)的函數(shù)，詳見ASTM E1457[8]；a和W分別為裂紋長度和試樣寬度；σ為施加的名義應(yīng)力。

Telesman等[9-10]根據(jù)應(yīng)力松弛試驗中剩余應(yīng)力水平對裂尖驅(qū)動力進(jìn)行修正，提出改進(jìn)的應(yīng)力強(qiáng)度參數(shù)Ksrf來表征蠕變變形和損傷不明顯的保載疲勞裂紋擴(kuò)展行為：

Ksrf=K(hold)/SRF

(2)

SRF=(σ0/σn)4

(3)

式中，K(hold)是保載期間的線彈性應(yīng)力強(qiáng)度因子，SRF為應(yīng)力松弛試驗中給定時刻不同微觀組織試驗的剩余應(yīng)力比，σ0和σn分別為兩種熱處理下的基線剩余應(yīng)力。

當(dāng)裂紋尖端蠕變變形明顯時，可采用蠕變斷裂參量如C(t)或C*來關(guān)聯(lián)蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率[11]。對于實驗室條件下的標(biāo)準(zhǔn)試樣，C*的計算公式如下[8]：

(4)

式中，F(xiàn)和△分別為施加的載荷和總的加載線位移速率，BN為帶側(cè)槽的試樣的凈厚度，H為蠕變指數(shù)n和試樣幾何的函數(shù)，各試樣的η函數(shù)詳見ASTM E1457[8]。另外，還可基于參考應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子計算C*[12-13]。

而任意時刻的C(t)可表示為：

(5)

Koterazawa和Nosho[14]建立了參量△J'來表征304不銹鋼的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為：

(6)

式中，△Keff、E分別為有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅和彈性模量；B和b分別為中心穿透裂紋板的試樣厚度和韌帶寬度；S為按照載荷-加載線位移曲線和裂紋閉合點得到的面積。

Saxena等[15]提出使用保載時間th內(nèi)Ct參量的平均值(Ct)avg來表征蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為：

(7)

(8)

(9)

式中，C(t)和C*分別由式(5)和(4)確定；A和n分別為蠕變系數(shù)和指數(shù)；In為取決于n和應(yīng)力狀態(tài)(平面應(yīng)力或平面應(yīng)變)的數(shù)值常數(shù)；L為裂紋特征長度，可取裂紋深度、試樣寬度或單位長度1cm等。

圖1 蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率與(a～e)的關(guān)系

2 蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展性能研究

針對各種工程材料，已有大量試驗對其蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展性能進(jìn)行研究。環(huán)境對CFCG具有顯著影響，Li等[21]通過不同熱處理得到不同組織的粉末冶金鎳基合金RR1000，進(jìn)而研究了微觀組織對保載疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。1h保載下，空氣中由微觀組織引起的裂紋擴(kuò)展速率差異高達(dá)兩個數(shù)量級，真空中的試驗證實此差異與環(huán)境相關(guān)?；诹鸭y尖端氧化物和相關(guān)基體變形機(jī)制的透射分析，提出了新的考慮裂尖氧化和應(yīng)力松弛競爭作用的機(jī)制。Jiang等[22]也進(jìn)行了空氣和真空中一種鎳基粉末冶金合金的蠕變-疲勞試驗，關(guān)注氧化相關(guān)的損傷(如氧化物和動態(tài)脆化)作用。結(jié)果表明裂紋擴(kuò)展速率與二次裂紋數(shù)量相關(guān)，因為氧化優(yōu)先發(fā)生于裂紋尖端非連續(xù)開裂區(qū)內(nèi)，而此區(qū)域內(nèi)未開裂的韌帶斷裂將導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。Fischer和Kuhn[23-24]研究了300～600℃溫度區(qū)間內(nèi)不同頻率、保載時間和空氣及蒸汽氣氛下9-12Cr鐵素體馬氏體鋼X20的裂紋擴(kuò)展行為。研究發(fā)現(xiàn)保載試驗(300～600s)的循環(huán)裂紋擴(kuò)展速率(da/dN)高于5Hz及20Hz下的純疲勞裂紋擴(kuò)展試驗。在最大載荷施加保載后裂紋開始擴(kuò)展的△K相對純循環(huán)載荷下顯著提高。而蒸汽對裂紋擴(kuò)展的影響并非普遍有害：400～550℃下蒸汽中的試驗相對空氣中試驗而言裂紋開始擴(kuò)展的△K顯著升高。蒸汽中300～550℃下最差情況下的裂紋擴(kuò)展速率也與空氣中的裂紋擴(kuò)展速率相當(dāng)。當(dāng)溫度提高到超過500℃，蒸汽氛圍才加速裂紋擴(kuò)展。

保載時間和溫度對CFCG的影響規(guī)律受到廣泛關(guān)注。Yang等[25-26]開展試驗研究了保載時間和溫度對鎳基粉末冶金高溫合金FGH97 CFCG行為的影響。結(jié)果顯示室溫、550℃和650℃下的裂紋擴(kuò)展曲線在一個轉(zhuǎn)折△K后合并，即高溫的影響消失。然而，可能因為晶界弱化的原因，在750℃下未觀察到此轉(zhuǎn)折點。同時，90s保載時間的施加對650℃下的疲勞裂紋擴(kuò)展影響很小，但對750℃下裂紋擴(kuò)展速率有顯著影響。Liu等[27]對WASPALOY合金的研究發(fā)現(xiàn)保載時間對疲勞裂紋擴(kuò)展的影響取決于有害的環(huán)境作用與蠕變的有利作用之間的競爭。當(dāng)溫度不高于705℃時，WASPALOY合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率隨保載時間的增加而增加；在760℃和較低K下，保載時間對裂紋擴(kuò)展有利。此有益影響來源于保載期間蠕變造成的應(yīng)力松弛。

值得注意的是，累積的蠕變損傷將造成晶粒邊界孔洞形核和長大，從而加速疲勞裂紋擴(kuò)展。因此保載時間對疲勞裂紋擴(kuò)展后期有害。Shi等[28]通過P92鋼蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)保載時間較小時循環(huán)相關(guān)的疲勞過程主導(dǎo)裂紋擴(kuò)展行為，而當(dāng)保載時間較長時轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間相關(guān)的蠕變過程主導(dǎo)。類似的，Bassi等[29]利用標(biāo)準(zhǔn)CT試樣進(jìn)行了T/P91鋼600℃下不同保載時間(0.1h，1h和10h)的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗。結(jié)果顯示由保載時間內(nèi)蠕變變形導(dǎo)致的裂紋尖端微孔洞和微裂紋的形成為主要的損傷機(jī)制。Tang等[3-5,30]系統(tǒng)研究了保載時間、載荷水平和溫度對新型馬氏體耐熱鋼G115蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為、斷裂[2]尖微觀組織演化的影響，發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力水平相關(guān)的斷裂模式制轉(zhuǎn)變，且轉(zhuǎn)折△K隨著保載時間和溫度的降低而增加。Storgrds等[31]和Gustafsson等[32-33]分別研究了疊加在蠕變-疲勞載荷上的振動載荷和超載及高溫保載對鎳基718合金裂紋擴(kuò)展的影響。結(jié)果顯示，2.5%過載顯著降低裂紋擴(kuò)展速率，當(dāng)過載水平達(dá)到15%時2160s保載的加速作用完全消失，這與裂紋尖端拉伸應(yīng)力的降低密切相關(guān)。利用裂紋尖端損傷區(qū)域的概念合理的解釋了觀察到的保載時間的作用。

Granacher等[34]研究了試樣尺寸、試樣類型及載荷頻率對兩種電廠用鋼蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。研究表明長時保載(大于10h)的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率與純?nèi)渥兿碌牧鸭y擴(kuò)展速率接近，而短時保載將加速時間裂紋擴(kuò)展速率。同時，當(dāng)保載時間大于0.3h可觀察到保載的加速作用，且循環(huán)裂紋擴(kuò)展速率隨保載時間增加而增加。Lee等[35]進(jìn)行了304和316L不銹鋼焊接圓柱殼體結(jié)構(gòu)的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗和基于RCC-MR A16的評估。結(jié)果表明A16對于短時保載(如1h)的裂紋擴(kuò)展評估過于保守。

與此同時，Iyer等[36]研究了保載時間對718合金激光焊縫中疲勞裂紋擴(kuò)展的影響，發(fā)現(xiàn)增加溫度和施加保載時間將加速裂紋擴(kuò)展并增加二次相間的相互作用。值得注意的是650℃循環(huán)和保載條件下的裂紋擴(kuò)展均為沿晶和穿晶混合模式。Roy等[37]利用恒定應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍控制模式研究了230合金中的裂紋擴(kuò)展，當(dāng)溫度很高時(800℃)即使在非常短的保載時間內(nèi)裂紋擴(kuò)展速率也顯著增加。另外，由于更長保載時間或更高溫度的原因，裂紋擴(kuò)展形貌由穿晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐е鲗?dǎo)。Lu等[38-39]對HAYNES 230合金的研究也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。

綜上分析，保載時間/頻率、載荷水平、溫度、微觀組織、環(huán)境(氧化、蒸汽)等均對蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展有顯著影響，然而其并非單獨的有利或有害于裂紋擴(kuò)展性能，而是受到其他因素的耦合影響。同時，蠕變-疲勞開裂性能及損傷機(jī)制也隨材料變化而變化。

趙雷和徐連勇等人[40]發(fā)展了反映微觀組織的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)制數(shù)值計算方法，實現(xiàn)了裂紋擴(kuò)展不同階段裂紋擴(kuò)展行為的變化規(guī)律，具體如圖2所示。同時，還分析了純?nèi)渥儭⒉煌渥?疲勞保載時間和不同晶粒度下裂紋擴(kuò)展機(jī)制和損傷累積的變化規(guī)律。結(jié)論認(rèn)為，蠕變-疲勞交互環(huán)境下蠕變和疲勞損傷是既競爭又交互作用，短時蠕變-疲勞保載疲勞損傷起主導(dǎo)作用裂紋擴(kuò)展行為主要受疲勞損傷機(jī)制控制；長時蠕變-疲勞保載蠕變損傷起主導(dǎo)，裂紋擴(kuò)展行為主要受疲勞損傷機(jī)制控制，如圖3所示。

圖2 反映裂紋擴(kuò)展機(jī)制的數(shù)值計算方法[40]

圖3 不同蠕變-疲勞載荷下裂紋擴(kuò)展機(jī)制[40]

趙雷[41]進(jìn)一步分析了蠕變-疲勞-氧化交互環(huán)境下裂紋擴(kuò)展機(jī)制的變化規(guī)律。氧化主要影響裂紋擴(kuò)展初始階段，促使裂紋在試樣表面萌生和擴(kuò)展；蠕變-疲勞-氧化的裂紋擴(kuò)展機(jī)制表現(xiàn)為混合機(jī)制，初期主要是穿晶擴(kuò)展，后期主要是沿晶裂紋擴(kuò)展，穿晶擴(kuò)展所占的比例與保載時間相關(guān)，保載時間長所占的比例短；保載時間短穿晶所占的比例長，如圖4所示。

圖4 P92鋼蠕變-疲勞-氧化環(huán)境下裂紋擴(kuò)展機(jī)制變化[41]

基于蠕變和氧化損傷模型，華東理工大學(xué)溫建峰等[42-43]分析了蠕變-疲勞-氧化下裂紋擴(kuò)展速率的變化規(guī)律，如圖5所示。

圖5 不同晶粒邊界擴(kuò)散參數(shù)條件下da/dN與的關(guān)系[43]

3 蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為預(yù)測研究

蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為的預(yù)測是工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前文獻(xiàn)中報道的主要預(yù)測途徑分為解析模型和基于有限元方法的預(yù)測模型兩種。各模型常分為蠕變、疲勞兩項疊加模型和蠕變、疲勞及蠕變-疲勞交互三項疊加模型。

Mehmanparast等[11]和Bassi等[29]利用斷裂參量C*表征的純?nèi)渥兞鸭y擴(kuò)展速率和△K表征的純疲勞裂紋擴(kuò)展速率的線性疊加來對316L(N)、1CrMoV、P22、P/T91鋼蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行解析評估，取得了較為合理的結(jié)果：

=λ△Km+th×D0C*φ

(10)

Saxena[44]利用斷裂參量(Ct)avg來關(guān)聯(lián)蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并通過以下模型保守預(yù)測了CFCG行為：

(11)

Vojdani等[45]在此模型中利用有效應(yīng)力強(qiáng)度因子△Keff代替△K來描述疲勞裂紋擴(kuò)展速率；同時應(yīng)力強(qiáng)度因子K也被用于表征蠕變裂紋擴(kuò)展速率，如Potirniche等[46]利用式(12)對一種粉末冶金鎳基合金和AISI 316不銹鋼的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行了預(yù)測：

(12)

與依賴純?nèi)渥兒图兤诹鸭y擴(kuò)展試驗得到裂紋擴(kuò)展速率不同，在Potirniche等[46-49]的研究中條帶屈服(strip-yield)方法被用于確定相應(yīng)條件下的裂紋擴(kuò)展速率，也取得了合理的預(yù)測結(jié)果。

Henaff等[50]針對高溫下極低載荷頻率條件，考慮臨界保載時間tc，對2650 T6鋁合金蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好，當(dāng)保載時間th大于tc時此模型表示為：

(13)

類似的，Zhang等[51]在線性疊加模型中引入門檻頻率，他們認(rèn)為蠕變裂紋擴(kuò)展在頻率小于此門檻頻率時才會發(fā)生。同時在此研究中改進(jìn)的Paris方程[52]和Forman方程[53]等也被用于預(yù)測模型中疲勞裂紋擴(kuò)展速率的表征。而Gustafsson等[54]利用損傷區(qū)域的概念，考慮損傷區(qū)域D的尺寸對裂紋擴(kuò)展速率的影響，引入系數(shù)Sc(D)和St(D)合理地模擬了718合金650℃下的保載疲勞裂紋擴(kuò)展行為：

(14)

Shlyannikov等[55]基于蠕變和疲勞裂紋擴(kuò)展速率的線性疊加模型，利用有限元計算得到斷裂損傷區(qū)域尺寸，并進(jìn)一步對12Cr1MoV鋼蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行預(yù)測，也得到了較為理想的結(jié)果。Oh等[56]基于裂紋尖端的疲勞進(jìn)程區(qū)尺寸Dp成功預(yù)測了304L不銹鋼和1Cr-Mo-V鋼的蠕變-疲勞壽命：

(15)

Wei等[57]在二元疊加模型中將氧化的作用考慮到(da/dN)time中，同時引入損傷參量D=a/L，其中a和L分別為當(dāng)前裂紋長度和沿試樣進(jìn)行裂紋擴(kuò)展計算的總距離。即使未引入蠕變-疲勞交互作用項，得到的蠕變-疲勞損傷相互作用圖也表現(xiàn)出非線性。在確定性分析的基礎(chǔ)上，研究者也通過蒙特卡洛模擬，在蠕變、疲勞及氧化裂紋擴(kuò)展律中引入了不確定參數(shù)來進(jìn)行了概率分析。類似的概率分析在文獻(xiàn)[58]中也可見。Vojdani等[45]也研究了預(yù)測包含半橢圓形表面裂紋的316L(N)板CFCG中的不確定性，概率評估中將試樣幾何、材料行為和試驗條件等參數(shù)考慮為隨機(jī)變量。結(jié)果顯示，半表面裂紋的長度ci的不確定性遠(yuǎn)大于裂紋深度ai的不確定性。

另外，蠕變-疲勞交互作用也在現(xiàn)有研究中受到廣泛關(guān)注。Yang等[59]提出了一個考慮蠕變、疲勞及兩者相互作用的三元疊加解析模型：

(16)

基于此，Liu等[60]在模型中考慮溫度的影響，通過與試驗結(jié)果對比驗證了該模型預(yù)測不同材料(FGH97和718合金)在不同溫度及保載時間下的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的適用性。模型如下式所示：

(17)

式中，λ(T)、D0(T)和β(T)均為溫度相關(guān)的參數(shù)。

Jing等[61]在蠕變-疲勞損傷模型中考慮Lagneborg[62]提出的交互作用項，利用有限元計算系統(tǒng)研究了P91鋼的CFCG，如圖6所示：

圖6 P91鋼蠕變-疲勞交互下裂紋擴(kuò)展行為數(shù)值計算[61]

dω/dN=dωf/dN+dωc/dN

+b((dωf/dN)(dωc/dN))1/2

(18)

式中，dω/dN、dωf/dN和dωc/dN分別為每個周期內(nèi)的總損傷、疲勞及蠕變損傷，b為交互作用系數(shù)。

Xu等[63-64]，Zhao等[65]和Tang等[66-67]利用Skelton和Gandy[68]提出的非線性模型(如式(19)所示)描述CFCG中的交互作用，基于有限元分析對P91、P92和G115鋼CFCG行為及裂尖損傷進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究中采用載荷無關(guān)的拘束參量Q*關(guān)聯(lián)裂紋擴(kuò)展速率[64]，從而對不同拘束條件下的試樣進(jìn)行了合理預(yù)測。而不同試樣幾何的有限元計算[65]表明CT、CST試樣具有最高的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率，其為最低速率即MT試樣中裂紋擴(kuò)展速率的八倍。同時標(biāo)準(zhǔn)化的拘束參量被用來關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化的裂紋擴(kuò)展速率，實現(xiàn)了試驗結(jié)果向工程問題的轉(zhuǎn)化。

(19)

該模型的通用形式可表示為：

(20)

式中，Icf和Ifc分別為蠕變-疲勞交互系數(shù)和疲勞-蠕變交互系數(shù)。

Liu等[69]使用Tinga等[70]針對鎳基合金提出的損傷模型對Hastelloy X合金的CFCG進(jìn)行了分析：

(21)

另外，Zhao和Tong[71]及Tong等[72]應(yīng)用粘塑性本構(gòu)模型成功模擬了疲勞及蠕變-疲勞條件下的裂紋擴(kuò)展和應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。Wen等[42-43]利用微觀力學(xué)本構(gòu)模型進(jìn)行了小范圍蠕變條件下平面應(yīng)變的蠕變-疲勞有限元計算，所得到的結(jié)果與試驗吻合較好。

4 結(jié)語

面對能源發(fā)展新形勢以及在役和新建火電機(jī)組的新運行態(tài)勢，解決深度調(diào)峰、頻繁啟停等引起的蠕變-疲勞環(huán)境下高溫部件強(qiáng)度評價方法和壽命預(yù)測理論，對提高我國火電機(jī)組設(shè)計和運行維護(hù)能力具有重要意義，但仍面臨以下挑戰(zhàn)：

(1)發(fā)展蠕變-疲勞-氧化裂紋擴(kuò)展性能測試技術(shù)。蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試本身難度大、技術(shù)復(fù)雜，而如何復(fù)合高溫蒸汽的氧化作用，探明蠕變-疲勞-氧化環(huán)境下裂紋擴(kuò)展行為仍是亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

(2)馬氏體耐熱鋼焊接部件具有復(fù)雜的微區(qū)組織，不同微區(qū)組織具有不同的性能；高溫環(huán)境下馬氏體耐熱鋼焊接部件易在細(xì)晶區(qū)發(fā)生IV型開裂，而細(xì)晶區(qū)在疲勞環(huán)境下也會發(fā)生加速軟化，發(fā)展納入考慮組織性能差異不匹配影響的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測方法仍是有待解決的挑戰(zhàn)之一。

(3)目前已經(jīng)發(fā)展了很多方法表征蠕變和疲勞交互對損傷累積和裂紋擴(kuò)展行為的加速影響，但計算復(fù)雜，需要針對不同材料進(jìn)行大量的試驗，解析蠕變和疲勞交互對裂紋擴(kuò)展行為加速的計算方法。在電力高溫部件設(shè)計方面，通常采用蠕變-疲勞交互損傷評定圖，直接利用交互損傷量表征蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展加速行為有望解決加速裂紋擴(kuò)展行為計算復(fù)雜的瓶頸。