[發明專利]一種T91鋼管的剩余壽命定量分析方法

有效

• 申請號: 201110341959.8
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102507400A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 潘金平;程宏輝;潘柏定;祝新偉
• 申請（專利權）人: 嘉興市特種設備檢測院
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及電站鋼管剩余壽命定量分析領域，特別是一種用于T91鋼管的剩余壽命定量分析方法。

背景技術

隨著電站鍋爐向高參數、大容量發展，世界鍋爐管用鋼的研究與開發朝高性能、低成本方向進行，以T91為代表的，具有優良綜合性能的9～12％Cr鐵素體系耐熱鋼目前被高蒸汽參數發電機組廣泛采用。T91是20世紀80年代美國橡樹嶺國家實驗室成功開發的，該鋼是在T9(9Cr-1Mo)鋼基礎上，限制C含量的上下限，添加微量的N以及微量的強碳氮化合物形成元素V、Nb，用彌散分布的MX型V/Nb碳氮化物的析出作為主要強化效果。盡管碳含量較低，但是其蠕變破裂強度明顯提高。作為電站鍋爐管用鋼T91顯示出優良的綜合性能，其高溫抗蠕變性能優異，具有良好的沖擊韌性，良好的焊接性能和工藝性能，優良的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性能，低的熱膨脹系數，良好的導熱性，長期運行下有優良的組織穩定性，能用于亞臨界、超高臨界電站鍋爐過熱器、再熱器鋼管、以及高溫集箱和主蒸汽管道，是當今世界超臨界發電廠鍋爐管用鋼使用最為廣泛的鋼種，而且已被作為開發更高使用溫度鋼材的研究基準。隨著大量電站使用T91材料，那么相關電站壽命定量分析方法也引起了廣泛關注。

目前，國內外主要使用Larson-miller參數法及其衍生方法，無損檢測方法來進行電站鍋爐T91鋼管進行壽命的定量分析。

Larson-miller參數法及其衍生方法是20世紀50年代發展起來的一種持久強度外推方法。它指出了溫度、時間和壓力之間的相互關系，參數P＝T(C+lgt_r)用來表示溫度和時間的協同作用的影響，而P本身又是應力的函數，即P＝f(σ)，一般參量P與應力關系的多元非線性回歸方程表達式為：

P(σ)＝B₀+B₁(lgσ)+B₂(lgσ)²+B₃(lgσ)³。

其中，σ表示施加的應力；T為絕對溫度；t_r為蠕變斷裂時間；f是函數關系；C為Larson-miller參數，對于不同的材料有不同的取值，但大部分的鋼都可以取C＝20。按照Larson-Miller關系式，根據斷裂時間和實驗溫度可以算出實驗應力下的P_L-M值，然后繪制表達σ、T、t三者關系的P_L-M-lgσ曲線，當知道了使用條件下的應力后，就可以確定P_L-M，從而根據已有的溫度和應力條件測算出斷裂時間。由Larson-miller參數法衍生的其他方法有很多，比如：考慮到腐蝕損傷、金相變化引起材料的敏感變化的影響引入Z參數考慮材料的組織劣化等。但是通過Larson-miller參數法及其衍生方法進行T91鋼管剩余壽命定量分析的最大缺點是，需要進行高溫持久拉伸實驗，整個壽命分析過程很長，有時甚至長達1年。

無損檢測方法以超聲檢測為主，材料在高溫、應力和環境共同作用下長期服役會受到損傷，在材料內部產生微小的裂紋，或者在材料內部使物理性質發生變化，這些材料變化都會使超聲傳播發生相應的變化，利用這種變化來找出材料損傷與超聲波特性變化的相關性以評價材料的剩余壽命。通過無損檢測方法進行壽命分析容易造成誤判，壽命分析結果誤差大大超過±10％，實際應用意義不大。

發明內容

根據目前T91鋼管高溫時效實驗性能研究情況，為解決現有電站鍋爐T91鋼管剩余壽命定量分析方法的上述各種缺點，本發明的目的在于提供一種T91鋼管的剩余壽命定量分析方法，通過T91材料內部碳化物粒徑大小來定量分析電站鍋爐T91鋼管的殘余壽命，解決了傳統的Larson-miller法及其衍生方法和無損檢測法在進行電站鍋爐T91鋼管的殘余壽命定量分析過程中存在的耗時長，誤差大的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：