电站金属微创试验技术发展及应用

孙标

（神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京100025）

电站金属微创试验技术发展及应用

孙标

（神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京100025）

微创试验技术是以对部件微小损伤为代价获取微小试样进行材料性能及组织研究，微创试验技术应用于电站金属评估方面可以解决电站传统无损检测数据信息不全面、常规取样试验方法破坏性大且成本昂贵等问题。通过对微创试验技术发展、方法及应用的阐述，对比分析其与传统试验方法在电站金属试验方面应用的优劣，认为采用微创试验技术获取电站金属材料在长期高温服役下的组织、性能等劣化数据，对电站高温金属部件剩余寿命评估是可行的，突破传统取样试验对评估工作的限制，具有较好的发展和应用空间，对电站后续安全稳定运行十分必要。

微创试验技术；电站金属；高温服役；寿命评估

0　引　言

随着我国对能源利用效率及环境需求不断提高，近年来我国大力发展和建设先进的超超临界锅炉等高效节能环保电厂，新型耐热钢材料如P92、HR3C、Super304H等开始在火电机组中得到广泛应用［1-2］。机组中大量高温承压部件，如锅炉压力容器、主蒸汽管道等，其运行温度与压力相对较高、服役环境恶劣。随着节能环保高参数机组的大力建设，机组运行温度和压力将进一步提高，使得材料服役条件更加恶劣。金属材料长期在高温高压和腐蚀条件下运行，容易受到拘束应力、热应力、化学腐蚀等因素的作用，材料会发生劣化，材料性能下降，缩短设备的使用寿命。为了保证电站机组的安全稳定运行，在金属寿命评估过程中，需要对服役材料进行性能和微观组织结构分析，评估高温服役后材料的劣化程度，预测高温部件的剩余寿命和评价含缺陷高温部件的完整性［3］。

传统无损检测方法和取样检测方法都一直在这些方面发挥着作用，可是两者各有其局限性。传统无损检验方法如覆膜金相和里氏硬度法，虽然操作简单、无损，但是所知的信息量有限，也不足够精确，尤其是近年来随着超超临界机组的发展，新型马氏体和奥氏体耐热钢的应用显示，金相分析在老化评估方面己不能满足要求，需要TEM、SEM等更深一步的微观组织分析。传统取样性能测试方法，结果比较准确，但对于高温高压下运行的设备往往采用破坏性试验，即要获得材料性能在长期高温高压运行后的材料劣化状况，就需要从在役设备上截取足以完成性能试验的一块试验段。对于多数设备来说，这种做法是不允许的，成本高、破坏性大、还需补焊，限制了在役设备寿命评估技术的应用。因此，基于“无损取样”概念的新型试验方法——微创试验技术［4-5］得以快速发展，可以有效、经济、安全、小代价地评估在役设备材料性能和设备使用安全性。

1　微创试验技术

微创，就是微小创口、微小损伤。微创试验技术就是采用小尺寸试样，以微小损伤的代价评价材料的性能。常见有：微断裂韧性试验，采用微小夏比V型试样、SENB试样和CT试样的断裂韧性试验；微试样拉伸试验以及小冲孔试验技术［6-8］。微创试验技术所需试样尺寸小，可以直接从在役设备上制备，对设备损伤小，兼具无损取样和取样方便的优势，可以用来研究金属材料、复合材料、无机材料以及研究涂层的性能。目前，微创试验技术已经用来测量材料的多轴应力/应变、屈服强度、拉伸强度、韧脆转变温度和断裂韧性等，应用领域已经涉及火电、核工业、石油化工、航空、航天等行业。

1.1微断裂韧性试验

断裂力学方法是评估压力容器、管道等结构完整性常用方法。断裂力学评定需要涉及设备的服役压力、材料的强度和断裂韧性如J、CTOD、KIC和FATT等。材料的断裂韧性一般通过CT、SENB和夏比冲击试样获得。对于一些实际结构，可能由于尺寸限制，无法制备标准规定的最小尺寸的常规试样。因此，微小夏比V型、SENB和CT试样的断裂韧性试验方法得以发展，可采用小尺寸试样进行试验，通过建立与常规试验结果的对比关系，间接地获得材料的断裂韧性［9］。这种方法在核电中目前应用较为广泛，还可以使用在无法破坏性取样的设备上。Maloy［10］和Jia等［11］利用这种方法研究了核电受辐射材料的断裂韧性。

1.2微拉伸试验

微拉伸试样形式，和常规的拉伸试样形式相同，区别是试样的直径更小或者宽度更窄，可以小到2mm［12］。对于不能加工或者不易加工标准拉伸试样的材料，可以采用微拉伸试样获得拉伸性能。微拉伸试样既能反映材料局部特性，也可以用来研究结构不均匀材料的力学性能。微拉伸试验可以用来分析：

1）焊接接头不同区域的材料性能以及各区域性能的梯度变化情况。

2）小截面半成品的材料性能测试。

3）无法制备标准尺寸试样的材料力学性能分析，如失效分析。

4）小尺寸焊接接头的力学性能测量，如激光焊件、等离子束焊件。

5）微型元件的力学性能测量，如电子封装件。

此外，微拉伸试样不仅可以分析材料常温力学性能，还可以用于高温力学性能以及高温蠕变性能的测量。初瑞清等［13］用结构均匀的X60钢测试了微拉伸试样的拉伸强度的可靠性，发现试样尺寸对拉伸强度的影响很小，微型试样测量结果与标准全厚尺寸试样测量结果的差别不大。Zhao等［14］利用有限元模拟和试验相结合的方法，分析了微拉伸试样的尺寸和几何形状对材料力学性能的影响，为微拉伸试验提供指导。Nogami等［15］利用微试样研究了铁素体材料的疲劳性能，以及试样的尺寸和形式对疲劳性能的影响。研究发现：对于圆棒试样，试样尺寸和形式对疲劳性能没有影响；对于板材试样，试样尺寸没有影响，试样形式有影响。因此，其建议采用圆棒型微试样评估材料的疲劳性能。

1.3小冲孔试验技术

小冲孔试验技术是在20世纪80年代，美国AMES实验室［16］为评定核电受辐射材料的性能开发的。小冲孔试验装置的示意图如图1所示，主要由冲杆、压头、上下固定平台、加载装置和测量装置构成。试样的形式主要有圆形和方形两种，试样的尺寸一般是厚度0.1～0.5mm，直径（边长）3～10mm。压头的形式主要有球形、锥形和圆柱形，目前广泛应用的是球形压头，一般是由陶瓷加工而成。其基本原理就是利用冲杆以恒定的速率或者在恒定的载荷下冲压薄片试样，记录试样从变形到断裂整个过程中的载荷-位移（或者变形挠度）数据，并借此分析和获得材料各种性能的试验方法。

图1　小冲孔试验示意图

小冲孔试验典型的载荷-位移曲线如图2所示，可以看出其变形过程主要分为4个阶段：

图2　小冲孔试验的载荷-位移曲线

I弹性弯曲变形阶段。和常规的拉伸试验相似，初期试样发生弹性变形，不同的是小冲孔试验局部会发生塑形变形。

II塑形弯曲变形阶段。该阶段试样的塑性变形逐渐增大，并从球形压头与试样的接触处沿厚度和半径方向逐渐扩展。

III薄膜伸张阶段。在该阶段导致试样变形的不再是弯曲应力，而是圆球压头与试样接触面的边缘的拉伸应力。

IV塑性失稳和断裂阶段。在这一阶段，主裂纹形成并沿塑性失稳面逐渐扩展。

基于小冲孔试样变形的理论分析，就可以获得材料的常规力学性能，如抗拉强度、屈服强度、断裂韧性、韧脆转变温度等。Okada和García等［17-18］研究了小冲孔试验结果和常规试验结果两者之间的联系，分析了两者试验曲线的异同，利用载荷-位移曲线获得材料的屈服强度和抗拉强度等性能。Bulloch和Fleury等［19-20］利用该技术研究了未服役材料以及服役材料的韧脆转变温度，建立了描述小冲孔试验测定的韧脆转变温度（TSP）与标准试验测定的韧脆转变温度（FATT）之间关系的经验公式：

式中α和β都是无量纲参数。

Cuesta和Turba等［21-23］利用含裂纹的小冲孔试样分析了材料的断裂韧性，并分别针对脆性材料和韧性材料建立了小冲孔试验的有效断裂应变和断裂应力与常规的材料脆性断裂韧性KIC以及材料延性断裂韧性JIC之间的关系。

式中：εsp、σsp——试样的应变和应力；

k、c、J0——材料参数。

1.4小冲孔蠕变试验技术

小冲孔蠕变试验技术是在小冲孔试验技术上发展起来的，针对材料高温蠕变性能的测量和分析，用以评估高温构件的完整性［24］。其基本原理和小冲孔试验一致，只是其试验环境为高温环境，且一般需要氩气的气体保护防止试样的氧化。小冲蠕变试验曲线和常规蠕变试验曲线对比如图3所示。

图3　小冲孔蠕变曲线和单轴蠕变曲线对比

小冲孔试验测得的蠕变曲线和单轴蠕变曲线类似，也是有3个不同阶段组成：

I挠曲变形速率递减阶段，初始阶段曲线的斜率逐渐减小，对应于单轴蠕变初始阶段。

II稳定挠曲速率变形阶段，第二阶段曲线的斜率基本保持不变，对应于稳态蠕变阶段。

III挠曲变形速率加速阶段，第三阶段的曲线斜率急剧增大，直至试样发生断裂速，对应于单轴蠕变的快速变形阶段。

常规的蠕变断裂试验中，断裂时间tr与承受应力σ之间的关系为

而小冲孔蠕变试验中，也发现破断时间tr和施加的载荷FSP之间具有一定关系为

式中B和n是蠕变参数，取决于材料本身。

根据小冲孔试样的变形过程，可获得小冲孔蠕变时施加载荷FSP和试样承受等效应力σeq的关系［25］为

式中：RSP——压头的直径；

t0——试样的初始厚度；

r——变形区域的半径；

KSP——无量纲的相关系数，取决于材料本身。

因此，利用小冲孔蠕变试验技术也可以获得材料的破断时间和承受应力的关系，进而评价材料的剩余寿命［26］。

目前，欧洲、美国、中国等的电力研究院和试验室，如DEN、EPRI、IMT、IPM、CISE、JRC及IMMT等已经在开展小冲孔蠕变试验技术评估材料的高温蠕变性能，并逐渐延伸评估在役设备的使用安全性和剩余寿命评估。Zhai和Zhou等［27-28］利用有限元计算的手段，研究了小冲孔试样的厚度、直径、载荷水平、压头直径、温度以及保护气体对小冲孔蠕变试验结果的影响，且研究了小冲孔蠕变试验过程中的变形情况，进一步明确了小冲孔蠕变变形的机理。对于超超临界机组新型耐热钢P91、P92钢的焊接接头高温服役时，易在接头的细晶区发生IV型早期开裂失效。Komazaki和Kato等［29-30］利用小冲孔蠕变试验技术分析了焊接接头各个微区（细晶区、粗晶区、母材和焊缝金属）的高温强度，试验得到的材料高温强度和常规蠕变试验的结果具有一致性，可以用来评价焊接接头服役时的寿命。Izaki等［31］利用该技术评估了服役后2.25Cr-1Mo钢过热器的高温性能，并评估了设备的剩余寿命。

1.5压痕试验法

压痕试验法是根据硬度测试衍生发展起来的表征材料力学性能的评价方法。通过在材料表面形成一个几十微米到几百微米级的压痕，就可以实现材料的力学性能测试，如屈服强度、抗拉强度、应力-应变曲线、应变硬化指数和断裂韧性等。由于压痕很小，压痕试验法测试过程不需破坏试样和不需要从结构上移走一部分测试试样，与传统的材料力学性能评价方法相比，具有无损、便捷、准确度高的优点，可评价高温高压设备服役后材料性能劣化程度，尤其是可以用来评价焊接接头的局部区域，如焊缝和热影响区的性能劣化情况。

按照压头形状分类，压痕法主要分为锥形压头和球形压头。两种压头的测试方法相似，但由于球形压头的旋转抛物面特性，与其他棱锥型或圆锥型压头相比，更容易获得材料的各种力学性能，因此目前研究和应用均集中在球形压痕技术［32-34］。

压痕试验法由于其独特的优势，自发展以来就成为了国内外研究重点。Murty等［34］采用球形压痕测试技术研究了高温钢SA-533B的力学性能梯度和焊接接头断裂性能梯度，结果发现，球形压痕法测试母材和焊缝金属的结果与拉伸结果一致，屈服强度、拉伸强度、强度系数和应变硬化指数的相对误差都低于7%；焊缝金属的流变应力和加工硬化速度比母材金属低。Haggag等［35］开发多循环的自动球压痕方法，利用压痕载荷与压痕深度数据计算材料的应力应变曲线，并用于服役中的航空铝合金的力学性能的评价。汤杰［36］采用自动压痕试验法测量结构钢及其应变时效后的力学性能。研究结果发现，自动球压痕试验在一定程度上可代替常规试验方法。崔航等［37］采用量纲分析法，建立了球形压头的无量纲函数，通过此无量纲函数和有限元数值计算的方法，获得了金属材料的屈服强度和应变硬化指数。饶德林［33］利用球形压痕法试验法，通过多级循环加载方法和人工神经网络模型分析了5083铝合金材料力学性能，测量结果和拉伸试验结果具有很好的一致性。

随着球形压痕技术的不断发展和完善，其应用越来越广泛，逐渐发展到可用来分析材料蠕变性能以及蠕变机理，这种技术又称为压痕蠕变试验技术。压痕蠕变试验技术，与传统拉伸蠕变相比较，试验过程需要的试样数量少；可用于新型材料和特殊材料的蠕变研究；缺少拉伸蠕变的第三阶段，变形较稳定；在某些情况下可方便、快捷地实现在役、非破坏测量。Yue等［38］利用有限元数值模拟的方法，分析了压痕蠕变法测量两相材料的蠕变性能可能性。Su等［39］用压痕蠕变测试了材料的幂指数蠕变性能，测量结果和单轴蠕变试验结果具有很好的一致性。Gao等［40］用该方法分析了单晶Cu蠕变性能对应变速率的敏感型，并分析了压痕蠕变的机理以及影响蠕变变形速率的因素。赵彬等［41］采用有限元方法分析了圆锥压头、球形压头和圆柱形平压头作用下铝合金的压痕蠕变行为。研究发现，对于高温压痕蠕变，确定材料蠕变参数时，平压头具有相当的优势：压头下方的应力场相对稳定，可不考虑摩擦和堆积的影响，计算简便准确。

2　与传统试验方法对比分析

面对经济和环境的双重压力，火电机组正向高参数的节能、环保和高效的超超临界机组发展，一些高温承载构件的破坏往往会导致灾难性的后果和重大的经济损失，这就需要定期对在役承压部件材料劣化程度进行评估，评估部件的剩余寿命和安全性。微创试验技术可以利用从在役结构的表面获取比常规试样尺寸小的试样或者直接在结构表面进行测试来评估构件的性能，在不损坏在役结构完整性的前提下，获得材料服役后各种力学性能如蠕变持久强度、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等，进而评价在役结构的安全性和剩余寿命。微创试验技术，以其独特的优势，可以经济、高效地实现电站高温金属部件的完整性评估。微创技术和传统方法的优劣对比如表1所示。

表1　微创试验技术与传统金属监督方法的对比

和传统的无损检测方法和破坏性试验方法对比，微创试验技术优势如下：

1）可以兼具两者的优势，既可以实现常规的理化分析如金相覆膜、硬度分析，又可以几乎无损、低成本、低风险、较短维修周期获得服役后材料的各种力学性能变化。

2）对设备损伤小，避免割管带来的焊接缺陷安全隐患和补焊施工的各项费用。

3）可以实现对火电机组中金相组织异常、硬度变化异常、析出物变化异常、管系温度危险段、管系应力危险段部件等实际材料性能的测量，准确分析材料性能的变化及评估设备后续服役能力。

3　微创试验技术存在问题

微创试验技术采用的都是小尺寸试样，试样的尺寸均在是厘米级，试样的长度和厚度的差别不是很大，没有表现出明显的尺寸效应和拘束效应，其测得试验结果和常规标准试样具有较好的一致性［13-15］。此外，微创试验技术直接利用在役部件上制备的小尺寸试样或直接在部件表面上进行材料性能测试，对大型在役部件几乎无损，因此这种技术受到越来越多的关注。但实现弥补现有的在役机组关键设备的材料性能监督以及寿命评估的不足，形成微创寿命评估的标准，还需解决以下问题：

1）微创试验技术对材料结构均匀度，相比常规标准试验，更为敏感，微创试验技术获得的试验数据分散性要高于常规标准试样。因此在用微创试验反映材料力学性能时，还需要尽可能地采用较多的试样，取试验结果的平均值［13］。微创试验技术分析主要针对结构的表面，而大型部件内外表面的材料性能具有一定的差异，因此还需要进一步研究大型部件内外表面材料性能的差距，才能保证评估的准确性。

2）微创试验技术对小尺寸试样的表面质量、试样尺寸等要求，要远高于常规的标准试样，即使是相差很小也会导致结果有一定的偏差。钱珍梅［42］在研究小冲孔蠕变试验技术时，发现试样的厚度变化为1μm，就会导致试样断裂时间相差约2%。Zhou［28］利用有限元计算的方法，分析小冲孔蠕变试验条件对试验结果的影响，发现试样的厚度、压头直径、温度以及保护气体都会影响小冲孔蠕变试验的破断时间，而试样的直径对破断时间的影响不大。

微创试验技术由于其对试验精度要求高，试验中的微小差异都有可能会对试验结果产生较大的影响。为了消除试验过程中参数的影响，在分析微创试验结果时，通常是建立相应的经验公式，用以消除不同试验参数对试验结果的影响。

3）微创试验技术获得试验结果和常规试验结果通常具有较好的对应关系，为了得到常规材料性能数据，还需建立相应的转换关系。且这种转换关系一是会随着材料的变化可能会发生变化，二是转换关系的建立均借助有限元数值模拟的方法进行系统分析。为了实现工程应用，还需对不同材料下的对应关系进行系统性的研究。

为了实现在役设备寿命的微创评估，还需建立相关的微创试验标准，用以规范各种试验参数和建立与常规试验结果的对应关系。美国和欧洲均在开展微创实验的标准化研究，并已经取得一些成果，我国起步较晚，还处于开展阶段。

4　结束语

针对电站高温金属部件进行结构完整性评估以及延寿的研究，对保证高温构件的长期安全工作具有重要意义。微创试验新技术可以采用微小尺寸试样实现材料服役后各种性能测量，可以直接从在役设备上制取，对设备损伤在不影响在役设备正常运行；并能解决制样和取样困难的在役设备的性能测试。微创试验技术将弥补目前电站高温金属部件寿命评估的不足。尤其是随着超超临界机组的大力建设，新材料的服役时间增加，对其服役后的性能进行监督分析，微创试验技术必将会在电站承压在役设备寿命和安全性评估中越来越得到广泛地应用。

［1］于鸿垚，董建新，谢锡善.新型奥氏体耐热钢HR3C的研究进展［J］.世界钢铁，2010（2）：42-49.

［2］赵林，董显平，孙锋，等.Super304H超超临界锅炉过热器管长期服役后的显微组织及力学性能［J］.机械工程材料，2013（7）：28-32.

［3］轩福贞，涂善东.高温环境下在用压力容器检测与安全评估技术研究进展（二）——评估方法［J］.压力容器，2002，19（10）：1-5.

［4］ODETTE G R，HE M，GRAGG D，et al.Some recent innovations in small specimen testing［J］.Journal of Nuclear Materials，2002，307-311（02）：1643-1648.

［5］张小亮，王兆希.小冲杆试验方法研究进展及存在的问题［J］.中国测试技术，2008，34（1）：10-14.

［6］LUCAS G E.Review of small specimen test techniques for irradiation testing［J］.Metallurgical Transactions A，Physical Metallurgy and Materials Science，1990，21（5）：1105-1119.

［7］ROSINSKI S T，CORWIN W R.ASTM cross-comparison exercise on determination of material properties through miniature sample testing［J］.ASTM Special Technical Publication，1998（1329）：3-14.

［8］艾芒，杨镇.小冲孔试验法的起源，发展和应用［J］.机械强度，2000，22（4）：279-282.

［9］SHEKHTER A，KIM S，CARR D G，et al.Assessment of temper embrittlement in an ex-service 1Cr-1Mo-0.25V power generating rotor by Charpy V-Notch testing，KIc fracture toughness and small punch test［J］.International Journal of Pressure Vessels and Piping，2002，79（8-10）：611-615.

［10］MALOY S A，JAMES M R.The mechanical properties of316L/304Lstainlesssteels，Alloy718andMod 9Cr21Mo after irradiation in a spallation environment［J］. Journal of Nuclear Materials，2001，296（1-3）：119-128.

［11］JIA X，DAI Y.The change of f racture toughness of martensitic steels af ter irradiation in SINQ target-3［J］. Journal of Nuclear Materials，2006，356（1-3）：50.

［12］DJORDJE D，JUNGHANS E.Determination of the tensile properties of specimens with small dimensions［J］. Kovine，Zlitine，Tehnologije，1999，33（6）：451.

［13］初瑞清，段占强，董翰，等.微型拉伸试样的设计及其在高性能管线钢研究中的应用［J］.金属学报，2006，36（6）：626.

［14］ZHAO Y H，GUO Y Z，WEI Q，et al.Influence of specimen dimensions and strain measurement methods on tensile stress-strain curves［J］.Materials Science and Engineering，2009，525（1-2）：68-77.

［15］NOGAMI S，NISHIMURA A，WAKAI E，Tanigawa H，Itoh T，Hasegawa A.Development of fatigue life evaluation method using small specimen［J］.Journal of Nuclear Materials，2013，441（1-3）：125-132.

［16］BAIK J M，KAMEDA J，BUCK O.Small punch test evaluationofintergranularembrittlementofanalloy steel［J］.Scripta Metallurgica，1983，17（12）：1443-1447.

［17］OKADA A，LUCAS G E，KIRITANI M.Micro-bulge test and its application to neutron-irradiated metals［J］. Transactions of the Japan Institute of Metals，1988，29（2）：99-108.

［18］GARCÍA T E，RODRÍGUEZ C，BELZUNCE F J，et al. Estimation of the mechanical properties of metallic materials by means of the small punch test［J］.Journal of Alloys and Compounds，2014，582（1）：708-717.

［19］BULLOCH J H.A study concerning material fracture toughness and some small punch test data for low alloy steels［J］.Engineering Failure Analysis，2004，11（4）：635-653.

［20］FLEURY E，HA J S.Small punch tests to estimate the mechanical properties of steels for steam power plant：I. Mechanicalstrength［J］.International Journal of Pressure Vessels and Piping，1998，75（9）：699-706.

［21］CUESTA I I，RODRIQUEZ C，BELZUNCE F J，et al. Analysisofdifferenttechniquesforobtainingprecracked/notchedsmallpunch test specimens［J］.Engineering Failure Analysis，2011，18（8）：2282-2287.

［22］CUESTA I I，ALEGRE J M.Determination of the fracture toughness by applying astructural integrityapproach to pre-cracked Small Punch Test specimens［J］. Engineering Fracture Mechanics，2011，78（2）：289-300.

［23］TURBA K，GÜLÇIMEN B，LI Y Z，et al.Introduction of a new notched specimen geometry to determine fracturepropertiesbysmall punch testing［J］.Engineering Fracture Mechanics，2011，78（16）：2826-2833.

［24］凌祥，周志祥，解巧云.小冲孔试验技术研究及其应用［J］.南京工业大学学报（自然科学版），2009，31（2）：106-110.

［25］BLAGOEVA D T，HURST R C.Application of the CEN（european committee for standardization）small punch creep testing code of practice to a representative repair welded P91 pipe［J］.Materials Science and Engineering：A，2009，510-511（1）：219-223.

［26］MA Y W，SHIM S，YOON K B.Assessment of power law creep constants of Gr91 steel using small punch creeptests［J］.Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures，2009，32（12）：951-960.

［27］ZHAI P C，HASHIDA T，KOMAZAKI SI，et al.Numerical analysis for small punch creep tests by finiteelementmethod［J］.Journalof Testing and Evaluation，2005，33（4）：298-303.

［28］ZHOU Z，ZHENG Y，LING X，et al.A study on influence factors of small punch creep test by experimentalinvestigation and finite element analysis［J］.Materials Science and Engineering：A，2010，527（10-11）：2784-2789.

［29］KOMAZAKI S I，KATO T，KOHNO Y，et al.Creep property measurements of welded joint of reduced-activation ferritic steel by the small-punch creep test［J］. Materials Science and Engineering：A，2009，510-511（18）：229-233.

［30］KATO T，KOMAZAKI S I，KOHNO Y，et al.Hightemperature strength analysis of welded joint of RAFs by small punch test［J］.Journal of Nuclear Materials，2009，386（5）：520-524.

［31］IZAKI T，KOBAYASHI T，KUSUMOTO J，et al.A creep lifeassessmentmethodforboilerpipesusingsmall punchcreeptest［J］.InternationalJournal of Pressure Vessels and Piping，2009，86（9）：637-642.

［32］伍声宝，关凯书.球压痕法评价材料拉伸性能的有限元分析［J］.设计计算，2012，29（9）：33-40.

［33］饶德林.5083铝合金力学性能的球压痕法检测研究［J］.航空精密制造技术，2013，49（2）：35-38.

［34］MURTY K L，MATHEW M D，WANG Y，et al.Nondestructive determination of tensile properties and fracture toughness of cold worked A36 steel［J］.International Journal of Pressure Vessels and Piping，1998，75（11）：831-840.

［35］HAGGAG F M，LUCAS G E.Determination of luders strains and flow properties in steels from hardness/microhardness tests［J］.Metallurgical and Materials Transactions A，1983，14（8）：1607-1613.

［36］汤杰.自动球压痕试验测定结构钢及其应变时效后力学性能的研究［D］.济南：山东大学，2013.

［37］崔航，陈怀宁，陈静，等.球形压痕法评价材料屈服强度和应变硬化指数的有限元分析［J］.金属学报，2009，45（2）：189-194.

［38］YUE Z F，EGGELER G，STÖCKHERT B.A creep finite elementanalysis ofindentationcreeptestingintwo phase microstructures（particle/matrix-and thin film/substrate-systems）［J］.Computational Materials Science，2001，21（1）：37-56.

［39］SU C，HERBERT E G，SOHN S，et al.Measurement of power-law creep parameters by instrumented indentation methods［J］.Journal of the Mechanics and Physics of Solids，2013，61（2）：517-536.

［40］GAOY，WENS，PAN F.Creep rate sensitivities of materials by a depth-sensing indentation technique［J］. Journal of University of Science and Technology Beijing Mineral Metallurgy Material，2006，13（4）：308-312.

［41］赵彬，许宝星，岳珠峰.不同形状压头作用下的压痕蠕变数值研究［J］.力学季刊，2008，29（1）：143-150.

［42］钱珍梅.小冲孔蠕变试验影响因素分析及应用研究［D］.南京：南京工业大学，2005.

（编辑：李刚）

Development and application of micro damage testing technology for the power plant’s metal

SUN Biao
（Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute，Beijing 100025，China）

Micro damage testing technology is about studying the properties and structures of materials used at power stations at the cost of damaging a very tiny area of the parts for sampling.With respect to the evaluation of power stations，this technology can be used to solve theproblems suchasincomplete data of traditional nondestructive testing as well as large destruction and high cost of regular sampling test methods.Based on its development，methods and application as well as its advantages and disadvantages compared with conventional testing methods，it is believed that this technology is feasible in that the remaining service life of hightemperature metal parts can be estimated by obtaining the data for organization and property deterioration of metal materials after long-term high temperature service from power stations. Experiments suggest that this technology has broken the limitation of conventional sampling tests and has extensive development and application space，which is indispensible and significant for power stations to run safely and steadily.

micro damage testing technology；power plant’s metal；elevated temperature’s service；life prediction

A

1674-5124（2016）05-0011-07

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.05.003

2015-11-15；

2015-12-23

孙标（1970-），男，吉林省吉林市人，高级工程师，主要从事电站金属材料焊接、性能检测、失效研究。