专利名称：一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料检测领域，具体涉及一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法及系统。
背景技术：
双相不锈钢具有奥氏体和铁素体的双相组织，具有高的强度、好的耐腐蚀和开裂性能以及优异的焊接性能，广泛应用于核能、石油和化工等工业领域。然而，双相不锈钢部件在30(T50(TC温度范围内长期使用，会发生热老化从而导致材料的力学性能发生劣化，表现为材料的冲击韧性下降，耐腐蚀性能变差以及疲劳寿命缩短等。这不仅会使部件的使用寿命缩短，还会增加部件或设备的不安全性。压水堆核电站中的一回路主管道、主泵泵壳、阀门等均采用双相不锈钢，热老化给双相不锈钢部件带来的安全隐患影响到了整个核电站的稳定运行。因此，必须对双相不锈钢的热老化状况进行实时监测。以往对于双相不锈钢部件的热老化的检测往往通过在实验室内进行，将与部件相同的材料置于与服役环境相似的实验环境中或在更恶劣的环境下进行加速热老化实验，通过测定实验室中材料的力学性能间接地获得材料的热老化状况。这种方法一方面费时费力，需要花费大量的人力物力和实验时间；另一方面在实验室环境中获得的数据与服役环境下的真实数据存在一定偏差。因此，开发一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法及系统十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双相不锈钢热老化状况的方法及系统，实现对服役双相不锈钢部件的在线检测，从而提高其服役安全性。一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法，包括如下步骤
`O建立双相不锈钢材料的下列算法单元磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元；
2)读取待检测材料的相对磁导率参数，根据步骤I)所述各算法单元得到双相不锈钢的热老化安全系数；
3)根据得到的热老化安全系数判断材料安全性。所述磁导率与热老化动力学的关系算法单元，计算公式为μ r=-0. 651η (O. 003671ntP)，其中μ r为材料室温下的相对磁导率；tP为400°C下的热老化时间，磁导率的测量温度为室温。所述热老化动力学与力学性能的关系算法单元计算公式为tP=55448. 09exp (-Cv/3
8.56)-57. 53 ，其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功；选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温。所述力学性能与热老化安全系数的关系运算单元计算公式为P=(CV/CTO) '2-0. 2，其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cvtl为材料设计标准的下限或饱和冲击功，选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温，选择材料的设计标准或饱和冲击功作为力学性能指标的下限；当所述P < 1，材料判断为不安全；P > 1，材料判断为安全。为实现上述方法，本发明提供一种在线检测双相不锈钢热老化状况的系统，包括依次连接的输入模块、计算模块和输出模块，所述输入模块的功能是从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，其功能是计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系；所述输出模块是对材料安全性的输出。所述计算模块中的磁导率与热老化动力学的关系采用以下计算公式μ r=-0. 651η (O. 003671ntP)式 I
其中，μ r为材料室温下的相对磁导率；tP为400°C下的热老化时间。所述计算模块中的热老化动力学与力学性能的关系采用以下计算公式tP=55448. 09exp (-Cy/38. 56) -57. 53式 2
其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功。所述计算模块中的力学性能与热老化安全系数的关系采用以下计算公式
P= (Cv/Cvo) ~ 2-0. 2式3
其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cvtl为材料设计标准的下限或饱和冲击功。当测得P < 1，材料判断为不安全；P > 1，材料判断为安全。本发明具有如下优点1.能够对双相不锈钢的热老化状况进行在线检测。本发明能够根据实际测得的材料的相对磁导率，通过大量实验室数据基础上得到的三个关系磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系和力学性能与热老化安全系数的关系，最终获得双相不锈钢的热老化状况。这些热老化动力学及热老化安全系数的计算方法可以为双相不锈钢的寿命评估提供依据。2.操作方便，省时、省力。采用本发明方法，无论是工厂的工作人员，还是科研院所的研究人员，都可以进行双相不锈钢部件的寿命评价工作。
图1是本发明的流程框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明详细描述如下
图1是本发明的流程框图。本发明是一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法，包括如下步骤
I)建立双相不锈钢材料的下列算法单元磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元;所述磁导率与热老化动力学的关系算法单元，计算公式为μ r=-0. 651η(O. 003671ntp),其中μ ^为材料室温下的相对磁导率；tp为400 °C下的热老化时间，磁导率的测量温度为室温。所述热老化动力学与力学性能的关系算法单元计算公式为tP=55448. 09exp (_Cv/38. 56)-57. 53，其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功；选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温。所述力学性能与热老化安全系数的关系运算单元计算公式为P=(CV/CTO) '2-0. 2，其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cto为材料设计标准的下限或饱和冲击功，选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温，选择材料的设计标准或饱和冲击功作为力学性能指标的下限；
2)读取待检测材料的相对磁导率参数，根据步骤I)所述各算法单元得到双相不锈钢的热老化安全系数；
3)根据得到的热老化安全系数判断材料安全性。当所述P< 1，材料判断为不安全；P> I，材料判断为安全。为实现上述方法，本发明提供一种在线检测双相不锈钢热老化状况的系统，包括依次连接的输入模块、计算模块和输出模块，所述输入模块的功能是从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，其功能是计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系；所述输出模块是对材料安全性的输出。所述计算模块中的磁导率与热老化动力学的关系采用以下计算公式μ r=-0. 651n(0. 003671ntP) 式I
其中，μ r为材料室温下的相对磁导率；tP为400°C下的热老化时间。所述计算模块中的热老化动力学与力学性能的关系采用以下计算公式tP=55448. 09exp (_Cv/38. 56) -57. 53式2其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功。所述计算模块中的力学性能与热老化安全系数的关系采用以下计算公式P=(CV/CV0) ~2-0. 2式3
其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cvtl为材料设计标准的下限或饱和冲击功。当测得P < 1，材料判断为不安全；P > 1，材料判断为安全。实施例1 :
本实施例对某在役的双相不锈钢管道进行热老化状况检测。步骤如下
O建立双相不锈钢材料的下列算法单元即利用本发明的系统
2)通过输入模块读取待检测材料的相对磁导率参数，从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，计算模块计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系
第一步测定该双相不锈钢部件的相对磁导率为2. 21 μ r，采用公式I计算得出该热老化状态对应在400°C下热老化8897. 6小时。第二步输入第一步的计算结果，采用公式2计算得出400°C下热老化8897. 6小时后材料的冲击性能值对应91. 1J。
第三步输入第二步的计算结果，选择该钢件设计标准中冲击功的下限80J作为Cvo的值，采用公式3计算得出冲击功为91.1J时的热老化安全系数P=L 1，
3)根据得到的热老化安全系数P=L I判断材料安全性，P > 1，材料判断为安全。实施例2
本实施例对某在役的双相不锈钢泵壳进行热老化状况检测。步骤如下
O建立双相不锈钢材料的下列算法单元即利用本发明的系统
2)通过输入模块读取待检测材料的相对磁导率参数，从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，计算模块计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系
第一步测定该双相不锈钢部件的相对磁导率为2. 45 μ r,采用公式I计算得出该热老化状态对应在400°C下热老化537. O小时。第二步输入第一步的计算结果，采用公式2计算得出400°C下热老化537. O小时后材料的冲击性能值对应174. 9J。第三步输入第二步的计算结果，选择该钢件设计标准中冲击功的下限60J作为Cvo的值，采用公式3计算得出冲击功为174. 9J时的热老化安全系数P=8. 3。3)根据得到的热 老化安全系数P=8. 3判断材料安全性，P > 1，材料判断为安全。实施例3
本实施例对某在役的双相不锈钢阀门进行热老化状况检测。步骤如下
O建立双相不锈钢材料的下列算法单元即利用本发明的系统
2)通过输入模块读取待检测材料的相对磁导率参数，从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，计算模块计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系
第一步测定该双相不锈钢部件的相对磁导率为2. 161 μ r，采用公式I计算得出该热老化状态对应在400°C下热老化18409. 9小时。第二步输入第一步的计算结果，采用公式2计算得出400°C下热老化18409. 9小时后材料的冲击性能值对应42. 4J。第三步输入第二步的计算结果，选择该钢件的饱和冲击功60J作为Cvtl的值，采用公式3计算得出冲击功为42. 4J时的热老化安全系数P=O. 5。3)根据得到的热老化安全系数P=O. 5判断材料安全性，P < 1，材料判定为不安全。
权利要求
1.一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法，其特征在于，包括如下步骤1)建立双相不锈钢材料的下列算法单元磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元；2)读取待检测材料的相对磁导率参数，根据步骤I)所述各算法单元得到双相不锈钢的热老化安全系数；3)根据得到的热老化安全系数判断材料安全性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磁导率与热老化动力学的关系算法单元，计算公式为yr=-0.651n(0.003671ntP)，其中μ ,为材料室温下的相对磁导率；tP为400°C下的热老化时间，磁导率的测量温度为室温。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述热老化动力学与力学性能的关系算法单元计算公式为tP=55448. 09exp (_Cv/38. 56)-57. 53 ，其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功；选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述力学性能与热老化安全系数的关系运算单元计算公式为P=(CV/CTO) '2-0. 2，其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cto为材料设计标准的下限或饱和冲击功，选择冲击性能作为力学性能指标，冲击功的测量温度为室温，选择材料的设计标准或饱和冲击功作为力学性能指标的下限；当所述P < 1，材料判断为不安全；P > 1，材料判断为安全。
5.一种在线检测双相不锈钢热老化状况的系统，其特征在于，包括依次连接的输入模块、计算模块和输出模块，所述输入模块的功能是从用户读取材料的相对磁导率的参数，并提供给计算模块；所述计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系算法单元、热老化动力学与力学性能的关系算法单元、力学性能与热老化安全系数的关系算法单元，其功能是计算磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系、力学性能与热老化安全系数的关系；所述输出模块是对材料安全性的输出。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于计算模块中的磁导率与热老化动力学的关系采用以下计算公式μ r=-0. 651η (O. 003671ntP)式 I其中，μ r为材料室温下的相对磁导率；tP为400°C下的热老化时间。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于计算模块中的热老化动力学与力学性能的关系采用以下计算公式tP=55448. 09exp (_Cv/38. 56) -57. 53式 2其中，tP为400°C下的热老化时间，Cv为材料的室温夏比冲击功。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于计算模块中的力学性能与热老化安全系数的关系采用以下计算公式P=(Cv/Cvo)~2-0. 2式 3其中，P为材料的热老化安全系数，Cv为材料的室温夏比冲击功，Cvtl为材料设计标准的下限或饱和冲击功。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于P( 1，材料判断为不安全；P > 1，材料判断为安全。
全文摘要
本发明涉及一种在线检测双相不锈钢热老化状况的方法及系统。它包括输入输出模块和计算模块组成，其中计算模块包括磁导率与热老化动力学的关系、热老化动力学与力学性能的关系和力学性能与热老化安全系数的关系三个算法单元。本发明所述方法包括建立双相不锈钢材料的下列算法单元；读取待检测材料的相对磁导率参数，根据所述各算法单元得到双相不锈钢的热老化安全系数；根据得到的热老化安全系数判断材料安全性。本发明能够实现对双相不锈钢部件的在线检测，提高部件的服役安全性。同时，本发明操作方便，省时、省力，有利于工程人员和科研人员以此为基础开展双相不锈钢部件的寿命评价工作。
文档编号G01N27/72GK103063736SQ20131000251
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者王西涛, 李时磊, 王艳丽, 李树肖, 张海龙, 杨滨 申请人:北京科技大学