[发明专利]一种高温构件剩余寿命现场快速测评方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温构件剩余寿命的测评方法，尤其是涉及一种基于硬度检测的高温构件剩余寿命现场快速测评方法。

背景技术

现代工业中，如电厂、石化等，有相当数量的装置工作在高温高压的环境下。这一类设备造价高，且大部分依靠进口。以高温炉管为例，炉管的投资约占炉子总投资的50-60％，耗钢量约占40-50％。因此通过寿命分析和管理，制定科学的维修规划，对于保证最大限度地提高资源利用率，实现生产设备的长周期安全运行至关重要。

近半个世纪以来，高温构件的寿命管理一直是学术界与工程界极为关注的课题。国外在高温构件寿命评价技术的研究起步早，目前已经步入高层次的探求，涉及的知识领域越来越广泛，且立足于综合的科学技术发展水平，进而发展了相对完备的工业技术规范。国内在这一领域的研究起步较晚，早期对高温构件的研究，集中在航天航空、冶金等行业，致力于材料的蠕变、持久强度试验及寿命外推。近年来，许多石化企业、发电行业的装置设备都已进入设计寿命末期，需要针对企业设备运行状况与生产需求，开发相关技术与工具方法。

目前工业界对高温构件的寿命评估与管理，主要是采用实际设备的现场取样，然后在实验室测量其损伤和剩余寿命方法，进而给出整个设备的剩余寿命推测。这一方法不仅会对实际运行设备产生较大损害，而且试验周期长，费用高，导致工业生产长时间中断，经济损失大。对于现有无损测量的技术方法，如密度法、电阻法、超声波能量衰减法等，主要是给出裂纹类缺陷的存在性检测，而对设备服役损伤导致的晶界孔洞、碳化物颗粒析出等，现有方法均不敏感，不能满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种无需中断生产、不会损害设备、且试验周期短费用低廉、相当敏感可满足要求的基于硬度检测的高温构件剩余寿命现场快速测评方法。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种高温构件剩余寿命现场快速测评方法，其特征是：包括以下步骤：

S1热处理获得不同老化损伤的试件

根据高温材料的时温等效原理，通过提高试验温度和试验时间等措施的加速试验方法，在实验室模拟设备服役一定时间条件下材料的老化情况；即对试验用材料，根据高温构件实际工作的温度和时间，采用常规热处理和热老化工艺进行老化热处理之后，将材料空冷到室温，取一部分制成若干个硬度测试试件；

S2测量材料在不同老化损伤下的硬度

采用标准硬度仪，对硬度测试试件按照国标GB4342-84在实验室进行硬度测试，每组试件3-5个，每一种工况试验至少3次，取平均值；

S3拉伸蠕变实验获得不同老化损伤试样的寿命参数

对老化热处理后的材料，取一部分制成的试件进行拉伸蠕变试验，获得剩余寿命、工作温度、强度极限的试验数据；

S4采用最小二乘法，拟合硬度-剩余寿命等参数的函数式

log(t_r)=a₁Hv²+a₂σ²+a₃T²+a₄HvTσ

+a₅HvT+a₆Hvσ+a₇Tσ+a₈           （1.1）

式中：结构剩余寿命（t_r）、硬度（Hv）、工作温度（T）以及强度极限（σ），a1,a2,a3,a4,a5,a6为拟合参数；

S5用实际结构材料做拉伸蠕变和硬度试验，获得修正系数，得到实际运行结构的硬度-剩余寿命标定曲线

采用标准硬度仪，截取一段实际高温构件材料做材料硬度、拉伸蠕变试验，得到结构剩余寿命（t_rs）、硬度（Hv_s）、工作温度（T_s）以及强度极限（σ_s）试验数据；然后与式（1.1）所得到计算硬度值Hv_j进行比较得出修正系数；

定义修正系数为：

η=Hv_s/Hv_j

最后得实际高温构件的硬度-剩余寿命标定曲线为：

log(t_r)=a₁(ηHv)²+a₂σ²+a₃T²+a₄ηHvTσ