基于第二相析出行为评价服役TP347HFG钢管老化状态的检测方法与流程

本发明涉及钢材料检测，具体涉及一种基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法。

背景技术：

1、随着我国电力需求的不断增长以及节能减排要求的逐步提高，清洁、高效、大容量超(超)临界火电机组建设与运行势头迅猛。作为超(超)临界锅炉高温过热器、再热器管常用金属材料，tp347hfg耐热钢是在18cr-10ni钢的基础上通过成分调整和工艺改进得到的一种细晶奥氏体耐热钢，其晶粒度范围在7～10级，在高温服役状态下，该钢具有优良的晶粒尺寸稳定性，细小的奥氏体晶粒不仅可产生细晶强化效应，同时也可保持钢管的抗蒸汽氧化能力。

2、通常，超超临界机组耐热钢钢管的设计寿命为十万小时。但由于制造过程中可能产生的缺陷，以及长期在高温、高压恶劣环境下服役时的组织快速老化，往往实际服役情况与预期有较大出入。目前，国内外对tp347hfg耐热钢管老化的研究大多集中于mx(m＝nb,v；x＝c,n)、m23c6(m＝cr,ni,fe)等第二相析出粗化、奥氏体晶粒异常长大及其对钢管力学性能的影响上。相关研究表明，随着服役时间的延长，tp347hfg耐热钢管中第二相颗粒的析出与熟化加剧，显微组织老化严重，服役可靠性降低。一般地，服役态tp347hfg耐热钢管的性能衰减主要源于第二相的析出粗化与奥氏体晶粒的(异常)快速长大。例如，文献(邹杰,孙兰,张弘，等，高温短时时效对tp347hfg钢组织和力学性能的影响[j].热加工工艺,2019,48(12):116-119)探究了高温时效过程中tp347hfg耐热钢管显微组织与力学性能的演变，发现在720℃时效温度下，部分奥氏体晶粒会出现异常长大，奥氏体晶内第二相长大不明显，而晶界处的第二相颗粒快速长大、聚集。该耐热钢的强度和硬度在时效72h时达到最大值，随后逐渐降低。服役初期，tp347hfg耐热钢奥氏体晶界、晶内析出的m23c6第二相颗粒的析出较少，产生显著的弥散强化(orowan强化)效应。而随着服役时间的延长，第二相颗粒持续析出、粗化(ostwald熟化)，导致tp347hfg耐热钢的强度与塑、韧性明显下降。

3、相似地，近年来，在对一些长期高温高压下服役的tp347hfg耐热钢管部位的理化检验中发现，钢管的老化往往伴随着第二相颗粒的析出粗化与奥氏体晶粒长大。基于金属学原理，伴随着晶粒异常长大，细晶强化效应减弱，钢管的力学性能降低。此外，长期服役过程中，tp347hfg耐热钢管奥氏体晶界会有第二相颗粒的析出聚集长大现象，也势必对力学性能产生一定的影响，这两者的综合作用下，决定了钢管性能变化趋势。但在某些服役条件下，奥氏体晶粒异常长大现象不明显，此时，第二相颗粒的析出对其力学性能的影响较大，因此精确揭示长期服役晶内、晶界第二相析出行为对tp347hfg钢管力学性能的影响规律是很有必要的，对于后续开展tp347hfg耐热钢管服役可靠性的研究及运行安全性评价具有指导意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何快速评价tp347hfg钢管服役状态，预测长期服役tp347hfg钢管的力学性能。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

3、一种基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，包括以下步骤：

4、s1、在供货态tp347hfg钢管上取拉伸试样和金相试样，对拉伸试样和金相试样进行热处理制备tp347hfg钢管试样；

5、s2、对tp347hfg钢管试样进行不同的时效处理，观察第二相析出行为变化；

6、s3、测试s2中相应时效状态下tp347hfg钢管试样力学性能；

7、s4、结合s2和s3，建立第二相析出行为与力学性能变化的对应关系，确定不同时效状态下第二相析出行为对tp347hfg钢管老化状态的影响趋势，根据t1(c+lgt1)＝t2(c+lgt2)评价服役tp347hfg钢管老化状态，t1、t2分别为时效处理的温度和服役的温度，单位为k，t1、t2分别为时效处理的时间和服役的时间，单位为h，c为常数15。

8、优选地，在s1中，所述拉伸试样包括室温拉伸试样和高温拉伸试样；室温拉伸试样尺寸参照gb/t 228.1-2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》制备；高温拉伸试样尺寸参照gb/t 228.2-2015《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》制备；所述金相试样尺寸为5mm×5mm×5mm。

9、优选地，在s1中，所述热处理包括在1180℃下保温10min后水冷。

10、优选地，在s1中，还包括利用cmt5105型微机控制电子万能试验机对拉伸试样进行拉伸处理，轴向拉长6％，然后再进行热处理。

11、优选地，在s1中，取多个拉伸试样和多个金相试样。

12、优选地，在s2中，进行不同的时效处理是指不同的试样在同一温度下进行不同时间的时效处理。

13、优选地，在s2中，在650℃下进行时效处理。

14、优选地，在s2中，不同的时效处理的时间为0h、100h、300h、500h、1000h、3000h中的一种。

15、优选地，在s2中，时效处理后还包括将所有试样分别使用400#、800#、1500#砂纸依次打磨，金相试样打磨之后采用2.5μm金刚石研磨膏抛光试样，再用浓盐酸、浓硝酸、水的体积比1:1:1配置的腐蚀剂腐蚀，在mr 3000型光学显微镜和jsm-6490型扫描电镜下观察其第二相析出行为变化。

16、优选地，在s3中，采用cmt5105型微机控制电子万能试验机测试力学性能，包括室温拉伸性能和高温拉伸性能，室温拉伸时横梁位移速率为2mm/min，高温拉伸包括将试验机附带的电阻炉升温至600℃后，将试样随同挂具移入炉中，待电阻炉再次升温至600℃后，保温20min，然后施加载荷，横梁位移速率为0.6mm/min。

17、优选地，上述每种状态样品测试3组，取平均值。

18、优选地，在s1中，取36个拉伸试样和6个金相试样。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明通过特殊工艺制备不同晶粒度的tp347hfg钢管试样，基于larson-miller公式(p＝t(c+lgt),p为老化函数，t、t分别为时效(服役)温度与时间，单位分别为k和h，c为常数15)，利用时效处理模拟实际服役情况，时效过程中晶粒并未发生异常长大，基本保持不变，观察不同时效状态的样品的第二相析出行为，并测试相应时效状态下tp347hfg钢管试样力学性能，从而建立第二相析出行为与力学性能变化的对应关系，预测tp347hfg耐热钢管服役老化状态的趋势，本发明可以基于第二相析出行为确定服役tp347hfg钢管的老化阶段，实时快速评价其服役状态，预测长期服役tp347hfg钢管的力学性能，为超超临界机组金属监督与管理维护提供技术支持，以加强超超临界机组的监督维护，保障机组运行安全。

技术特征：

1.一种基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s1中，所述拉伸试样包括室温拉伸试样和高温拉伸试样；室温拉伸试样尺寸参照gb/t 228.1-2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》制备；高温拉伸试样尺寸参照gb/t 228.2-2015《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》制备；所述金相试样尺寸为5mm×5mm×5mm。

3.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s1中，所述热处理包括在1180℃下保温10min后水冷。

4.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s1中，还包括利用cmt5105型微机控制电子万能试验机对拉伸试样进行拉伸处理，轴向拉长6％，然后再进行热处理。

5.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s2中，在650℃下进行时效处理。

6.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s2中，不同的时效处理的时间为0h、100h、300h、500h、1000h、3000h中的一种。

7.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s2中，时效处理后还包括将所有试样分别使用400#、800#、1500#砂纸依次打磨，金相试样打磨之后采用2.5μm金刚石研磨膏抛光试样，再用浓盐酸、浓硝酸、水的体积比1:1:1配置的腐蚀剂腐蚀，在mr 3000型光学显微镜和jsm-6490型扫描电镜下观察其第二相析出行为变化。

8.根据权利要求1所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s3中，采用cmt5105型微机控制电子万能试验机测试力学性能，包括室温拉伸性能和高温拉伸性能，室温拉伸时横梁位移速率为2mm/min，高温拉伸包括将试验机附带的电阻炉升温至600℃后，将试样随同挂具移入炉中，待电阻炉再次升温至600℃后，保温20min，然后施加载荷，横梁位移速率为0.6mm/min。

9.根据权利要求8所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：上述每种状态样品测试3组，取平均值。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的基于第二相析出行为评价服役tp347hfg钢管老化状态的检测方法，其特征在于：在s1中，取36个拉伸试样和6个金相试样。

技术总结本发明公开了一种基于第二相析出行为评价服役TP347HFG钢管老化状态的检测方法，包括：在供货态TP347HFG钢管上取拉伸试样和金相试样，热处理后制备TP347HFG钢管试样；对TP347HFG钢管试样进行不同的时效处理，观察第二相析出行为变化；测试相应时效状态下TP347HFG钢管试样力学性能；建立第二相析出行为与力学性能变化的对应关系，确定不同时效状态下第二相析出行为对TP347HFG钢管老化状态的影响趋势，根据T<subgt;1</subgt;(C+lgt<subgt;1</subgt;)＝T<subgt;2</subgt;(C+lgt<subgt;2</subgt;)评价服役TP347HFG钢管老化状态，T<subgt;1</subgt;、T<subgt;2</subgt;为时效和服役的温度，单位为K，t<subgt;1</subgt;、t<subgt;2</subgt;为时效和服役的时间，单位为h，C为15。技术研发人员：程翔,汤文明,鲍峥,孙思嘉,徐鹏程,张洁,金莎莎,陈晓露受保护的技术使用者：安徽新力电业科技咨询有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1