[發明專利]一種基于臨界折射縱波技術的20號鋼高溫組織劣化無損評價方法

在審

• 申請號: 202010008182.2
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111141821A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 陳軍;馬海濤;羅忠兵;宋紹坤;周干成;田旭海
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/12;G01N29/44;G01N29/48
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于臨界折射縱波技術的20號鋼高溫組織劣化無損評價方法，屬于無損評價技術領域。利用非線性參數測量系統，選擇合適的檢測參數和檢測模式，首先在實驗室測量不同珠光體球化級別(組織劣化級別)樣品的非線性參數，制作標定的珠光體球化級別(組織劣化級別)?非線性參數相對關系圖，然后利用非線性參數測量系統，采用與制作標定圖相同的檢測參數和檢測模式，測量待評部件的非線性參數，將其與標定圖對比或輸入20號鋼組織劣化評價系統，定性地評價20號鋼組織劣化狀態。本發明在不破壞待評部件完整性的情況下，能夠對20號鋼材料的待評部件較大范圍內珠光體球化狀態進行快速、準確地無損評價。

技術領域

本發明屬于無損評價技術領域，涉及到20號鋼高溫服役過程的組織劣化，特別涉及到20號鋼高溫組織劣化的無損評價方法。

背景技術

20號鋼是指含碳量為0.2wt.％C的珠光體耐熱鋼，是石化裝置和熱電行業中最常用的低碳珠光體鋼之一，主要用于壁溫≤450℃的蒸汽管道、壁溫≤500℃的受熱面管子、集箱、水冷壁管以及省煤器管等，其原始組織為鐵素體+珠光體。

20號鋼長期在高溫環境下服役的過程中，組織會發生劣化，導致材料的力學性能下降，使用壽命縮短，甚至會在服役期間出現孔洞、裂紋等損傷，導致部件發生穿孔或開裂等失效行為，存在重大安全隱患，因此，快速有效準確地確定20號鋼服役過程的組織劣化程度，對保障安全生產具有極為重要的意義。

珠光體組織是鐵碳合金最基本的五種組織之一，是片狀鐵素體和片狀滲碳體交替相間的層片狀復相組織。所有的珠光體耐熱鋼，在長期高溫環境下服役的過程中，最常見的組織劣化形式是層片狀珠光體組織中片狀滲碳體的球化、聚集和長大，這是由于珠光體組織中片狀滲碳體是不穩定的，其變化趨勢是球狀化，以保持體系較低的能量狀態。在低溫(如室溫)條件下，由于原子擴散條件差，片狀滲碳體的球化過程是極為緩慢的，甚至可以認為是不會球化的，當溫度升高后，借助于外界提供的熱激活能，為原子擴散創造了有利條件，滲碳體就自發地球化、聚集和長大，這個過程稱為珠光體的球化。珠光體球化程度越嚴重，鋼的力學性能下降的越明顯。根據特種設備安全技術規范TSG D0001-2009《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》規定，珠光體耐熱鋼典型的組織劣化形式就是珠光體球化。

根據現行的行業標準DL/T 674-1999《火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準》，20號鋼珠光體球化程度分為5級：未球化為1級，傾向性球化為2級，輕度球化為3級，中度球化為4級，完全球化為5級，表1為20號不同級別的珠光體球化時的組織特征，表2為20號鋼不同級別珠光體球化時常溫力學性能的變化，圖1～5分別為20號鋼不同級別珠光體球化時的金相圖片。

表1 20號鋼不同級別珠光體球化時的組織特征

表2 20號鋼不同級別珠光體球化時的常溫力學性能(平均值)

從表1中可以看出，20號鋼球化后，塑性變化不大，甚至還有提高，但強度大大下降，這對其安全服役造成了重大隱患。

目前判斷20號鋼珠光體球化級別是采用金相觀察法，對待評部件進行打磨、拋光、腐蝕、復膜后在金相顯微鏡下觀察，給出相應的球化級別，這種方法存在以下問題：

1、程序繁瑣，周期長：采用金相觀察法評定20號鋼珠光體球化級別需要對待評部件進行砂輪粗磨、不同型號砂紙精磨、拋光、腐蝕、復膜、觀察等過程，周期較長，且在現場不易實施，有時還需要采取破壞性切割等取樣方式；

2、可評范圍小：金相觀察法只能對有限的打磨部位進行觀察評定，且只能局限于部件表面，不能說明部件內部及其他部位的球化情況；

3、對操作者的要求高，精磨過程、拋光過程、腐蝕、復膜過程是否適當，以及不同的觀察者對金相圖譜的不同理解等，都會對評定結果造成較大影響；