[發明專利]建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法

有效

• 申請號: 201611212839.7
• 申請日: 2016-12-25
• 公開（公告）號: CN106841393B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 羅忠兵;林莉;朱效磊;張嘉寧;鄒龍江
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/11
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 花向陽;楊翠翠

建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法，屬于超聲檢測技術領域。該方法包括以下步驟：利用宏觀金相法選取鑄造奧氏體不銹鋼的柱狀奧氏體晶粒區，沿垂直于柱狀奧氏體晶粒生長方向切取薄板試樣；基于電子背散射衍射法測定試樣表面的奧氏體晶粒晶體取向分布，并采用超聲脈沖回波法測定對應區域的A掃描信號；對上述區域沿厚度方向解剖，基于電子背散射衍射法測定奧氏體和鐵素體晶粒的晶體取向分布；選取沿板厚方向為單個奧氏體晶粒的位置，提取鐵素體晶粒特征并建立其與聲衰減系數之間的關系。該方法避免了奧氏體晶粒彈性各向異性的影響，為微小缺陷和損傷的檢測提供支持。

技術領域

本發明涉及一種建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法，其屬于金屬材料超聲無損檢測技術領域。

背景技術

鑄造奧氏體不銹鋼廣泛應用于核電、化工等領域。其組織特點是晶粒粗大，以Z3CN20.09M鋼為例，奧氏體等軸晶粒直徑約1-5mm，柱狀晶粒長度可達十幾mm，彈性各向異性明顯；同時，含有約20%的鐵素體，呈長條狀或島狀，尺寸在亞mm量級。由于長期服役于高溫、高壓等惡劣環境，易發生力學損傷。此外，鑄造過程中產生的微小缺陷也可作為裂紋源、促進裂紋的形核和擴展。因此，對鑄造奧氏體不銹鋼中微小缺陷和損傷進行檢測對保證關鍵構件安全運行十分重要。

工程中一般采用較低的超聲檢測頻率（0.5-2MHz），目的在于降低彈性各向異性奧氏體晶粒導致的結構噪聲，提高檢測信噪比。此時，超聲縱波波長約3-12 mm，鐵素體晶粒的影響常忽略不計。然而，對于亞毫米量級（甚至更小）缺陷和損傷，必須提高超聲檢測頻率（一般在10 MHz以上），對應的超聲縱波波長降低至0.6 mm以下，與鐵素體晶粒的尺寸相當。此時，鐵素體晶粒和奧氏體晶粒一樣影響超聲波傳播行為和檢測評價結果，不能忽略。

因此，建立鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間的關系是鑄造奧氏體不銹鋼微小缺陷和損傷檢測必須解決的問題。其難點在于如何從超聲信號中剝離奧氏體晶粒彈性各向異性的影響，主要是鑄造奧氏體不銹鋼中奧氏體、鐵素體晶粒共存，且奧氏體晶粒晶體取向多為隨機分布。如果通過制備單晶材料、分別表征，就會改變原有的組織環境、成分和性能，與原始的鑄造組織不具有可比性。而對于柱狀奧氏體晶粒而言，各晶粒長軸方向均為<100>方向，生長速度較快，僅鐵素體晶粒存在差異。因此，本發明提出一種建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法，可以避免奧氏體晶粒晶體取向變化帶來的影響，對研究鑄造奧氏體不銹鋼中超聲信號傳播機理、提高微小缺陷和損傷的檢測能力具有重要意義。

發明內容

本發明目的是提出一種建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法。它采用電子背散射衍射法對平板試樣表面及截面進行晶體取向分析，結合對應區域的超聲A掃描信號，建立單個奧氏體晶粒中不同鐵素體晶粒特征與聲衰減系數之間的對應關系。

本發明采用的技術方案是：建立鑄造奧氏體不銹鋼中鐵素體晶粒特征與超聲信號特征之間關系的方法，其特征是：利用宏觀金相法選取鑄造奧氏體不銹鋼的柱狀奧氏體晶粒區，并沿垂直于柱狀奧氏體晶粒生長方向切取薄板試樣；利用電子背散射衍射法測定薄板試樣表面區域的奧氏體晶粒晶體取向分布，并利用超聲脈沖回波法測定對應區域的A掃描信號；對上述區域沿厚度方向解剖并利用電子背散射衍射法測定奧氏體和鐵素體晶粒的晶體取向分布；選取沿板厚方向為單個奧氏體晶粒的位置，建立鐵素體晶粒特征與聲衰減系數之間的對應關系。具體步驟如下：

（1）利用高氯酸溶液對鑄造奧氏體不銹鋼管道壁厚方向截面進行腐蝕，獲取樣品沿壁厚方向上宏觀組織；

（2）確定柱狀奧氏體晶粒位置，并沿垂直于其生長方向切取厚度約為1.0 mm的薄板試樣；

（3）對步驟（2）中試樣打磨拋光后進行振動拋光，去除表面殘余應力；利用電子背散射衍射法測定試樣表面的奧氏體晶粒晶體取向分布；