一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法技术

本发明专利技术涉及铸造不锈钢热老化后的疲劳寿命预测领域，利用热电势检测参数对铸造不锈钢热老化后的单轴低周疲劳寿命进行预测。包括以下步骤：步骤A，对服役中铸造不锈钢结构的危险部位进行应变测量或有限元计算，得到危险部位的应变幅ε

【技术实现步骤摘要】
一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法


[0001]本专利技术涉及铸造不锈钢热老化后的疲劳寿命预测领域，利用热电势检测参数对铸造不锈钢热老化后的单轴低周疲劳寿命进行预测。

技术介绍

[0002]在压水堆核电厂中，铸造不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铁素体低合金钢及镍基合金等长时间服役于250～350℃高温环境下会发生热老化现象，主要表现在硬度和强度增加，延性和冲击强度减小，断裂韧性降低等，它会导致一回路压力边界的安全性降低。
[0003]同时疲劳也是影响压水堆整个一回路压力边界许多主要部件的老化降质机理之一。疲劳是由波动载荷或温度变化引起的交变应力/应变循环导致的结构破坏。铸造不锈钢结构在服役过程中承受着交变应力/应变循环，如果危险部位积累了足够的局部疲劳损伤，就会出现疲劳裂纹，在后续的交变应力/应变等作用下会导致裂纹扩展。低周疲劳是由相对高的应力变程引起，循环次数小于约104到105的疲劳，它一般是由电厂正常运行时的压力、管道弯矩、局部热应力的组合效应引起。
[0004]在长期服役的压水堆中，用于主冷却剂管道的铸造不锈钢会发生热老化而导致材料变硬化和脆化，同时热老化也会对铸造不锈钢的疲劳性能产生影响，两种因素对反应堆压力边界的完整性产生威胁。目前对铸造不锈钢热老化后的疲劳研究很少，关于热老化对疲劳性能的影响尚没有统一的结论，其中热老化对单轴低周疲劳寿命的影响程度与铸造不锈钢的铁素体含量及其服役环境下经历的热老化温度、热老化时间有关系。
[0005]当前热电势检测技术被国内外相关机构采用并研发了相关检测仪器，用于检测铸造不锈钢等金属因热老化引起的材料微观结构和力学性能变化。热电势检测是一种无损检测方法，它的基本原理利用了Seebeck效应，当金属部件的两端存在温度差ΔT时，同时会在两端产生一个电势差ΔV，两者的比值(ΔV/ΔT)称为热电势。所以可以基于热电势检测参数对铸造不锈钢热老化后的单轴低周疲劳寿命进行预测。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴低周疲劳预测方法，以实验室容易获得的铸造不锈钢未热老化的应变幅
‑
疲劳寿命曲线和热老化后时间节点的应变幅
‑
疲劳寿命数据点为基础，通过测量现场服役环境下铸造不锈钢的热电势，获得基于热电势检测参数的现场服役环境下铸造不锈钢热老化后单轴低周疲劳寿命。
[0007]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴低周疲劳预测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤A，对服役中铸造不锈钢结构的危险部位进行应变测量或有限元计算，得到危险部位的应变幅ε
a
；
[0009]步骤B，对危险部位的应变幅ε
a
进行修正，计算等效应变幅ε
ea
：
[0010]ε
ea
＝ε
a
(1+kPδ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]其中k为热老化
‑
单轴低周疲劳敏感系数，k>0表示热老化后疲劳寿命降低，k<0表示热老化后疲劳寿命增加，k＝0表示热老化后疲劳寿命没有变化；Pδ为归一化热老化参数Pδ，P为Arrhenius热老化参数，δ为铸造不锈钢的铁素体含量(％)。
[0012]步骤C，将等效应变幅代入铸造不锈钢未热老化的应变幅
‑
疲劳寿命曲线ε
a
＝f(N)中，计算热老化后的单轴低周疲劳寿命N。
[0013]进一步地，所述步骤B中归一化热老化参数Pδ的计算依据如下关系式：
[0014]Pδ＝g(TEP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]其中TEP为不锈钢的热电势值。
[0016]进一步地，所述不锈钢的热电势值TEP为对现场服役中铸造不锈钢结构进行测量获得。
[0017]进一步地，所述步骤B中热老化
‑
单轴低周疲劳敏感系数k为通过最小化曲线ε
a
＝f(N)和应变幅
‑
疲劳寿命数据点ε
ai
‑
N
i
之间的差异来确定。
[0018]进一步地，所述最小化曲线ε
a
＝f(N)为铸造不锈钢未热老化的应变幅
‑
疲劳寿命曲线，即Manson
‑
Coffin方程：
[0019][0020]其中ε
a
为应变幅，N为疲劳寿命，σ
′
f
为疲劳强度系数，b为疲劳强度指数，E为弹性模量，ε
′
f
为疲劳强度延性系数，c为疲劳强度延性指数。
[0021]进一步地，所述应变幅
‑
疲劳寿命数据点ε
ai
‑
N
i
为铸造不锈钢热老化后某个任意时间节点的应变幅
‑
疲劳寿命数据点：
[0022]ε
ai
‑
N
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]其中热老化后的时间节点尽量选取最长热老化时间，数据点的数量可以为该时间节点时的单个或多个数据，i＝1,2,3，...。
[0024]进一步地，所述获取应变幅
‑
疲劳寿命数据点ε
ai
‑
N
i
之后，需要计算热老化后时间节点的归一化热老化参数P
i
δ
i
。
[0025]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0026](1)本专利技术基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴低周疲劳预测方法，通过对现场服役环境下的铸造不锈钢进行热电势无损检测，以热电势检测参数作为表征铸造不锈钢的热老化程度，将该无损参数引入到铸造不锈钢热老化后的单轴低周疲劳寿命预测。
[0027](2)本专利技术基于基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴低周疲劳预测方法，以实验室容易获得的铸造不锈钢未热老化的应变幅
‑
疲劳寿命曲线和热老化后时间节点的应变幅
‑
疲劳寿命数据点为基础，最小化该曲线和数据点之间的差异来确定铸造不锈钢的热老化
‑
单轴低周疲劳敏感系数，通过测量现场服役环境下铸造不锈钢的热电势，获得基于热电势检测参数的现场服役环境下铸造不锈钢热老化后单轴低周疲劳寿命。
[0028](3)本专利技术基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴低周疲劳预测方法，引入了归一化热老化参数对应变幅进行修正，考虑了不同的热老化时间、热老化温度、铁素体含量和化学成分对铸造不锈钢热老化和低周疲劳的影响，适应范围较广。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提出的基于热电势的铸造不锈钢热老化单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：对服役中铸造不锈钢结构的危险部位进行应变测量或有限元计算，得到危险部位的应变幅ε
a
；步骤B：对危险部位的应变幅ε
a
进行修正，计算等效应变幅ε
ea
：ε
ea
＝ε
a
(1+kPδ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中k为热老化
‑
单轴低周疲劳敏感系数，k>0表示热老化后疲劳寿命降低，k<0表示热老化后疲劳寿命增加，k＝0表示热老化后疲劳寿命没有变化；Pδ为归一化热老化参数Pδ，P为Arrhenius热老化参数，δ为铸造不锈钢的铁素体含量；步骤C：将等效应变幅代入铸造不锈钢未热老化的应变幅
‑
疲劳寿命曲线ε
a
＝f(N)中，计算热老化后的单轴低周疲劳寿命N。2.如权利要求1所述的一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法，其特征在于：所述步骤B中归一化热老化参数Pδ的计算依据如下关系式：Pδ＝g(TEP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，TEP为不锈钢的热电势值。3.根据权利要求2所述的一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法，其特征在于：所述不锈钢的热电势值TEP为对现场服役中铸造不锈钢结构进行测量获得。4.根据权利要求1所述的一种基于热电势的铸造不锈钢热老化单轴疲劳预测方法，其特征在于：所述步骤B中热老化
‑
单轴低周疲劳敏感系数k为通过最小化曲线ε
a
＝f(N)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖青山，陈银强，王仪美，徐柱，桂春，肖调兵，
申请(专利权)人：中核武汉核电运行技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：