Q245R钢是一种广泛用于石油化工行业与压力容器制造行业的低合金高强钢,具备强度高、塑性好、耐腐蚀等优点。在工程应用中,大部分的压力容器等机械设备都处于高压、高温、高载等环境,在这种工况下工作,设备不可避免的会出现损伤。而材料的微观组织尤其是晶粒尺寸对于材料的性能特点反应非常灵敏。目前在役设备的常规无损检测方法对于一些多晶材料的分析与检测不够准确,为了保证及时对材料微观组织结构进行研究的同时不影响在役设备的正常工作,国内外学者研究发现,非线性超声技术可以作为一种有效的研究方法,对在役设备进行在线无损检测。本文以Q245R钢为研究对象,采用非线性超声检测技术,对不同晶粒度级别的Q245R钢试件进行非线性超声特性实验,通过分析实验过程中得到的非线性超声特性参数,确立非线性特性参数与材料晶粒度级别的量化关系,建立量化公式,达到利用非线性超声特性表征材料晶粒度级别的目的。同时对不同晶粒度级别的Q245R钢试件进行维氏硬度试验得到维氏硬度,以非线性特性参数为特征参量,对材料的维氏硬度进行定量分析,为利用非线性超声检测技术表征材料晶粒度级别与力学性能提供一种有效的方法。主要研究内容如下:(1)介绍了目前阶段国内外学者对于非线性超声技术的研究状况。深度研究了利用RITEC RAM-5000 SNAP仪器对材料进行非线性超声实验的机理。并对材料晶粒级别对力学性能的影响进行了剖析。(2)考虑到研究对象为不同晶粒度级别的Q245R钢材料,为了达到对比分析的目的,对初始状态下的Q245R钢试件进行非线性超声实验,得到Q245R钢试件初始状态下的非线性超声特性参数。(3)结合金属材料的热处理相关知识与金相法观测晶粒大小的理论基础,通过热处理加工得到不同晶粒大小的四组Q245R钢试件,依靠金相显微镜观察每组材料的晶粒度大小,利用面积法计算每组试件的晶粒度级别。(4)对四组Q245R钢试件进行非线性超声特性实验,通过对比初始状态下的非线性超声特性参数,发现Q245R钢的二阶非线性系数β与衰减系数α随着材料晶粒度的改变产生不同的变化趋势。两组实验数据表明,随着材料晶粒度级别的增大,衰减系数先增加,在晶粒度级别达到5级之后,衰减系数开始降低;随着晶粒度级别的增大,二阶非线性系数逐渐降低。同时发现材料的声速与晶粒度的级别之间没有明显变化关系。(5)选取衰减系数α与二阶非线性系数β作为特征参量,分析两个参数随着材料晶粒度级别的变化关系,分别建立与Q245R钢晶粒度级别的量化关系公式。(6)对维氏硬度计测得的不同晶粒度级别Q245R钢维氏硬度HV进行量化分析,建立维氏硬度HV与材料晶粒度级别的量化关系公式。结合二阶非线性系数公式,利用二阶非线性系数β表征材料维氏硬度HV,为非线性超声特性判断Q245R钢材料晶粒度级别以及力学性能提供一种有效的表征方法。