本技術(shù)涉及金屬材料檢測(cè)，并且更具體地涉及一種利用磁綜合參數(shù)和熱電勢(shì)無損檢測(cè)評(píng)價(jià)雙相不銹鋼熱老化損傷后力學(xué)性能、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)損傷狀況和剩余服役壽命情況的方法、系統(tǒng)和終端設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、壓水堆核電站一回路主管道對(duì)核電站的運(yùn)行壽命和安全性至關(guān)重要，它是高溫高壓下帶有放射性冷卻劑的流動(dòng)通道，是系統(tǒng)承壓邊界的一部分。因此，一回路主管道要具備耐高溫高壓、耐腐蝕以及抗輻照損傷等性能。目前，主管道的常用材料是含有鐵素體和奧氏體的雙相不銹鋼(dss)，它具有鐵素體鋼和奧氏體鋼的雙重優(yōu)點(diǎn)。然而，在反應(yīng)堆的長期服役過程中，含有鐵素體和奧氏體的雙相不銹鋼容易發(fā)生熱老化脆化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要與鐵素體相中的調(diào)幅分解有關(guān)。

2、在反應(yīng)堆dss的實(shí)際應(yīng)用中，力學(xué)性能的劣化問題一直是核工程領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)?，F(xiàn)有的核電站的實(shí)際服役經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究證明，由于鐵素體中微觀結(jié)構(gòu)和成分的變化，隨著老化時(shí)間的推移，熱老化會(huì)顯著導(dǎo)致硬度和抗拉強(qiáng)度增加，延展性、夏比沖擊功和斷裂韌性降低，從而導(dǎo)致dss材料的分解和脆化。到目前為止，熱老化對(duì)dss微觀結(jié)構(gòu)損傷和力學(xué)性能退化的影響已經(jīng)非常清楚，目前反應(yīng)堆壽命的延長越來越受到關(guān)注，這種壽命延長涉及到許多不可替代設(shè)備的可靠性，例如一次冷卻劑管道、反應(yīng)堆容器內(nèi)部構(gòu)件和其他通常由dss制成的關(guān)鍵部件。

3、基于上述情況，目前亟需一種能夠判斷核用結(jié)構(gòu)材料雙相鋼熱老化損傷后力學(xué)性能、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)損傷狀況和剩余服役壽命情況的預(yù)示評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種雙相鋼熱老化損傷預(yù)示評(píng)價(jià)方法、裝置和設(shè)備，能夠從基礎(chǔ)理論角度準(zhǔn)確地判定雙相不銹鋼熱老化當(dāng)前服役階段的力學(xué)性能劣化狀況，內(nèi)部微觀缺陷損傷情況，剩余服役壽命情況等多項(xiàng)詳細(xì)的評(píng)估參數(shù)，從而準(zhǔn)確判斷雙相不銹鋼當(dāng)前服役狀態(tài)。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種雙相鋼熱老化損傷預(yù)示評(píng)價(jià)方法，所述方法包括：根據(jù)雙相鋼材料的成分和初始力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算生成雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線；將鐵素體內(nèi)cr局域富集程度作為特征缺陷定量參數(shù)并采用fe-cr?eam勢(shì)函數(shù)計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)cr元素局域富集程度的變化曲線；建立關(guān)聯(lián)微觀特征缺陷和夏比沖擊功的雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型并計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的夏比沖擊功力學(xué)性能參數(shù)；根據(jù)磁綜合參數(shù)和熱電勢(shì)參數(shù)計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的損傷缺陷狀態(tài)；將所述力學(xué)性能參數(shù)和損傷缺陷狀態(tài)與雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線比對(duì)，生成雙相鋼材料的剩余服役壽命。

3、在第一方面的一種可選方案中，在計(jì)算所述雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)力學(xué)性能劣化曲線時(shí)，所述方法包括：根據(jù)雙相鋼的元素質(zhì)量百分比計(jì)算飽和夏比沖擊功；根據(jù)初始夏比沖擊功和飽和夏比沖擊功計(jì)算室溫夏比沖擊功變化曲線的形狀因子和飽和夏比沖擊功量最大變化的一半；根據(jù)雙相鋼材料的化學(xué)成分計(jì)算雙相鋼脆化過程的活化能；根據(jù)阿倫尼烏斯公式計(jì)算熱老化系數(shù)；利用飽和夏比沖擊功和脆化動(dòng)力學(xué)來表示室溫夏比沖擊功隨時(shí)間和溫度的變化，進(jìn)而生成雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線。

4、在第一方面的一種可選方案中，在生成雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線時(shí)，所述方法還包括：根據(jù)室溫夏比沖擊功隨熱老化時(shí)間的變化情況，計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線：

5、，

6、，其中，為室溫夏比沖擊功，為飽和夏比沖擊功，為飽和夏比沖擊功量最大變化的一半，為室溫夏比沖擊功變化曲線的形狀因子，為時(shí)間對(duì)數(shù)。

7、在第一方面的一種可選方案中，在計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線時(shí)，所述方法還包括：判斷夏比沖擊功的是否下降至預(yù)設(shè)閾值，若是，則定義為雙相鋼材料失效，生成飽和節(jié)點(diǎn)時(shí)間。

8、在第一方面的一種可選方案中，在計(jì)算cr局域富集程度時(shí)，所述方法包括：采用fe-cr?eam勢(shì)函數(shù)計(jì)算鐵素體內(nèi)cr局域富集程度：，其中，為cr原子第k近鄰富集程度，為cr原子鄰域內(nèi)fe原子濃度，為全局cr原子濃度；采用蒙特卡洛方法模擬cr局域富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系；擬合cr元素富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系：，，其中，為cr局域富集程度，t為熱老化服役溫度，t為熱老化時(shí)間，為熱平衡時(shí)(t→∞)體系最大值，h為關(guān)于熱老化時(shí)間t的增長率。

9、在第一方面的一種可選方案中，在計(jì)算鐵素體內(nèi)cr局域富集程度后，若，則表示cr原子鄰域內(nèi)fe濃度與全局fe濃度一致，雙相鋼處于固溶狀態(tài)；若，則表示cr原子鄰域內(nèi)大部分為cr原子，雙相鋼處于相分離狀態(tài)。

10、在第一方面的一種可選方案中，在采用蒙特卡洛方法模擬cr局域富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系時(shí)，所述方法包括：初始化fe-cr合金模型：fecr原子完全隨機(jī)分布，將模擬盒子設(shè)置為預(yù)設(shè)尺寸；利用單空位擴(kuò)散機(jī)制實(shí)現(xiàn)fecr原子位置改變；根據(jù)metropolis判據(jù)決定是否接受新的構(gòu)型，根據(jù)kmc時(shí)間步長確定物理時(shí)間；循環(huán)執(zhí)行，直至達(dá)到預(yù)設(shè)模擬步數(shù)。

11、在第一方面的一種可選方案中，在建立關(guān)聯(lián)微觀特征缺陷和夏比沖擊功的雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型時(shí)，所述方法包括：將雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)cr元素局域富集程度變化曲線的計(jì)算方法，代入雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)力學(xué)性能劣化曲線的計(jì)算方法，生成關(guān)聯(lián)微觀特征缺陷和夏比沖擊功的雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型。

12、在第一方面的一種可選方案中，在雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型建模時(shí)，所述方法包括：擬合室溫夏比沖擊功與cr元素富集程度的關(guān)系：

13、，生成夏比沖擊功-cr富集程度、cr元素富集程度-老化時(shí)間；根據(jù)飽和節(jié)點(diǎn)時(shí)間，生成雙相鋼熱老化服役階段的夏比沖擊功與cr元素富集程度的曲線變化關(guān)系。

14、在第一方面的一種可選方案中，在計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的損傷缺陷狀態(tài)時(shí)，所述方法包括：擬合實(shí)驗(yàn)測(cè)得的熱電勢(shì)與熱老化時(shí)間的關(guān)系；

15、，，其中，為熱電勢(shì)變化，為飽和熱電勢(shì)變化，為熱電勢(shì)變化關(guān)于熱老化時(shí)間的快慢程度，f為熱電勢(shì)初期增長率，c為擬合熱電勢(shì)與時(shí)間關(guān)系曲線時(shí)公式的一般常數(shù)，用于擬合公式與曲線的相關(guān)程度，為自然對(duì)數(shù)；根據(jù)cr富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系，擬合熱電勢(shì)與cr富集程度的關(guān)系；采用pca數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理方法擬合若干個(gè)磁學(xué)參數(shù)，生成磁綜合參數(shù)；擬合磁綜合參數(shù)與cr富集程度的關(guān)系：

16、，，其中，y為磁綜合參數(shù)；根據(jù)熱電勢(shì)和磁綜合參數(shù)分別與cr富集程度的關(guān)系，生成雙相鋼熱老化服役階段的損傷缺陷狀態(tài)。

17、在第一方面的一種可選方案中，在擬合熱電勢(shì)與cr富集程度的關(guān)系時(shí)，所述方法包括：

18、計(jì)算熱老化時(shí)間與熱電勢(shì)變化關(guān)系：

19、，其中，；

20、代入cr富集程度與時(shí)間關(guān)系：；

21、生成熱電勢(shì)與cr富集程度關(guān)系：。

22、在第一方面的一種可選方案中，在生成雙相鋼材料的剩余服役壽命時(shí)，所述方法包括：

23、計(jì)算夏比沖擊功與熱電勢(shì)關(guān)系：

24、。

25、在第一方面的一種可選方案中，在生成雙相鋼材料的剩余服役壽命時(shí)，所述方法包括：根據(jù)磁綜合參數(shù)與cr富集程度的關(guān)系，計(jì)算夏比沖擊功與磁綜合參數(shù)關(guān)系：

26、。

27、第二方面，本技術(shù)還提供了一種執(zhí)行上述預(yù)示評(píng)價(jià)方法的雙相鋼熱老化損傷預(yù)示評(píng)價(jià)裝置，包括：力學(xué)曲線計(jì)算模塊，用于根據(jù)雙相鋼材料的成分和初始力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算生成雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線；特征缺陷演化模塊，用于將鐵素體內(nèi)cr局域富集程度作為特征缺陷定量參數(shù)并采用fe-cr?eam勢(shì)函數(shù)計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)cr元素局域富集程度的變化曲線；力學(xué)性能計(jì)算模塊，用于建立關(guān)聯(lián)微觀特征缺陷和夏比沖擊功的雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型并計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的夏比沖擊功力學(xué)性能參數(shù)；特征缺陷計(jì)算模塊，根據(jù)磁綜合參數(shù)和熱電勢(shì)參數(shù)，計(jì)算雙相鋼熱老化服役階段的損傷缺陷狀態(tài)；損傷預(yù)示評(píng)價(jià)模塊，用于將所述力學(xué)性能參數(shù)和損傷缺陷狀態(tài)與雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線比對(duì)，生成雙相鋼材料的剩余服役壽命。

28、在第二方面的一種可選方案中，所述力學(xué)曲線計(jì)算模塊還用于根據(jù)雙相鋼的元素質(zhì)量百分比計(jì)算飽和夏比沖擊功；根據(jù)初始夏比沖擊功和飽和夏比沖擊功計(jì)算室溫夏比沖擊功變化曲線的形狀因子和飽和夏比沖擊功量最大變化的一半；根據(jù)雙相鋼材料的化學(xué)成分計(jì)算雙相鋼脆化過程的活化能；根據(jù)阿倫尼烏斯公式計(jì)算熱老化系數(shù)；利用飽和夏比沖擊功和脆化動(dòng)力學(xué)來表示室溫夏比沖擊功隨時(shí)間和溫度的變化，進(jìn)而生成雙相鋼熱老化服役階段的力學(xué)性能劣化曲線。

29、在第二方面的一種可選方案中，所述力學(xué)曲線計(jì)算模塊還用于判斷夏比沖擊功的是否下降至預(yù)設(shè)閾值，若是，則定義為雙相鋼材料失效，生成飽和節(jié)點(diǎn)時(shí)間。

30、在第二方面的一種可選方案中，所述特征缺陷演化模塊還用于采用fe-cr?eam勢(shì)函數(shù)計(jì)算鐵素體內(nèi)cr局域富集程度；采用蒙特卡洛方法模擬cr局域富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系；擬合cr元素富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系。

31、在第二方面的一種可選方案中，所述特征缺陷演化模塊還用于初始化fe-cr合金模型：fecr原子完全隨機(jī)分布，將模擬盒子設(shè)置為預(yù)設(shè)尺寸；利用單空位擴(kuò)散機(jī)制實(shí)現(xiàn)fecr原子位置改變；根據(jù)metropolis判據(jù)決定是否接受新的構(gòu)型，根據(jù)kmc時(shí)間步長確定物理時(shí)間；循環(huán)執(zhí)行，直至達(dá)到預(yù)設(shè)模擬步數(shù)。

32、在第二方面的一種可選方案中，所述力學(xué)性能計(jì)算模塊還用于將雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)cr元素局域富集程度變化曲線的計(jì)算方法，代入雙相鋼熱老化服役階段內(nèi)力學(xué)性能劣化曲線的計(jì)算方法，生成關(guān)聯(lián)微觀特征缺陷和夏比沖擊功的雙相鋼熱老化損傷力學(xué)模型。

33、在第二方面的一種可選方案中，所述力學(xué)性能計(jì)算模塊還用于擬合室溫夏比沖擊功與cr元素富集程度的關(guān)系，根據(jù)飽和節(jié)點(diǎn)時(shí)間，生成雙相鋼熱老化服役階段的夏比沖擊功與cr元素富集程度的曲線變化關(guān)系。

34、在第二方面的一種可選方案中，所述特征缺陷計(jì)算模塊還用于擬合實(shí)驗(yàn)測(cè)得的熱電勢(shì)與熱老化時(shí)間的關(guān)系；根據(jù)cr富集程度與熱老化時(shí)間的關(guān)系，擬合熱電勢(shì)與cr富集程度的關(guān)系；采用pca數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理方法擬合若干個(gè)磁學(xué)參數(shù)，生成磁綜合參數(shù)；擬合磁綜合參數(shù)與cr富集程度的關(guān)系；根據(jù)熱電勢(shì)和磁綜合參數(shù)分別與cr富集程度的關(guān)系，生成雙相鋼熱老化服役階段的損傷缺陷狀態(tài)。

35、在第二方面的一種可選方案中，所述特征缺陷計(jì)算模塊還用于計(jì)算熱老化時(shí)間與熱電勢(shì)變化關(guān)系，代入cr富集程度與時(shí)間關(guān)系，生成熱電勢(shì)與cr富集程度關(guān)系。

36、在第二方面的一種可選方案中，所述損傷預(yù)示評(píng)價(jià)模塊還用于計(jì)算夏比沖擊功與熱電勢(shì)關(guān)系。

37、在第二方面的一種可選方案中，所述損傷預(yù)示評(píng)價(jià)模塊還用于根據(jù)磁綜合參數(shù)與cr富集程度的關(guān)系，計(jì)算夏比沖擊功與磁綜合參數(shù)關(guān)系。

38、第三方面，本技術(shù)提供了一種包含上述預(yù)示評(píng)價(jià)裝置的雙相鋼熱老化損傷預(yù)示評(píng)價(jià)設(shè)備，還包括：磁參數(shù)檢測(cè)儀，用于采集雙相鋼材料的磁性能數(shù)據(jù)并將采集的若干磁性能數(shù)據(jù)統(tǒng)合成磁綜合參數(shù)；熱電勢(shì)檢測(cè)儀，用于采集雙相鋼磁力的熱電勢(shì)數(shù)據(jù)。

39、應(yīng)理解，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本技術(shù)。