[发明专利]应用于海工平台的激光诱导微凹坑表面纳米化检测方法

说明书

本发明提供一种应用于海工平台的激光诱导微凹坑表面纳米化检测方法，包括以下步骤：采用E690高强钢为基材，激光冲击强化工艺制备海工平台抬升机构试样；测量海工平台抬升机构试样的激光冲击区域表面残余应力；计算各组海工平台抬升机构试样中不同方向的残余压应力均值和方差；绘制均值和方差随激光冲击次数变化曲线图；通过透射电镜、电子衍射实验，验证7.96GW/cm²的激光功率下三个方向残余应力近似相等、方差为182、FWHM值2.78°，冲击次数2次，E690高强钢表面形成纳米晶；本发明通过采用超过E690高强钢表面形成纳米晶的最小激光冲击强化参数进行极端塑性应变，能够使E690高强钢制备海工平台抬升机构试样形成纳米晶，无需破坏E690高强钢材料表面，适用于实际生产过程。

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种应用于海工平台的激光诱导微凹坑表面纳米化检测方法。

背景技术

随着人口的不断增长和陆上油气资源的不断消耗，海洋已成为世界油气开发的主要领域。海洋平台是集油田勘探、油气处理、发电、供热、原油产品储存和外输、人员居住于一体的综合性海洋工程装备，是实施海底油气勘探和开采的工作基地。目前世界海洋油气开发已呈现出向深海和极地进军的趋势，这对海洋平台用钢的综合性能提出了更高的要求，海洋平台用钢除了要具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性和冷加工性能之外，耐海洋大气和海水腐蚀性能也尤为重要。美国、日本和欧洲一些国家早就开始了海洋石油平台用钢的研究，并开发出多种适用于深海和极地海域使用的钢种，如ASTM规范中的A514， JFE 标准中的WELTEN80 和DNV规范中的E690。我国尚无具体的海洋平台用钢标准，且在制造屈服强度大于690 MPa 的超高强海洋平台用钢方面与国外存在一定的技术差距。E690高强钢是重要的海工用钢，在海洋潮差的作用下极易发生腐蚀损伤甚至腐蚀疲劳断裂，会严重威胁海工平台的安全。

E690高强钢因具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂等优异性能，以及良好的焊接性能和冷加工性能，被广泛应用于海洋工程、舰船、港口机械等行业。近年来，随着世界能源需求不断加大和可开采油气资源的减少，人类不得不对特大型海洋天然气田等富含CO₂、H₂S、Cl 等强腐蚀环境的高酸性油气资源进行开采开发，特大型海洋天然气田的特点是地质结构复杂、高温高压、高腐蚀性。因此，国内外对E690高强钢的需求不断增加。

由于多数工程材料的失效行为(例如接触疲劳失效，摩擦磨损等)多发生在试样的表面，并且这些失效行为对材料的表面组织和性能有很大的敏感性。因此，优化材料表面的组织和性能，能够有效的提高工程材料总体的服役寿命。纳米晶材料是指晶粒尺寸在纳米量级的晶体材料。这类固体是由尺寸至少（在一个方向上）为几纳米的结构单元（主要是晶体）所构成的多晶体。由于纳米晶粒极细，大量的原子处于晶粒之间的界面上，使界面成为一种不可忽略的结构单元。这种独特的结构特征使纳米晶材料成为有别于多晶体和非晶体的一种新材料，从而使材料在力学、磁性、介电性、超导性、光子等方面具备了许多优异的性能。尤其是当晶粒细化到纳米级后，材料的许多力学性能会发生明显的变化，例如强度和硬度的提高，有些材料还会出现超塑性的现象。因此，纳米晶的形成与否成为以E690高强钢作为材料的海工平台关键零部件抗磨损和防腐蚀的重要指标之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于海工平台的激光诱导微凹坑表面纳米化检测方法，以解决背景技术中所提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种应用于海工平台的激光诱导微凹坑表面纳米化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用E690高强钢作为原材料，并采用激光冲击强化工艺制备海工平台抬升机构试样，并对海工平台抬升机构试样进行分组，分为多个样品组；海工平台抬升机构试样经激光冲击强化工艺的表面形成直径为2mm的微凹坑；