[發明專利]一種耐熱鋼蠕變損傷微觀組織演化的定量化評估方法

在審

• 申請號: 202110797205.7
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113533674A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 顧寶蘭
• 申請（專利權）人: 中國特種設備檢測研究院
• 主分類號: G01N33/204
• 分類號: G01N33/204
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 丁彥峰

本發明公開了一種耐熱鋼蠕變損傷微觀組織演化的定量化評估方法，涉及材料檢測技術領域。包括以下步驟：1)、提取材料在高溫蠕變過程中對蠕變壽命有影響的微觀組織演化特征參量；2)、找出微觀組織演化特征參量隨溫度、時間變化的規律；3)、建立微觀組織演化特征參量與蠕變壽命表征特征參量LMP之間的變化關系曲線；4)、通過對給定材料在一定蠕變損傷狀態下的微觀組織演化特征參量進行分析，并根據變化關系曲線確定微觀組織演化特征參量所對應的LMP數值；5)、根據材料已知持久試驗數據以及LMP數值判斷材料的損傷程度，對材料的蠕變壽命進行定量化評價，對于減少設備的事故，保障設備長周期安全運行具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及材料檢測技術領域，具體涉及一種耐熱鋼蠕變損傷微觀組織演化的定量化評估方法。

背景技術

在超(超)臨界機組及其他石油化工和能源冶金等領域，很多金屬部件長期服役在高溫高壓條件下，其所用材料的內部組織和綜合力學性能都會隨時間的增加發生的巨大的變化，從而導致構件的壽命大幅度降低，最終導致失效破壞。而大多數高溫環境承載部件的失效是由高溫高壓作用引起的高溫蠕變所致。蠕變失效是高溫服役部件或設備最常見的一種失效形式，在蠕變過程中材料的損傷或老化是與時間相關的過程，如何預測高溫材料長時間運行后的損傷和剩余壽命是工程中必須解決的問題。如何對工業設備進行可靠的蠕變狀態檢測、對材料蠕變剩余壽命進行評估，以期盡早發現蠕變損傷嚴重區，快速有效地對蠕變損傷區進行分析及預測蠕變的剩余壽命，保證工業設備安全、穩定、長時間持續運行，已成為急需解決的實際問題。因此發展材料蠕變剩余壽命的評估方法，對材料早中期蠕變狀態進行科學檢測具有重大的意義。

而如何對部件蠕變狀態進行準確、可靠地評估對預測高溫部件蠕變壽命是至關重要的。為了最經濟地利用高溫部件，剩余壽命評價技術必須準確，同時工程上又要求其實施必須簡便。近年來國內外對高溫部件剩余壽命評價技術的研究投入了大量的人力和物力，提出了多種預測蠕變剩余壽命的方法，傳統對蠕變剩余壽命的評價方法歸納起來可大致可分為間接法和直接法兩類。直接法即非破壞檢查和破壞檢查兩類剩余壽命診斷技術，間接法即理論推導法。推導法和破壞檢查所需時間較長，而非破壞檢查可在較短時間，對較多部位進行診斷，且能定期監測。從工程應用方面來講采用非破壞檢查的方法預測高溫部件剩余壽命更為實用。非破壞檢查的方法主要包括：

(1)硬度變化測定法，硬度測定法是計量由于組織變化而引起變形抵抗能力(軟化現象)的方法。硬度測定法能夠掌握蠕變損傷的全過程，但由于數據分散及初期硬度的影響，需要對硬度進行定期監測，并對數據進行修正，以提高數據測定的精度。硬度測定法是測量部件的表面硬度，評價剩余壽命前要先建立對象材料其硬度變化與蠕變斷裂壽命、溫度一時間等所必要的相關數據。該方法簡單易行，用處較大。

(2)氧化層厚度測量法，高溫部件在蒸汽高溫高壓服役工況下，內壁會產生氧化層，氧化層的生長和厚度與溫度和時間有直接關系。對于服役管，可通過氧化層厚度測量推算金屬的溫度，并通過實際測量金屬壁厚計算管子的環向應力，通過相應的壽命評估方法如L-M法進行剩余壽命評估。

(3)金屬組織變化測定法，高溫部件在長期在高溫、應力和環境共同作用下服役，材料的微觀組織會發生變化，如碳化物的析出、蠕變空洞的增殖等等。金屬組織變化測定法就是通過測定組織的變化來評價部件的剩余壽命。這種方法需要事先搞清楚金屬組織變化與壽命之間的定量關系。目前比較成熟的法有A參數法、晶粒變形法、微結構法、另外還有空洞面積率法。由于A參數法和空洞面積率法均有可以有效的評價材料的蠕變剩余壽命，但一般往往在壽命的后期才會出現空洞，難于定量早期的損傷。而金相組織結構分類方法主要依據材料的組織變化，析出物的變化以及物理損傷來綜合定量壽命損耗。

因實際服役高溫部件的蠕變過程會受到多種因素的影響，原材料性能、服役時的溫度及應力條件等都會對蠕變壽命產生影響。以上每種評價方法都具有不同的優勢和局限性。

發明內容