一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，涉及材料检测技术领域。包括以下步骤：1)、提取材料在高温蠕变过程中对蠕变寿命有影响的微观组织演化特征参量；2)、找出微观组织演化特征参量随温度、时间变化的规律；3)、建立微观组织演化特征参量与蠕变寿命表征特征参量LMP之间的变化关系曲线；4)、通过对给定材料在一定蠕变损伤状态下的微观组织演化特征参量进行分析，并根据变化关系曲线确定微观组织演化特征参量所对应的LMP数值；5)、根据材料已知持久试验数据以及LMP数值判断材料的损伤程度，对材料的蠕变寿命进行定量化评价，对于减少设备的事故，保障设备长周期安全运行具有重要的意义。期安全运行具有重要的意义。期安全运行具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法


[0001]本专利技术涉及材料检测
，具体涉及一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法。

技术介绍

[0002]在超(超)临界机组及其他石油化工和能源冶金等领域，很多金属部件长期服役在高温高压条件下，其所用材料的内部组织和综合力学性能都会随时间的增加发生的巨大的变化，从而导致构件的寿命大幅度降低，最终导致失效破坏。而大多数高温环境承载部件的失效是由高温高压作用引起的高温蠕变所致。蠕变失效是高温服役部件或设备最常见的一种失效形式，在蠕变过程中材料的损伤或老化是与时间相关的过程，如何预测高温材料长时间运行后的损伤和剩余寿命是工程中必须解决的问题。如何对工业设备进行可靠的蠕变状态检测、对材料蠕变剩余寿命进行评估，以期尽早发现蠕变损伤严重区，快速有效地对蠕变损伤区进行分析及预测蠕变的剩余寿命，保证工业设备安全、稳定、长时间持续运行，已成为急需解决的实际问题。因此发展材料蠕变剩余寿命的评估方法，对材料早中期蠕变状态进行科学检测具有重大的意义。
[0003]而如何对部件蠕变状态进行准确、可靠地评估对预测高温部件蠕变寿命是至关重要的。为了最经济地利用高温部件，剩余寿命评价技术必须准确，同时工程上又要求其实施必须简便。近年来国内外对高温部件剩余寿命评价技术的研究投入了大量的人力和物力，提出了多种预测蠕变剩余寿命的方法，传统对蠕变剩余寿命的评价方法归纳起来可大致可分为间接法和直接法两类。直接法即非破坏检查和破坏检查两类剩余寿命诊断技术，间接法即理论推导法。推导法和破坏检查所需时间较长，而非破坏检查可在较短时间，对较多部位进行诊断，且能定期监测。从工程应用方面来讲采用非破坏检查的方法预测高温部件剩余寿命更为实用。非破坏检查的方法主要包括：
[0004](1)硬度变化测定法，硬度测定法是计量由于组织变化而引起变形抵抗能力(软化现象)的方法。硬度测定法能够掌握蠕变损伤的全过程，但由于数据分散及初期硬度的影响，需要对硬度进行定期监测，并对数据进行修正，以提高数据测定的精度。硬度测定法是测量部件的表面硬度，评价剩余寿命前要先建立对象材料其硬度变化与蠕变断裂寿命、温度一时间等所必要的相关数据。该方法简单易行，用处较大。
[0005](2)氧化层厚度测量法，高温部件在蒸汽高温高压服役工况下，内壁会产生氧化层，氧化层的生长和厚度与温度和时间有直接关系。对于服役管，可通过氧化层厚度测量推算金属的温度，并通过实际测量金属壁厚计算管子的环向应力，通过相应的寿命评估方法如L
‑
M法进行剩余寿命评估。
[0006](3)金属组织变化测定法，高温部件在长期在高温、应力和环境共同作用下服役，材料的微观组织会发生变化，如碳化物的析出、蠕变空洞的增殖等等。金属组织变化测定法就是通过测定组织的变化来评价部件的剩余寿命。这种方法需要事先搞清楚金属组织变化与寿命之间的定量关系。目前比较成熟的法有A参数法、晶粒变形法、微结构法、另外还有空
洞面积率法。由于A参数法和空洞面积率法均有可以有效的评价材料的蠕变剩余寿命，但一般往往在寿命的后期才会出现空洞，难于定量早期的损伤。而金相组织结构分类方法主要依据材料的组织变化，析出物的变化以及物理损伤来综合定量寿命损耗。
[0007]因实际服役高温部件的蠕变过程会受到多种因素的影响，原材料性能、服役时的温度及应力条件等都会对蠕变寿命产生影响。以上每种评价方法都具有不同的优势和局限性。

技术实现思路

[0008]为此，本专利技术提供一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，以解决现有技术中传统蠕变寿命评价方法需要长时间试验，并且没有考虑实际服役过程中材料的损伤过程的问题。相对传动评估方法，本专利技术将微观结构损伤的演化过程与材料在蠕变寿命预测相结合更能够准确的对蠕变状态进行评价。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]该耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法包括以下步骤：
[0011]1)、对于在高温长时服役或经过长时蠕变试验的材料，提取材料在高温蠕变过程中对蠕变寿命有影响的微观组织演化特征参量；
[0012]2)、找出微观组织演化特征参量随温度、时间变化的规律；
[0013]3)、建立微观组织演化特征参量与蠕变寿命表征参量LMP之间的变化关系曲线；
[0014]4)、通过对给定材料在一定蠕变损伤状态下的微观组织演化特征参量进行分析，并根据步骤3)所述变化关系曲线确定微观组织演化特征参量所对应的LMP数值；
[0015]5)、根据材料已知持久试验数据以及步骤4)所述LMP数值判断材料的损伤程度，对材料的蠕变寿命进行评估。
[0016]进一步地，所述微观特征参量包括析出相的类型、尺寸与数量；
[0017]或者所述微观特征参量包括马氏体宽度、亚晶尺寸或位错密度。
[0018]进一步地，所述析出相为第二相粒子。
[0019]进一步地，所述析出相为M
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C6、Laves相、Z
‑
相或σ相等。
[0020]进一步地，步骤2)中通过利用扫描电镜、透射电镜对析出相的类型、尺寸与数量进行统计分析。
[0021]进一步地，步骤2)中利用能谱分析仪对在扫描电镜或透射电镜下析出相的合金元素的含量进行分析。
[0022]进一步地，所述LMP数值的计算公式如下：
[0023]LMP＝(T+273)(logt+C)，
[0024]其中T为材料的温度，单位为摄氏度，t为材料在温度T下的运行时间，C为常数。
[0025]进一步地，步骤5)中所述材料已知持久试验数据是材料在一定温度下经过试验得到的持久强度数据与蠕变寿命表征参量LMP之间的变化规律曲线。
[0026]进一步地，步骤1)在蠕变空洞未形成之前，提取所述微观组织演化特征参量。
[0027]本专利技术具有如下优点：
[0028]本专利技术首先建立微观组织演化特征参量与蠕变寿命表征参量LMP之间的关系曲线，依据该关系曲线，在材料蠕变过程中根据微观组织演化特征参量确定材料的LMP数值，
然后再通过材料已知持久试验数据确定该LMP数值所对应的材料损伤程度，从而对材料的蠕变寿命进行定量化评价。对材料在高温时效过程、高温蠕变过程中材料损伤程度，从宏观力学性能、微观组织结构方面进行了分析评价，并建立两种不同的分析方法相互之间的关联关系，以此为基础建立锅炉受热面管基于微观结构损伤的演化的蠕变剩余寿命综合评价方法。
[0029]本专利技术通过对高温部件材料蠕变损伤的定量化评价，对于减少设备的事故，合理安排检修周期，保障设备长周期安全运行具有重要的意义。通过对材料老化和蠕变损伤评级研究，最终建立安全高效、经济可靠的高温部件蠕变损伤评价方法。研究成果将为合理制定设备检修周期和检验提供科学依据，为进一步探索建立耐热钢高温部件安全评价安全技术规范和国家标准打下基础。
附图说明
[0030]为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、对于在高温长时服役或经过长时蠕变试验的材料，提取材料在高温蠕变过程中对蠕变寿命有影响的微观组织演化特征参量；2)、找出微观组织演化特征参量随温度、时间变化的规律；3)、建立微观组织演化特征参量与蠕变寿命表征参量LMP之间的变化关系曲线；4)、通过对给定材料在一定蠕变损伤状态下的微观组织演化特征参量进行分析，并根据步骤3)所述变化关系曲线确定微观组织演化特征参量所对应的LMP数值；5)、根据材料已知持久试验数据以及步骤4)所述LMP数值判断材料的损伤程度，对材料的蠕变寿命进行评估。2.根据权利要求1所述的耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，其特征在于，所述微观特征参量包括析出相的类型、尺寸与数量；或者所述微观特征参量包括马氏体宽度、亚晶尺寸或位错密度。3.根据权利要求2所述的耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，其特征在于，所述析出相为第二相粒子。4.根据权利要求2所述的耐热钢蠕变损伤微观组织演化的定量化评估方法，其特征在于，所述析出相为M
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【专利技术属性】
技术研发人员：顾宝兰，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：