汽轮机由于频繁的启停或大幅度负荷变动,汽轮机转子要经常承受快速加热或冷却引起的各种瞬态热应力和机械应力,导致局部区域发生塑性变形而产生低周疲劳,影响了汽轮机的安全运行。国内外学者关于载荷、温度和加载波形等影响汽轮机转子钢材料高温低周疲劳特性的因素进行了大量的研究,本文主要考虑了加载速率的影响,对低周疲劳特性进行了实验研究,对汽轮机转子的设计、安全运行等提供指导。本文采用轴向总应变控制,拉压对称三角波,应变范围为±0.4 %-±1.0%,应变比R=-1,应变速率分别选取0.1%/s,0.3%/s,0.5%/s,温度为538℃,对汽轮机转子钢30Cr1Mo1V材料进行了低周疲劳实验。分析了加载速率对低周疲劳特性的影响,结果表明随着加载速率的增加,循环应力随之增加,且循环应力随着循环次数的增加呈现软化特性;根据连续介质损伤力学对30Cr1Mo1V转子钢低周疲劳损伤演化方程进行了推导,并采用应力幅值法测量材料的损伤,在不同应变幅下,30Cr1Mo1V转子钢低周疲劳损伤演化方程中的损伤指数α随着加载速率的增加而增加,且α与加载速率成线性关系;同等应变幅下,当10-3s-1≤ε?≤0.2s-1时,加载速率对30Cr1Mo1V转子钢低周疲劳损伤的影响较大,随着加载速率的增加,该材料的高温低周疲劳损伤减小。在此加载速率范围之外,加载速率的变化对损伤的影响很小,可以不考虑加载速率的影响;而且在同一加载速率下,该材料的高温低周疲劳损伤随着应变幅的加大而增大。在538℃下,研究了加载速率对30Cr1Mo1V转子钢低周疲劳寿命的影响,结果表明,在同一应变下,随着加载速率的增加,寿命增加;在大应变处加载速率对寿命的影响较小,随着应变的减小,加载速率的影响效果加大。另外,随着应变的增加,寿命减小。并通过修正的频率修正公式、Masson-Coffin公式和拉伸滞后能损伤函数法进行了寿命预测,并将这三种方法对寿命的预测能力进行了比较,结果表明,考虑加载速率对寿命影响的频率修正公式有着良好的预测效果,而Masson-Coffin公式和拉伸滞后能损伤函数法的预测能力相对较差。对30Cr1Mo1V转子钢断口和断口纵向剖面进行了扫描电镜显微分析,从断口分析可以看出,其断口分为裂纹源区、裂纹扩展区、瞬断区三个区域。其中裂纹源区较为光滑、平坦;裂纹扩展区裂纹数量较多,裂纹向一个方向扩展,此阶段裂纹扩展速率较为缓慢,但却占据着整个寿命的绝大部分;瞬断区断口比较粗糙,且与前两区呈现一定角度的剪切唇。裂纹起源于试样表面的缺陷处,较低加载速率下的断口氧化程度相对严重,主要是由于在较低加载速率下,试样在高温环境下的时间相对较长,氧化更为充分,裂纹尖端氧化更为严重。这些氧化物促进了裂纹扩展,加快了裂纹扩展速率,降低了疲劳寿命。从断口的纵向剖面分析可以看到,裂纹氧化较为严重,其表面覆盖有氧化层。裂纹表面及其附近处的熔珠较多,而离裂纹较远处的其他区域氧化物较少。