陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))股份有限公司第五

Super304H不銹鋼晶間腐蝕狀態(tài)的超聲非線性測(cè)試廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院張春雷超級(jí)不銹鋼晶間腐蝕性能和演化規(guī)律的系統(tǒng)研究（K-GD2012-385）主要內(nèi)容2晶間腐蝕的測(cè)試現(xiàn)狀及試樣準(zhǔn)備晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估結(jié)論與建議0背景134晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2010年12月,某超超臨界鍋爐再熱器Super304H管發(fā)生泄漏。拋光后的裂紋宏觀形貌Super304H管失效案例拋光后的裂紋微觀形貌0.研究背景晶間腐蝕誘發(fā)的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂0.研究背景ASTMA213CSiMnPSCrNiCuNbNTP304H0.04-0.10<0.75<2.00<0.040<0.03018.00-20.008.00-11.00Super304H0.07-0.13<0.30<1.00<0.040<0.01017.00-19.007.50-10.502.50-3.500.20-0.600.05-0.12強(qiáng)化相：M23C6和ε-Cu、NbCrN和Nb(C,N)成分TP304H：軟化處理900℃-1000℃，固溶處理1050℃-1150℃Super304H：軟化處理1250℃-1300℃,固溶高溫?zé)彳埖拇箢w粒析出相固溶處理1050℃-1150℃,M23C6固溶，Nb(C，N)等彌散析出成材工藝M23C6:T＜1000℃，Nb(C,N):T≤1250℃

NbCrN:T=1250℃，ε-Cu:T≤1150℃0.研究背景Super304H：高溫力學(xué)性能更優(yōu)，抗氧化性、耐蒸汽腐蝕性更好使用條件成材工藝0.研究背景成分設(shè)計(jì)高的晶界腐蝕敏感性如何評(píng)價(jià)？較高的含碳量復(fù)雜的交貨狀態(tài)和熱處理工藝600-630℃的使役環(huán)境（敏化區(qū)間）晶界晶粒（陰極）鉻的碳化物奧氏體不銹鋼溫度-時(shí)間-敏化圖晶間腐蝕微觀形貌圖電化學(xué)法雙環(huán)動(dòng)電位再活化曲線(DL-EPR)化學(xué)法GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕－不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》聲振檢測(cè)法1.晶間腐蝕測(cè)試現(xiàn)狀及試樣準(zhǔn)備1.1晶間腐蝕傳統(tǒng)測(cè)試方法GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕－不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》8GB/T4334-2008方法E：硫酸+硫酸銅+銅屑溶液,保持溶液的微沸狀態(tài)，浸泡16小時(shí)后進(jìn)行180度彎曲實(shí)驗(yàn)。9雙環(huán)動(dòng)電位再活化曲線(DL-EPR)敏化度S=Ir

/Ia(再活化與活化峰高度之比)敏化度越大，晶間腐蝕敏感性越高！實(shí)驗(yàn)方法：從自腐蝕電位開(kāi)始進(jìn)行陽(yáng)極極化掃描

至0.3V，再反向掃描至自腐蝕電位溶液：0.05mol/LH2SO4+0.01mol/LKSCN水溶液溫度：35℃±1℃10聲振檢測(cè)法通過(guò)人耳聽(tīng)錘擊的聲音判斷；麥克將錘擊的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，由采集卡采集，利用DSP進(jìn)行處理，對(duì)晶間腐蝕特征進(jìn)行分析和歸類。1.晶間腐蝕測(cè)試現(xiàn)狀及試樣準(zhǔn)備1.2晶間腐蝕試樣準(zhǔn)備樣品提供樣品寶鋼國(guó)產(chǎn)（ASMES30432）臺(tái)山電廠日本住友Super304H汕尾電廠德國(guó)DMV304HCu不同晶間腐蝕程度的管樣制備123452.6SUPER304H晶間腐蝕非線性試驗(yàn)試樣CSiMnPSCrNiCuNbNBAlMoASMECodeCase0.07~0.13≤0.30≤1.00≤0.030≤0.01017.00~19.007.50~10.502.50~3.500.30~0.600.05~0.120.001~0.0100.003~0.030/1#0.0590.180.810.034＜0.00518.18.603.090.520.100.0010.0090.312#0.0630.160.860.153＜0.00518.48.002.900.520.110.0010.0140.083#0.0650.150.860.030＜0.00518.18.323.160.530.110.0020.0110.224#0.0790.250.820.026＜0.00518.28.413.020.570.110.0010.0200.225#0.0790.180.810.022＜0.00518.28.192.950.510.100.0030.0090.306#0.0810.180.790.021＜0.00517.58.572.780.460.070.0010.0070.167#0.0820.220.850.026＜0.00518.58.183.050.580.110.0020.0240.278#0.0860.130.820.028＜0.00518.38.353.110.490.110.0020.0100.309#0.0900.260.800.013＜0.00518.28.343.050.500.110.0010.0140.2510#0.0910.150.790.031＜0.00518.28.233.000.470.110.0010.0120.2811#0.0950.230.810.014＜0.00518.78.362.880.510.100.0030.0150.0812#0.0990.150.770.020＜0.00518.18.442.860.410.110.0020.0140.1713#0.1030.160.800.027＜0.00518.58.213.050.500.090.0010.0100.2514#0.1030.120.810.029＜0.00518.68.163.040.520.110.0020.0100.2415#0.1070.220.820.029＜0.00518.58.313.020.530.110.0010.0080.2616#0.1090.230.770.022＜0.00518.38.152.980.550.110.0020.0190.3317#0.1220.300.820.022＜0.00518.78.352.960.580.110.0010.0110.311.2晶間腐蝕試樣準(zhǔn)備GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕－不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》方法E：硫酸+硫酸銅+銅屑溶液,保持溶液的微沸狀態(tài)，浸泡16小時(shí)后再進(jìn)行1800彎曲實(shí)驗(yàn)。1.2晶間腐蝕試樣準(zhǔn)備-腐蝕評(píng)定及分類編號(hào)1#2#3#5#8#10#11#15#4#6#7#9#12#14#16#13#17#Nb/C8.818.258.156.455.705.165.374.957.225.687.075.564.145.055.054.824.75原始無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)輕熱腐蝕無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)中中敏化+熱腐蝕無(wú)無(wú)無(wú)輕無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)輕中輕輕輕輕輕重重晶間腐蝕狀態(tài)ⅠⅡⅢⅣ不同晶間腐蝕程度的管樣23451.2晶間腐蝕試樣準(zhǔn)備1.晶間腐蝕測(cè)試現(xiàn)狀及試樣準(zhǔn)備2.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.1管子的ANSYS模態(tài)分析

ANSYS模態(tài)分析得到圓管振動(dòng)的固有頻率和自由振動(dòng)形式2.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.1管子的ANSYS模態(tài)分析

SETTIME/FREQ（HZ）

第1種本身自由振動(dòng)形式13182.

第2種本身自由振動(dòng)形式23977.

第3種本身自由振動(dòng)形式29124.

第4種本身自由振動(dòng)形式37996.

第5種本身自由振動(dòng)形式39475.

利用ANSYS軟件，對(duì)圓管進(jìn)行模態(tài)分析，得到圓管振動(dòng)的固有頻率和自由振動(dòng)形式；對(duì)圓管振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換)分析，得到圓管振動(dòng)信號(hào)時(shí)域波形圖；找出各次試驗(yàn)所得幅頻譜圖中頻率接近圓管自由振動(dòng)固有頻率的峰點(diǎn)。2.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.2聲振檢測(cè)系統(tǒng)

聲振測(cè)試系統(tǒng)示意圖2.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.2聲振檢測(cè)系統(tǒng)

聲振測(cè)試機(jī)械圖2.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.2聲振檢測(cè)結(jié)果

不同測(cè)試方法下管樣接近固有頻率13182Hz處幅值與頻率偏移率

管1

管2

管3

管4

管5幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）傳感器豎直25mm1.576-1.1861.6321.7661.3322.9321.4032.5721.2761.312傳感器豎直中部1.6230.6381.4543.4141.5632.2421.3223.5761.459-0.546傳感器水平25mm1.9410.8281.3390.6521.711.6461.678-1.0381.3440.688傳感器水平中部1.8050.391.6680.731.3662.1441.4901.4661.6232.9862.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.2聲振檢測(cè)結(jié)果

不同測(cè)試方法下管樣接近固有頻率23977Hz處幅值與頻率偏移率

管1

管2

管3

管4

管5幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）幅值平均值頻率偏移率平均值（%）傳感器豎直25mm1.467-0.81212.782-0.5469.9042.89612.688-0.0824.0091.848傳感器豎直中部1.154-0.9523.8386.90610.9332.7242.987-0.1822.0880.404傳感器水平25mm1.045-2.61812.317-0.6211.0812.83416.100-0.04210.8421.95傳感器水平中部4.973-1.1221.554-1.3926.8952.6642.990-0.197.4082.5162.晶間腐蝕狀態(tài)的聲振檢測(cè)2.3聲振檢測(cè)結(jié)論（目前）

不同腐蝕程度的管子頻率偏移沒(méi)有規(guī)律；不同腐蝕程度的管子響應(yīng)的中心頻率幅值沒(méi)有規(guī)律；聲振測(cè)試法暫時(shí)還不能檢測(cè)出Super304H管的晶間腐蝕狀態(tài)。3.1非線性超聲基本原理超聲波與微觀缺陷相互作用，產(chǎn)生高次諧波等非線性效應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)閉合裂紋等微小缺陷、力學(xué)性能退化和熱損傷等材料細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化Amplitudef1

2f1Frequencyf1AmplitudeFrequencyf1AmplitudeAmplitudef1

FrequencyFrequency3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估常規(guī)超聲：聲波傳播過(guò)程中缺陷的散射特征（反射、折射、衰減和吸收等）：聲阻抗、波幅、相位等。常規(guī)超聲對(duì)裂紋類線性缺陷有較好的檢測(cè)效果。但理論檢測(cè)分辨力極限值為波長(zhǎng)的一半，限制了其在微觀缺陷評(píng)價(jià)和微細(xì)結(jié)構(gòu)變化檢測(cè)方面的應(yīng)用。非線性超聲檢測(cè)：利用有限振幅聲波在材料中傳播時(shí)介質(zhì)或微小缺陷與其相互作用的非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料性能評(píng)估和微小缺陷的檢測(cè)。經(jīng)典非線性效應(yīng)評(píng)價(jià)均質(zhì)材料的組織和性能。非經(jīng)典非線性效應(yīng)評(píng)價(jià)材料微觀或宏觀缺陷。3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.2常規(guī)超聲與非線性超聲3.2常規(guī)超聲與非線性超聲機(jī)理本質(zhì)表現(xiàn)形式常規(guī)超聲傳播過(guò)程中超聲波遇到損傷時(shí)波的反射、散射等線性特征進(jìn)行損傷檢測(cè)和評(píng)價(jià)反映了損傷與周圍介質(zhì)的聲阻抗差別響應(yīng)信號(hào)的頻率成分與激勵(lì)信號(hào)相同，只有幅值、相位和能量產(chǎn)生變化非線性超聲傳播過(guò)程中介質(zhì)或損傷與超聲波相互作用所表現(xiàn)的非線性特征進(jìn)行材料性能評(píng)估或損傷識(shí)別反映了材料缺陷或損傷對(duì)介質(zhì)非線性的影響調(diào)制信號(hào)不僅出現(xiàn)了基波分量，還有其它頻率的成分（新的頻率成分參數(shù)用來(lái)檢測(cè)和識(shí)別損傷）3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估試驗(yàn)原理123453.3SUPER304H晶間腐蝕非線性評(píng)估試驗(yàn)系統(tǒng)3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估基于SNAP的非線性測(cè)試系統(tǒng)圖不同晶間腐蝕程度的管樣123453.4SUPER304H晶間腐蝕非線性試驗(yàn)3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估探頭選擇123453.4SUPER304H晶間腐蝕非線性評(píng)估試驗(yàn)3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估頻率范圍：1-15MHz試驗(yàn)方法：一發(fā)一收與自發(fā)自收一發(fā)一收：使用兩個(gè)探頭，分別用于激勵(lì)和接受信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：充分利用兩個(gè)探頭的頻率特性，實(shí)現(xiàn)較寬頻帶上的檢測(cè)缺點(diǎn)：需考慮兩個(gè)探頭對(duì)中及探頭與試件表面壓力的一致性自發(fā)自收：使用一個(gè)探頭，完成激勵(lì)與接收功能優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)的一致性較好缺點(diǎn)：受探頭頻率特性限制，檢測(cè)的頻帶較窄3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.5常規(guī)評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果-聲速參數(shù)測(cè)試各管子和各位置的聲速都有差別，且無(wú)一定規(guī)律3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.5常規(guī)評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果-衰減參數(shù)測(cè)試?yán)肧NAP系統(tǒng)對(duì)一次回波和二次回波信號(hào)的能量進(jìn)行跟蹤，測(cè)得二次回波在不同激勵(lì)頻率下相對(duì)于一次回波的衰減各管子和各位置的衰減系數(shù)都有差別，且無(wú)一定規(guī)律5根據(jù)一維非線性波動(dòng)方程：定義非線性系數(shù)，并假設(shè)輸入單一頻率諧波：解為：其中二次諧波的幅值為3.6非線性系數(shù)測(cè)試原理（二次諧波法）3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估6而非線性系數(shù)可表示為：——基波幅值；——二次諧波幅值；——超聲波傳播距離；其中，——波數(shù)，3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.7非線性系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)a)1#管時(shí)域波形及掃頻結(jié)果b)2#管時(shí)域波形及掃頻結(jié)果3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.7非線性系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)c)3#管時(shí)域波形及掃頻結(jié)果d)4#管時(shí)域波形及掃頻結(jié)果e)5#管時(shí)域波形及掃頻結(jié)果相對(duì)非線性系數(shù)的測(cè)量3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.8非線性評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.9非線性評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果與電化學(xué)測(cè)試對(duì)比相對(duì)非線性系數(shù)和電化學(xué)的敏化度非常相關(guān)。3.晶間腐蝕的非線性超聲評(píng)估3.9非線性評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果與電化學(xué)測(cè)試對(duì)比敏化度越大，相應(yīng)的超聲非線性系數(shù)β越大，不銹鋼的晶間腐蝕程度越嚴(yán)重；一般認(rèn)為，敏化度大于0.16（β大于1600）時(shí)，原始態(tài)不銹鋼就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕；敏化度在0.06-0.16（β為600-1600），熱腐蝕態(tài)和敏化態(tài)的不銹鋼會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，而敏化度小