[发明专利]建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法

说明书

建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法，属于超声检测技术领域。该方法包括以下步骤：利用宏观金相法选取铸造奥氏体不锈钢的柱状奥氏体晶粒区，沿垂直于柱状奥氏体晶粒生长方向切取薄板试样；基于电子背散射衍射法测定试样表面的奥氏体晶粒晶体取向分布，并采用超声脉冲回波法测定对应区域的A扫描信号；对上述区域沿厚度方向解剖，基于电子背散射衍射法测定奥氏体和铁素体晶粒的晶体取向分布；选取沿板厚方向为单个奥氏体晶粒的位置，提取铁素体晶粒特征并建立其与声衰减系数之间的关系。该方法避免了奥氏体晶粒弹性各向异性的影响，为微小缺陷和损伤的检测提供支持。

技术领域

本发明涉及一种建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法，其属于金属材料超声无损检测技术领域。

背景技术

铸造奥氏体不锈钢广泛应用于核电、化工等领域。其组织特点是晶粒粗大，以Z3CN20.09M钢为例，奥氏体等轴晶粒直径约1-5mm，柱状晶粒长度可达十几mm，弹性各向异性明显；同时，含有约20%的铁素体，呈长条状或岛状，尺寸在亚mm量级。由于长期服役于高温、高压等恶劣环境，易发生力学损伤。此外，铸造过程中产生的微小缺陷也可作为裂纹源、促进裂纹的形核和扩展。因此，对铸造奥氏体不锈钢中微小缺陷和损伤进行检测对保证关键构件安全运行十分重要。

工程中一般采用较低的超声检测频率（0.5-2MHz），目的在于降低弹性各向异性奥氏体晶粒导致的结构噪声，提高检测信噪比。此时，超声纵波波长约3-12 mm，铁素体晶粒的影响常忽略不计。然而，对于亚毫米量级（甚至更小）缺陷和损伤，必须提高超声检测频率（一般在10 MHz以上），对应的超声纵波波长降低至0.6 mm以下，与铁素体晶粒的尺寸相当。此时，铁素体晶粒和奥氏体晶粒一样影响超声波传播行为和检测评价结果，不能忽略。

因此，建立铁素体晶粒特征与超声信号特征之间的关系是铸造奥氏体不锈钢微小缺陷和损伤检测必须解决的问题。其难点在于如何从超声信号中剥离奥氏体晶粒弹性各向异性的影响，主要是铸造奥氏体不锈钢中奥氏体、铁素体晶粒共存，且奥氏体晶粒晶体取向多为随机分布。如果通过制备单晶材料、分别表征，就会改变原有的组织环境、成分和性能，与原始的铸造组织不具有可比性。而对于柱状奥氏体晶粒而言，各晶粒长轴方向均为<100>方向，生长速度较快，仅铁素体晶粒存在差异。因此，本发明提出一种建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法，可以避免奥氏体晶粒晶体取向变化带来的影响，对研究铸造奥氏体不锈钢中超声信号传播机理、提高微小缺陷和损伤的检测能力具有重要意义。

发明内容

本发明目的是提出一种建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法。它采用电子背散射衍射法对平板试样表面及截面进行晶体取向分析，结合对应区域的超声A扫描信号，建立单个奥氏体晶粒中不同铁素体晶粒特征与声衰减系数之间的对应关系。

本发明采用的技术方案是：建立铸造奥氏体不锈钢中铁素体晶粒特征与超声信号特征之间关系的方法，其特征是：利用宏观金相法选取铸造奥氏体不锈钢的柱状奥氏体晶粒区，并沿垂直于柱状奥氏体晶粒生长方向切取薄板试样；利用电子背散射衍射法测定薄板试样表面区域的奥氏体晶粒晶体取向分布，并利用超声脉冲回波法测定对应区域的A扫描信号；对上述区域沿厚度方向解剖并利用电子背散射衍射法测定奥氏体和铁素体晶粒的晶体取向分布；选取沿板厚方向为单个奥氏体晶粒的位置，建立铁素体晶粒特征与声衰减系数之间的对应关系。具体步骤如下：

（1）利用高氯酸溶液对铸造奥氏体不锈钢管道壁厚方向截面进行腐蚀，获取样品沿壁厚方向上宏观组织；

（2）确定柱状奥氏体晶粒位置，并沿垂直于其生长方向切取厚度约为1.0 mm的薄板试样；

（3）对步骤（2）中试样打磨抛光后进行振动抛光，去除表面残余应力；利用电子背散射衍射法测定试样表面的奥氏体晶粒晶体取向分布；