一种过火金属强度表征模型及检测方法与流程

本发明属于电力火灾过火钢铁材料强度表征，具体涉及一种基于里氏硬度与微观结构表征过火金属强度的模型，以及检测所述过火金属强度的方法，可供电力火灾后金属材料检测评价、设计适用。

背景技术：

1、随着特高压工程的大规模建设，我国已形成世界上覆盖面积最广，结构最为复杂的电网系统，目前，国内110kv以上输电线路长度已达114.2万千米以上。直流输电是目前解决高电压、大容量、远距离送电和电网联网的重要手段。而特高压直流换流站是特高压直流工程实现交、直流相互转换的核心，其运行可靠性直接影响到人员、设备安全与电网稳定运行。

2、火灾是影响特高压直流换流站可靠运行的安全隐患之一。直流工程投运以来，换流站、变电站火灾事故时有发生。其燃烧介质主要以变压器油、电缆等碳氢类物质为主，相对于普通火灾具有温升快、温度高的特点，依据碳氢火温升曲线及换流变真型火灾试验数据，换流站火灾10min内温升可达1000℃以上。

3、在换流站、变电站中具有数量众多的金属构架、桥架、管网等，在火灾后其强度难以评价。现有技术若要对火灾后金属(即过火金属)的强度进行评价，需取较多的过火金属进行测试，破坏过火金属的原有结构，操作不便，且影响火灾后仍满足强度的过火金属的使用。因此，本领域期待开发一种简单、有效、可操作性强、破坏性小的测试方法，为换流站、变电站火灾后金属材料设计提供数据支撑。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于里氏硬度与微观结构表征过火金属强度的模型，所述模型基于实测强度、硬度、金相组织及元素成份，采用多元线性回归方法获得强度数学模型，具有表征准确度高的优势；

2、本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于里氏硬度与微观结构检测过火金属强度的方法，以克服现有技术中电力火灾过火金属材料强度检测不可避免破坏金属结构件、操作不便的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明所述的为解决上述技术问题，本发明所述的一种过火金属强度表征模型的构建方法，包括以下步骤：

4、模拟电力火灾场景制备等效过火试样，并采集所述等效过火试样的强度数据，备用；

5、从所述等效过火试样的表面切取小规格的金相试样，并采集所述金相试样的非表面侧的金相照片，检测样品的晶粒尺寸数据，备用；

6、测试所述金相试样的纳米硬度数据，备用；

7、检测所述等效过火试样中主要元素的含量数据，备用；

8、以所述强度数据为因变量，分别以所述晶粒尺寸数据、里氏硬度数据以及主要元素的含量数据为自变量，拟合得到多元线性回归方程，即得所需过火金属强度表征模型。

9、需要说明的是，在整个过火金属强度表征模型的构建方法中，对所述等效过火试样的金相照片的采集，以及晶粒尺寸数据、纳米硬度数据和主要元素的含量数据的测试步骤的顺序不受限制，只需要根据实际情况采集获得上述数据，并进行回归方程拟合即可。

10、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述等效过火试样制备步骤中，采用马弗炉模拟电力火灾场景；

11、优选的，所述等效过火试样的制备方法包括将金属材料于100-1100℃保温0.5-2h的步骤，冷却方式为空冷或水冷；

12、优选的，所述金属材料包括碳钢材料，优选的，所述碳钢材料包括q235、q355、q420等材料。

13、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述等效过火试样的强度数据采集步骤中，采用单轴拉伸试验采集所述等效过火试样的强度数据；

14、优选的，还包括测试得到不同热处理温度下强度数据的步骤，具体依据gb/t228.1测试得到不同热处理温度下强度数据。

15、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述金相照片采集步骤中，利用光学显微镜采集所述金相试样的100倍金相照片；

16、优选的，所述金相试样的面积不大于15×15mm，厚度不小于2mm；

17、优选的，还包括将所述金相试样的非表面侧进行打磨(2000号砂纸)、抛光及腐蚀处理的步骤。

18、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述里氏硬度数据测试步骤中，采用纳米压痕仪测试所述金相试样的里氏硬度数据；

19、优选的，所述纳米硬度测试的测点数量不小于25个，且测点分布均匀，各测点间距大于30μm，所述里氏硬度数据为各采集点的平均值；

20、优选的，还包括将所述金相试样的非表面侧进行二次抛光的步骤。

21、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述主要元素的含量数据检测步骤中，通过原子发射光谱仪检测所述等效过火试样中碳(c)、硅(si)、锰(mn)、硫(s)、磷(p)元素的含量，检测精度大于0.2％。

22、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述多元线性回归方程拟合步骤中，所述多元线性回归方程的模型结构如下所示：

23、

24、其中，系数βm是线性参数，可通过试验数据拟合，μ为向量。

25、具体的，所述过火金属强度表征模型的构建方法，所述模型的线性回归方程为：

26、rm＝-231.2+1.52hl+1.60d-1/2+172.14[c]+63.25[si]+53.89[mn]+1312.42[p]-208.47[s]；

27、其中，rm为待测过火金属的强度数据，hl为里氏硬度数据，d-1/2为晶粒尺寸数据，[c]为c元素含量％，[si]为si元素含量％，[mn]为mn元素含量％，[p]为p元素含量，[s]为s元素含量％。

28、本发明还公开了一种过火金属强度检测方法，包括分别检测所述待测样品的晶粒尺寸数据、里氏硬度数据以及碳、硅、锰、硫、磷元素的含量数据的步骤，以及，根据所述表征模型计算所述待测样品强度数据的步骤。

29、本发明还公开了一种所述过火金属强度表征模型或所述过火金属强度检测方法在过火金属强度质量检测、质量评价或工艺设计领域的应用。

30、本发明所述基于里氏硬度与微观结构表征电力火灾后碳钢强度的模型，通过模拟火灾场景制备等效过火试样，基于实测强度、硬度、金相组织及元素成份，采用多元线性回归方法获得强度数学模型，将对钢铁构件的破坏程度降到最低，操作简单、准确度高。本发明所述过火金属强度表征模型可以较好的对过火金属的强度性能进行表征。

31、本发明所述基于里氏硬度与微观结构的电力火灾后碳钢强度的检测方法，通过将电力火灾后碳钢材料里氏硬度、晶粒尺寸、金相组织与强度关联起来，对电力火灾后碳钢材料的强度进行检测。该方法通过模拟火灾实验得到相关数据库，实际火灾过火样品强度检测中仅在相关位置取里氏硬度试样即可，操作简单、准确度高，可以在最小程度破坏原有钢铁材料结构的基础上得到实际火灾中钢铁材料过火试样的强度。

32、本发明所述方法在对过金属进行强度测试时，仅需取小面积的样品，并获取其试样测试数据，即可通过计算获得其拉伸强度，不需要大面积破坏火灾现场的过火金属，操作便捷，且不会影响火灾后仍满足强度的过火金属的继续使用。