Prove sperimentali e modelli di interazione creep fatica per la previsione di durata di applicazioni ad alta temperatura in acciai 9Cr-1Mo (P91)

This thesis deals with the interaction mechanism between creep and fatigue, that affects some components of the modern Ultra-Supercritical power plants. The high flexibility required to these plants, adds fatigue stress, due to the frequent thermal transients, to the problem of creep that occurs in regime conditions. The reference material for such applications is the P91 steel (Mod. 9Cr1Mo), after more than 30 years since its introduction. A series of low cycle fatigue and, subsequently, creep-fatigue experimental tests were conducted on P91 specimens, provided by Tenaris S.p.A. The creep properties, instead, have been obtained from NIMS and JAEA databases. The results interpretation was carried out according to the main creep-fatigue interaction models, that allowed the calculation of the creep damage fraction and fatigue damage fraction of the tests. Finally, various models for life prediction were applied to the experimental data, taking also into account the guidelines provided by ASME and RCC-MR codes on creep-fatigue interaction.

In questo lavoro di tesi è stato studiato il meccanismo di interazione tra creep e fatica, al quale sono soggetti alcuni componenti delle moderne centrali elettriche Ultra-Supercritiche. L’elevata flessibilità richiesta a quest’ultime, aggiunge sollecitazioni di fatica, dovute ai frequenti transitori termici, alla problematica dello scorrimento viscoso che si verifica nelle condizioni di regime. Il materiale di riferimento per tali applicazioni è ancora oggi, a più di 30 anni dalla sua introduzione, l’acciaio P91 (Mod. 9Cr1Mo). Una serie di prove sperimentali di fatica a basso numero di cicli e, successivamente, di creep-fatica sono state condotte su provini realizzati in P91 e provenienti da Tenaris S.p.A. Per la definizione delle proprietà relative al creep del P91 stesso ci si è invece rivolti a dati di letteratura, provenienti dai database di NIMS e JAEA. L’interpretazione dei risultati è avvenuta sulla base dei principali modelli per l’interazione creep-fatica, tramite i quali è stato possibile calcolare le componenti di danneggiamento per creep e per fatica relative alle prove. Infine sono stati applicati ai dati sperimentali differenti modelli di previsione della durata, tenendo inoltre in considerazione le disposizioni delle normative ASME ed RCC-MR riguardanti l’interazione creep-fatica.