[發明專利]一種馬氏體耐熱鋼的剩余壽命評估方法

在審

• 申請號: 201910986910.4
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110907475A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 張作貴;田根起;王崢;侍克獻;趙雙群;王延峰
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N23/20
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種馬氏體耐熱鋼的剩余壽命評估方法。目前對在役鍋爐材料的壽命預測常用到的檢測手段，在檢測可靠性和準確性方面存在不足。本發明首先設計一組馬氏體耐熱鋼在實驗室模擬服役過程中的溫度和應力條件，獲得不同試驗條件下馬氏體耐熱鋼試樣的組織損傷特征參量與材料壽命損耗率之間的對應關系。對實際服役過程中馬氏體耐熱鋼高溫部件的組織損傷進行定量化分析，獲得相應的特征參量值，代入該馬氏體耐熱鋼的組織損傷參量與壽命損耗率的關系式，得出該服役馬氏體耐熱鋼高溫部件的壽命損耗率，并進一步計算出其剩余壽命。

技術領域

本發明涉及一種馬氏體耐熱鋼的剩余壽命評估方法，具體是基于組織損傷特征參量分析的馬氏體耐熱鋼高溫部件的剩余壽命評估方法，屬于火力發電設備材料領域。

背景技術

馬氏體耐熱鋼具有較高的強度、硬度，以及良好的高溫抗氧化性和抗煙氣腐蝕性能，已廣泛應用于火力發電設備高溫部件材料。近些年來，我國已相繼投運了1000臺以上的300MW亞臨界鍋爐、600臺以上的600～660MW超(超)臨界鍋爐、100臺以上的1000MW超超臨界鍋爐。但是在火力發電機組長期服役過程中，馬氏體耐熱鋼等高溫部件由于受蠕變、疲勞、腐蝕等單個或多個因素的損傷，在組織結構上也會產生多種不同的變化。長期運行過程中機組高溫部件的失效是影響電廠安全、經濟運行的主要因素之一，其安全穩定運行與否直接關系到整個電廠的安危。因此，通過分析馬氏體耐熱鋼鍋爐管道等電站高溫部件材料在長期服役過程中的組織損傷程度，根據材料的組織損傷狀態提前進行機組壽命管理，對保證火力發電機組的安全運行具有非常重要的意義。

目前對在役發電設備材料的壽命預測常用到的檢測手段為一般基于硬度、室溫和高溫拉伸性能檢驗、氧化皮檢驗等手段，在檢測可靠性和準確性方面存在某些不足。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種更加準確有效的基于組織損傷特征參量分析的馬氏體耐熱鋼高溫部件剩余壽命評估方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種馬氏體耐熱鋼的剩余壽命評估方法，其主要特點在于根據透射電鏡(TEM)下分析獲得的馬氏體耐熱鋼試樣的馬氏體板條寬度與材料壽命損耗率之間對應趨勢關系，通過對服役過程中馬氏體耐熱鋼高溫部件的微損取樣和試樣的組織損傷特征參量分析，從而計算出該服役高溫部件的剩余壽命。

具體步驟為：

對馬氏體耐熱鋼試樣進行不同工況下的持久性能試驗，在不同工況下不同時間進行取樣；

根據試驗數據計算馬氏體耐熱鋼的壽命損耗率；

對取樣進行測量，測量馬氏體板條的平均寬度作為組織損傷特征參量；

建立組織損傷特征參量與壽命損耗率的對應趨勢關系；

對服役的馬氏體耐熱鋼局部取樣，測量局部取樣的馬氏體板條寬度，根據組織損傷特征參量與壽命損耗率的對應關系計算剩余壽命。

其中，持久性能試驗為在實驗室條件下開展馬氏體耐熱鋼試樣在服役溫度下5檔應力的持久性能試驗，最長試驗時間為3.3萬小時；每一應力下，分別在試驗時間達到3000小時、5000小時、10000小時和20000小時中止試驗，進行中間取樣。

壽命損耗率模型建立：在同一溫度和應力條件下對應的試樣持久斷裂時間(即試樣在該溫度和應力下的實際壽命)定義為t_a，實際持久試驗時間為t，則對應該試驗時間t的實際壽命損耗率為m＝t/t_a。根據上述定義，對于原始態試樣，t＝0，其壽命損耗率為0；對于持久斷裂試樣，t＝t_a，則試樣斷裂時其壽命損耗率為1。