[发明专利]一种基于低温破断断口评估高温蠕变损伤的方法

说明书

本发明的一种基于低温破断断口评估高温蠕变损伤的方法，包括取样、可槽、冷却、冲断和观察等步骤，通过以服役后焊接接头、服役后母材和未服役焊接接头作为试样材料，进行低温断裂和室温断裂试验，得到不同的蠕变损伤情况、化学成分信息对照数据，从而进行高温蠕变损伤的评估，具有揭示了蠕变孔洞的真实形态、显示蠕变孔洞和孔洞内的颗粒的特点，便于表征和量化蠕变损伤、提供有关蠕变孔洞和孔洞内碳化物和夹杂的化学成分信息，同时，不仅适用于Co‑Mo钢，也适用于其他铁素体基、珠光体基、贝氏体基、奥氏体基等耐热钢种的蠕变损伤评估。

技术领域

本发明涉及超期服役主蒸汽管道、汽轮机转子、乙烯裂解炉管、废热锅炉等高温能源装备的蠕变损伤评估方法，尤其是一种基于低温破断断口评估高温蠕变损伤的方法，为超期服役高温能源装备的损伤状态进行定量的分析，同时为剩余寿命预测及延寿决策提供参考。

背景技术

目前，我国大量火电、石化等能源机组运行时间已经临近甚至超过其初始设计寿命，工厂为平衡安全性及经济性因素，迫切的需要开展能源机组剩余寿命评估工作，以便制定延寿运行、停机更换、整体退役等决策。

蠕变损伤是指材料与结构在外载和温度作用下，由于细观结构的缺陷(如微裂纹、微孔洞等)引起的劣化过程，主要体现为组织结构转变、析出物粗化、蠕变孔洞萌生-长大-聚合等变化。

Cr-Mo钢高温压力管道焊接接头过早的蠕变失效造成泄漏，进而导致一系列灾难性故障和事故已经引起了广泛的社会关注，因此其焊接接头的蠕变损伤状态关系到我国火力发电厂高温压力管道结构完整性和适用性。大多数厚壁Cr-Mo钢蒸汽管道中的SA焊接接头都采用“V”形或双“V”形焊缝几何结构，交货状态为调质和焊后热处理(N&T PWHT)。蠕变损伤集中在焊缝多道焊边界和熔合线附近的组织不连续位置，通常在母材中不会观察到损伤。研究表明，Cr-Mo钢管道焊接接头的过早失效与焊接接头微区非均匀蠕变损伤直接相关，损伤是由蠕变相关机制引起和传播的。Cr-Mo钢高温压力管道的蠕变损伤涉及蠕变孔洞、微裂纹和宏观裂纹等物理退化，是一个严重导致Cr-Mo钢高温压力管道失效的寿命限制因素。因此，确定和评估蠕变损伤的可靠方法对于确保Cr-Mo钢高温压力管道安全运行和提供在役损伤状态的基本信息、对于评估Cr-Mo钢高温压力管道剩余寿命和决定是否运行、维修或更换是必不可少的。

虽然超声波技术被推荐为评估蒸汽管道蠕变损伤的主要方法，但人们发现这种方法并不总是完全可行的。目前的超声技术在早期检测蠕变损伤方面存在着很大的技术困难。因此，通常有必要超越超声波识别蠕变损伤的能力。传统的光学金相评估方法已成功地应用于蠕变损伤的评估，然而这需要研究人员在试样制备和表征方面具备较高水平。试样制备过程中的人为因素也会导致对损伤的错误解释，从而导致对管道蠕变损伤状态和结构完整性的错误评估。此外，光学显微镜放大倍数和景深方面的限制可能对精准评估造成重大影响。

因此，本专利提出一种新的蠕变损伤评估方法—“低温断裂”法，用于表征和量化高温部件中的蠕变损伤程度。常规的评估手段室温、高温和蠕变持久断口都不同程度的引入塑性变形产生的韧窝，容易造成误解，对评估蠕变损伤产生不利影响。“低温断裂”方法的原理是将服役过程中的产生的蠕变损伤与其他因素引起的断裂特征分开。这允许评估蠕变孔洞和服役受损的晶界，并允许对损伤程度进行定量表征；其借助于扫描电镜的高分辨率和增强的景深功能。此外，定向能谱仪还可以提供有关蠕变孔洞和孔洞周围颗粒的化学信息。“低温断裂”方法不依赖于研究人员的金相技术水平，因此对试样制备技术和试验过程造成的偏差不敏感。

发明内容

本发明针对上述问题，克服现有技术存在的缺陷，有效的解决现有的蠕变损伤评估方法难以表征、量化等问题，公开了一种基于低温破断断口评估高温蠕变损伤的方法。

具体的技术方案如下：

一种基于低温破断断口评估高温蠕变损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取样：从高温部件的蠕变损伤待评估部位中提取方形棒，作为试样；