随着能源短缺、环境恶化问题的日益突出,现代工业设备正朝着高温高压趋势发展,加大了金属结构的蠕变断裂失效风险,可能造成经济损失,甚至灾难性的后果。在运输、安装和服役过程中管道和焊缝外表面不可避免地会存在各种缺陷,目前主要通过标准紧凑拉伸试样测试得到材料的蠕变裂纹扩展速率,但此结果对于管道外表面浅裂纹的蠕变扩展判定过于保守,会导致在役管线不必要的检查、维修或更换,进而增加生产成本。为更好地研究高温承压管道外表面蠕变裂纹扩展行为,本文提出一种更贴近于管道实际工况的C型管试样模型,通过模拟验证、试验研究和理论分析等方法对提出的模型进行进一步研究。主要研究内容包括:(1)C型管模型模拟验证。采用基于有限元软件ABAQUS的逐步分析方法,从蠕变断裂参量C*积分、蠕变裂纹扩展行为和蠕变裂纹扩展时间增量三个方面对C型管轴向裂纹模型和C型管焊缝环向裂纹模型进行研究,并将结果与完整圆管模型相应数据进行对比分析,验证提出的C型管模型的可行性。(2)C型管焊缝试样试验研究。在模型验证成功的基础上,采用金相、硬度、XRD、SEM等分析手段研究了不同应力状态C型管焊缝试样在600℃和650℃条件下,材料的蠕变性能变化、预制裂纹形貌变化和蠕变裂纹扩展行为。结果表明:高温和应力会增大母材与焊缝的性能差异,造成试样整体性能的下降;预制裂纹主要沿管道轴向方向变形扩展;蠕变裂纹主要为沿晶扩展,蠕变空洞的长大、聚集、合并是引起裂纹向前扩展的主要原因。(3)蠕变裂纹扩展影响因素分析。通过有限元软件ABAQUS计算得到蠕变断裂参量C*积分值,进而分析裂纹长度、裂纹深度以及加载应力三种因素对C型管轴向裂纹和C型管焊缝环向裂纹蠕变扩展行为的影响规律。对提出的C型管模型用于管道外表面蠕变裂纹扩展行为研究进行进一步讨论分析。