本发明涉及分析检测技术领域，尤其涉及一种基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法。
背景技术：
火力发电机组高温设备在高温、高压下长期运行，其材料内部会发生组织老化和蠕变损伤，这些损伤的不断积累导致了裂纹的产生和扩展，直至最后发生破裂。近些年来，随着国内火电机组蒸汽参数的提高，机组长期运行过程中的高温高压环境、以及机组频繁参与调峰造成蒸汽温度和压力的波动，使锅炉蒸汽管道产生较大的材料损伤和性能衰退，如果不能及时、准确地发现这些部件材料性能衰退情况，其导致的失效行为将严重影响电厂的安全运行和经济效益。通常用于寿命预测的方法有larson-miller参数法、orr-sherby-dom法、manson-haferd法，这些方法均需在较高温度下开展大量的加速持久蠕变试验，获得蠕变持久性能数据，根据相关的时间-温度参数模型来推断在较低温度下、较低应力下的长时数据。
cn101710053a公开了一种高温材料的蠕变寿命预测方法，该高温材料的蠕变寿命预测方法的步骤为：获取不同温度下材料性能的数据，每个试验点数据包括温度、应力和断裂时间；把试验数据按式计算出每个试验应力下相对应的p值；进行lh参数法曲线回归，得到lh回归曲线的主曲线；在回归主曲线上，求出在不同温度、不同应力情况下的蠕变寿命。
cn110083857a公开了一种奥氏体耐热钢磁性转变及氧化皮寿命评估方法，包括数据采集：实时对服役的奥氏体耐热钢的磁性以及氧化皮厚度进行检测，获取磁性变化以及氧化皮厚度变化数据；失效检测：奥氏体耐热钢失效时进行失效磁性以及氧化皮厚度进行检测，获取磁性阈值以及氧化皮厚度阈值；拟合分析：根据奥氏体耐热钢的磁性变化以及氧化皮厚度变化数据进行拟合分析，获取磁性与氧化皮厚度在时间轴上的拟合关系曲线；寿命评估：检测服役中的奥氏体耐热钢的磁性强度确定其对应的时间点，寿命阈值时间点减去已服役时间点即为奥氏体耐热钢的剩余寿命。
cn112307608a公开了一种奥氏体不锈钢管道非线性疲劳损伤寿命评估处理方法，该方法包括以下步骤：s1、定义待评估的管道材料的疲劳损伤模型；s2、疲劳损伤关联分析；s3、计算不同载荷步下的疲劳损伤关联分析，以获得等效运行次数，累加计算疲劳损伤，直至损伤等于1；统计计算疲劳寿命。
但上述这些寿命预测方法不仅需要较长的时间和较大的资金投入，而且由于未考虑材料内部的组织损伤累积，预测结果也会出现较大偏差。
因此，需要开发一种新的奥氏体钢的剩余寿命预测方法。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法，所述寿命评估方法通过将奥氏体的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命关联，仅需对待测样品进行电子背散射衍射测试即可计算得到奥氏体钢的剩余寿命，无需大量取样，显著缩短了分析时间，能够从微观组织层面评价奥氏体钢的剩余寿命，提高了寿命预测的精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法，所述寿命评估方法包括：
(1)构建奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的对应关系；
(2)检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
发明人通过发现奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的关系，从而构建了一套新的奥氏体钢的剩余寿命预测方法，并且在马氏体钢上并未发现如此高的规律，从而显著改善了目前火电机组中奥氏体钢的剩余寿命检测方法。相较于现有方法，无需大量的取样，大大缩短了分析时间，不但提高了寿命预测精度，还节约了大量试验时间和资金投入，可为电厂创造较为可观的经济效益。
优选地，步骤(1)所述奥氏体钢寿命包括绝对寿命或相对寿命。
本发明所述奥氏体钢寿命包括绝对寿命，即实际损耗寿命，以时长计，例如可以是小时、天等，一般以小时计；也可以用相对寿命表示，例如可以是寿命损耗率等，以％计。
优选地，步骤(1)所述奥氏体钢寿命为已经损耗的寿命。
而本发明中步骤(3)计算得到的寿命为奥氏体钢的剩余寿命，通过已经服役的时长以及上述方法计算得到的损耗率，来预估奥氏体钢的剩余寿命。
优选地，步骤(1)所述构建包括：检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角。
优选地，步骤(1)所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域晶粒取向差角的平均值。
本发明优选计算整个奥氏体钢中选择的不同分析区域晶粒取向差角的平均值，提高关联和预测的准确性。
优选地，步骤(1)所述检测为利用电子背散射衍射进行检测。
发明人基于电子背散射衍射(ebsd)技术获得材料组织损伤定量化分析数据，通过组织损伤定量化数据与寿命损耗模型来计算奥氏体耐热钢高温部件的寿命损耗和剩余寿命。高温、高压下长期运行后，材料内部的组织损伤程度反映了温度、应力和时间的综合作用，利用组织损伤定量化数据与材料寿命损耗模型，可直接进行长期服役过程中高温部件材料的剩余寿命评估。ebsd是通过扫描电镜下电子束扫描样品获得的电子衍射花样来测量样品晶体取向的一种微束分析技术。它可以给出材料内部的晶粒取向分布图，据此可进一步获得材料内部一定区域的晶粒取向差角的定量化数值。奥氏体耐热钢中ebsd平均取向差角值与高温、高压下长时服役后材料内部的变形、疲劳和/或蠕变引起的机械损伤程度有很好的相关性。
本发明对电子背散射衍射的微束分析仪器以及仪器参数没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于进行微束分析的仪器以及仪器参数，也可根据实际情况进行调整。
步骤(1)所述奥氏体钢包括tp304h、316l、s30432、tp310hnbn、tp347h或tp347hfg等。
优选地，步骤(1)所述对应关系为：根据奥氏体钢的晶粒取向差角以及对应的寿命，拟合得到的方程式。
本发明优选采用的拟合方法为最小二乘法，也可采用其他可行的拟合方法进行。
优选地，步骤(1)所述方程式为一元一次方程。
优选地，步骤(1)不同寿命的奥氏体钢包括经不同温度、不同压力和不同时间条件处理过的奥氏体钢。
本发明对所述温度、压力和时间处理的条件没有特殊限制，采用本领域常用的对奥氏体钢进行持久试验的条件即可，也可根据实际情况进行调整。
优选地，步骤(2)所述待测奥氏体钢包括火电机组奥氏体钢。
本发明所述奥氏体钢优选为火电机组奥氏体钢，例如可以是电厂服役亚临界机组或超(超)临界锅炉蒸汽管道等，能够为火电机组的寿命预测提供强有力的方法，测得高温、高压下长期服役后奥氏体耐热钢材料的寿命损耗率和剩余寿命。
优选地，所述奥氏体钢为奥氏体耐热钢。
优选地，步骤(2)所述待测奥氏体钢的检测方法与步骤(1)的检测方法相同。
本领域技术人员应当明了，采用相同的检测方法，确保待测样品的检测与前期对应关系的关联步骤相同，保障评价的单一性，提高寿命预测的准确性和精度。
优选地，所述寿命评估方法包括如下步骤：
(1)利用电子背散射衍射的微束分析检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角，所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域的晶粒取向差角的平均值，构建奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的对应关系，所述对应关系为：根据奥氏体钢的晶粒取向差角以及对应的寿命，拟合得到的方程式；
(2)利用电子背散射衍射的微束分析检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法不需要大量的取样，大大缩短了分析时间；
(2)本发明提供的基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法提高了寿命预测精度，节约了大量试验时间和资金投入，可为电厂创造较为可观的经济效益；
(3)本发明提供的基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法可以利用奥氏体耐热钢中取向差角平均值与寿命损耗模型，直接获得奥氏体耐热钢的寿命损耗率，进而计算出奥氏体高温部件的剩余寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1中样品1的ebsd检测图。
图2是本发明实施例1中样品3的ebsd检测图。
图3是本发明实施例1中样品9的ebsd检测图。
图4是本发明实施例1中拟合的取向差角平均值与寿命损耗率之间的关系图。
图5是本发明实施例1中待测样品的ebsd检测图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
本实施例提供一种基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法，所述寿命评估方法包括如下步骤：
(1)利用电子背散射衍射的微束分析检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角，所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域的晶粒取向差角的平均值，构建奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的对应关系，所述对应关系为：根据奥氏体钢的晶粒取向差角以及对应的寿命，拟合得到的方程式；
(2)利用电子背散射衍射的微束分析检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
实施例1
本实施例提供一种基于电子背散射衍射的tp304h奥氏体不锈钢的寿命评估方法，所述寿命评估方法包括如下步骤：
(1)利用电子背散射衍射的微束分析检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角，所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域的晶粒取向差角的平均值；其实验条件以及测得的取向差角的平均值如表1所示。
表1
表1中“/”表示未进行持久试验。
上述表1中样品1、样品3和样品9的ebsd取向差角分布图分别如图1～3所示，从图中可以看出，未经持久试验的tp304h奥氏体不锈钢晶粒取向差角分布更加均匀，取向差角平均值较小，而随着持久试验时长的增加，tp304h奥氏体不锈钢晶粒取向差角分布越来越不均匀，且取向差角平均值逐渐增加。
根据表1中最后两栏的数据构建一元一次方程，并进行拟合，得到如图4所示的关系图，其拟合方程为y＝0.063x 0.52，其中y代表取向差角的平均值，x代表奥氏体钢寿命的损耗率，拟合方程的r2＝0.98，表明方程拟合结果良好。
(2)利用电子背散射衍射的微束分析检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
具体如下：
针对某电厂超临界机组长期服役8.3万小时后的tp304再热蒸汽管道试样，通过ebsd分析技术获得ebsd取向差角分布图，如图5所示。经ebsd分析软件处理后，该长期服役8.3万小时后tp304奥氏体耐热钢的取向差角平均值为2.85，将其代入tp304h奥氏体不锈钢的取向差角平均值与寿命损耗率的关系式y＝0.063x 0.52，可计算出其寿命损耗率为0.38，从而获得该长期服役tp304再热蒸汽管道的剩余寿命为13.54万小时，传统的l-m方法得到的预测寿命12.8万小时，本发明的方法与传统的l-m方法的预测结果相差在6％以内。
本实施例可预测同类tp304h奥氏体不锈钢的剩余寿命，例如可以是国内电厂大量服役亚临界机组或超(超)临界锅炉蒸汽管道上的不锈钢。
本发明提供的基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法还可应用在316l、s30432、tp310hnbn、tp347h或tp347hfg等不同的钢种类上，应用在不同的奥氏体不锈钢上时，拟合得到的曲线不同，但均可实现与实施例1类似的关联关系。
对比例1
本对比例提供cn110083857a中具体实施方式中的奥氏体耐热钢的评估方法。
该对比例提供的方法需要同时检测氧化皮厚度和磁性两个物理量，检测方法更复杂。
对比例2
本对比例提供cn101710053a中实施例1提供的高温材料的蠕变寿命预测方法。
该对比例提供的方法检测方法复杂，取样多，测试时间长。
对比例3
本对比例一种基于电子背散射衍射的sus410马氏体不锈钢寿命的评估方法，具体流程与实施例1相同。
对比例3的步骤(1)构建模型过程中发现马氏体不锈钢的寿命与取向差角平均值并无特定关系，难以通过取向差角平均值评述预测该sus410马氏体不锈钢的寿命。
综上所述，本发明提供的基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法拟合方程的r2＝0.98，拟合结果良好，能够很好地反应奥氏体钢寿命损耗率与取向差角的平均值之间的关系，无需大量取样，显著缩短了分析时间，能够从微观组织层面评价奥氏体钢的剩余寿命，预测的精度同样显著提高，应用在火电机组中大大降低了奥氏体耐热管发生爆管的风险，保证了奥氏体耐热管的正常工作。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
1.一种基于电子背散射衍射的奥氏体钢的寿命评估方法，其特征在于，所述寿命评估方法包括：
(1)构建奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的对应关系；
(2)检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述构建包括：检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角。
3.根据权利要求2所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域晶粒取向差角的平均值。
4.根据权利要求2所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述检测为利用电子背散射衍射进行检测。
5.根据权利要求4所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述奥氏体钢包括316l、tp304h、s30432、tp310hnbn、tp347h或tp347hfg。
6.根据权利要求5所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述对应关系为：根据奥氏体钢的晶粒取向差角以及对应的寿命，拟合得到的方程式。
7.根据权利要求1～6任一项所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)所述方程式为一元一次方程。
8.根据权利要求1～7任一项所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)不同寿命的奥氏体钢包括经不同温度、不同压力和不同时间条件处理过的奥氏体钢。
9.根据权利要求1～8任一项所述的寿命评估方法，其特征在于，步骤(2)所述待测奥氏体钢包括火电机组奥氏体耐热钢。
10.根据权利要求1～9任一项所述的寿命评估方法，其特征在于，所述寿命评估方法包括如下步骤：
(1)利用电子背散射衍射的微束分析检测不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向，计算不同寿命下奥氏体钢的晶粒取向差角，所述晶粒取向差角为奥氏体钢不同分析区域晶粒取向差角的平均值，构建奥氏体钢的晶粒取向差角与奥氏体钢寿命的对应关系，所述对应关系为：根据奥氏体钢的晶粒取向差角以及对应的寿命，拟合得到的方程式；
(2)利用电子背散射衍射的微束分析检测待测奥氏体钢的晶粒取向，计算待测奥氏体钢的晶粒取向差角；
(3)根据步骤(1)所述对应关系，计算得到待测奥氏体钢的剩余寿命。
技术总结