[發明專利]一種預測700℃電站用γ′強化型高溫合金持久強度的方法

有效

• 申請號: 201510549957.6
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105241903B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 黨瑩櫻;谷月峰;趙新寶;尹宏飛;魯金濤;楊珍;嚴靖博
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22;G01N15/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明屬于材料試驗技術領域，涉及一種材料高溫持久性能評估，具體為一種預測700℃電站用γ'強化型高溫合金持久強度的方法。

背景技術

持久強度是設計電站鍋爐用耐熱材料的一個主要依據，一般由10⁵h或更長時間的斷裂應力表征。為了準確地預測這一表征量，ISO 6303中規定針對某一特定溫度，需要進行3×10⁴h及以上時間的高溫持久試驗，獲得試驗條件下的斷裂時間，然后通過各類持久強度預測方法進行外推，諸如等溫線法、時間—溫度參數法、最小約束法和狀態方程法等。其中，時間—溫度參數法的運用最為廣泛。

為了綜合考慮溫度和應力與持久斷裂時間之間的關系，工程上經常將斷裂時間t_r和試驗溫度T表示為一個互補的時間—溫度參數，此種表示法稱為時間—溫度參數法。在運用該方法評估材料的高溫持久性能時，P參數中常數項數值的選擇對最終的性能預測結果至關重要，如Larson-Miller法中的C值，Orr-Sherly-Dorn法中的Q值及Manson-Haferd法中的(T_a,lgt_a)值等。對于低參數運行的傳統耐熱鋼，其合金元素的種類較少，組織組成比較簡單，組織演變的復雜性較低，因此在對此類材料進行時間—溫度參數法分析時，常數項的具體數值往往被固定為一固有值，如Larson-Miller參數法中的C多取20。然而，隨著超超臨界機組參數的提高，關鍵部件所用材料的合金化程度越來越高，因此其組織及持久性能的變化與傳統耐熱鋼相比就顯得復雜得多。已有研究表明對于700℃電站用高溫合金，時間—溫度參數法中傳統的常數值已不再適用，需通過對不同溫度、應力條件下蠕變斷裂數據進行分析、擬合獲取。要獲得700℃/10⁵h的持久斷裂數據，理論上需要將近12年的試驗周期，完全靠實測持久試驗數據來進行性能評估是不現實的，這不但將花費大量的人力、物力及時間，不利于新材料的開發與運用，也與國家節能降耗的政策相悖。因此，如何選擇更合理、快捷的方法實現對長時持久性能的準確預測是相關領域的一個研究熱點。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種減少高溫試驗所需的大量人力、物力資源，能夠準確合理的預測700℃電站用γ'強化型高溫合金持久強度的方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種預測700℃電站用γ'強化型高溫合金持久強度的方法，其特征在于，包括如下步驟，

1)將合金試樣在600～900℃范圍內開展熱暴露試驗，待試驗結束后空冷至室溫；

2)按照金相試樣的制備方法或透射電鏡薄膜試樣制備方法對上述經熱暴露處理后的試樣進行處理；然后在掃描電鏡/透射電鏡條件下，拍攝放大倍率為10000～100000倍的γ'相形貌照片，每一試樣所拍攝的照片數不少于3張；

3)利用圖像分析軟件測量每張照片中γ'顆粒的尺寸，根據每一試樣系列照片中γ'的尺寸計算其平均尺寸值d_ave；

4)利用Manson-Haferd參數法對經不同溫度、不同時長熱暴露處理后試樣的γ'尺寸數據進行處理，根據如下模型關系式得到的具體數值；

式中，a₀，a₁，…，a_n為多項式的系數，d_ave為γ'的平均尺寸，其中，和分別為由材料熱暴露過程確定的兩個常數項，t_e為熱暴露試驗時長，T_e為熱暴露試驗溫度；

5)根據GB/T2039-2012，在溫度T和應力σ試驗條件下對材料開展高溫持久斷裂試驗，在獲得試驗溫度和應力及斷裂時間參數后，建立如下模型關系式，

σ＝b₀+b₁P+…+b_mP^m；

式中，b₀，b₁，…，b_m為多項式的系數，σ為應力，P＝(lgt_r-lgt_a)/(T-T_a)，其中，T_a和lgt_a為由材料持久性能確定的兩個常數項，其值分別一一對應于步驟4)中的和t_r為持久斷裂時間，T為持久試驗溫度；