DLT4382009金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程解讀

1、DL/T438-2009“火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”解讀李益民1 范長信1 趙彥芬2 梁軍3 嚴(yán)蘇星4 蔡文河5 林介東61.西安熱工研究院有限公司； 2.蘇州熱工研究院有限公司3.神華國華（北京）電力研究院有限公司； 4.陜西電力科學(xué)研究院5.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司； 6.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院摘 要：對DL/T438-2009的修訂背景、修訂基本原則做了簡要介紹，重點(diǎn)介紹了取消低合金鋼碳化物、蠕變孔洞的檢測監(jiān)督、蒸汽管道不強(qiáng)制進(jìn)行蠕脹檢測的技術(shù)背景和9-12%Cr鋼制高溫部件檢驗(yàn)監(jiān)督技術(shù)判據(jù)的技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：DL/T438 金屬監(jiān)督 碳化物 蠕變孔洞 蠕脹檢測 9-12%C

2、r鋼1“火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”的歷程1983年由原水利電力部首次頒布SD107-83“火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”，為我國電力行業(yè)金屬監(jiān)督的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1991年第一次修訂，由原能源部頒布，標(biāo)準(zhǔn)號改為DL438。2000年第二次修訂，由原國家經(jīng)貿(mào)部頒布DL438-2000，2009年第三次修訂，由國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源局頒布DL/T438-2009。 2 標(biāo)準(zhǔn)屬性 SD107-83、DL438-91和DL438-2000標(biāo)準(zhǔn)號中均無“/T”，DL/T438-2009標(biāo)準(zhǔn)號中加上“/T”。“/T”意為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法實(shí)施條例中的規(guī)定：凡保障人

3、民生命、財(cái)產(chǎn)安全、人身健康，環(huán)境保護(hù)和公共利益的標(biāo)準(zhǔn)，法律、行政法規(guī)規(guī)定強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。其它為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。此后，我國所有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)號中均加上“/T”。中華人民共和國“工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文-電力工程部分-2006 ”（中華人民共和國建設(shè)部發(fā)）中涉及電力建設(shè)的有三篇“第一篇 火力發(fā)電工程、第二篇 水力發(fā)電及新能源工程、第三篇 電氣輸變電工程”，其中“第一篇 火力發(fā)電工程”中的強(qiáng)制性條文涉及到DL438、DL869“火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程”、DL/T820“管道焊接接頭超聲波檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程”、DL/T821“鋼制承壓管道對接焊接接頭射線檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程”中諸多條款。這表明在電力建設(shè)階段相關(guān)

4、的金屬監(jiān)督條款為強(qiáng)制性條文。強(qiáng)制性條文具有法規(guī)屬性，不執(zhí)行就是違法。強(qiáng)制性條文的法律地位表現(xiàn)主要在以下兩點(diǎn)：一是明確了強(qiáng)制性條文是參與建設(shè)活動(dòng)各方執(zhí)行工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和政府對執(zhí)行情況實(shí)施監(jiān)督的依據(jù)；二是明確了列入強(qiáng)制性條文的所有條款都必須嚴(yán)格執(zhí)行。3修訂的背景和依據(jù)原規(guī)程DL438-2000的修訂是依據(jù)“中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)部門文件標(biāo)綜20057號文關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)國家發(fā)改委2005年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃(電力行業(yè))的通知”，修訂主要考慮以下情況:2000年后頒布了50多個(gè)與電力金屬檢驗(yàn)監(jiān)督相關(guān)的國家、電力、機(jī)械、冶金新規(guī)程。2000年后頒布了幾十個(gè)國外相關(guān)新標(biāo)準(zhǔn)（ASME、ASTM、DIN EN、BS

5、EN）。超臨界、超超臨界機(jī)組新型耐熱鋼的應(yīng)用。近幾年,我國的超臨界、超超臨界機(jī)組發(fā)展迅猛。目前在建及投運(yùn)的600MW及以上超超臨界機(jī)組已達(dá)200臺(tái)以上，此類機(jī)組的溫度、壓力高達(dá)605左右和26MPa。在如此高的溫度和壓力下，必然采用一些新的耐熱鋼。對這些新的耐熱鋼部件的檢驗(yàn)監(jiān)督是電廠金屬工作者一個(gè)突出的新問題。目前，國內(nèi)外對這些新型耐熱鋼的力學(xué)性能、焊接及熱處理特性進(jìn)行了大量的研究，為此類機(jī)組的金屬監(jiān)督提供技術(shù)依據(jù)。 機(jī)組狀態(tài)檢修技術(shù)的開展。機(jī)組態(tài)檢修的模式有：基于設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估的維修（Risk Based MaintenanceRBM）；可靠性維修（Reliability Centered M

6、aintenanceRCM）；預(yù)知性維修（Predictive MaintenancePDM）；預(yù)防性維修（Preventiv MaintenancePM）等。國內(nèi)目前開展的以機(jī)組高溫關(guān)鍵部件狀態(tài)評估和壽命評估為基礎(chǔ)的設(shè)備狀態(tài)檢修，必然要對機(jī)組，特別是機(jī)組的關(guān)鍵部件，例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、護(hù)環(huán)、發(fā)電機(jī)絕緣、鍋爐汽包、汽水分離器，高溫聯(lián)箱、蒸汽管道、高溫過熱器、高溫再熱器管的質(zhì)量狀況、材質(zhì)狀態(tài)作出評估。4修訂的基本原則 2006年7月，項(xiàng)目組第一次會(huì)議確定了以下修訂的基本原則： （1）將原規(guī)程的“1范圍”與“3總則”合并并刪減有關(guān)內(nèi)容。（2）引用標(biāo)準(zhǔn)采用最新的版本。（3）取消對高溫部

7、件，特別是低合金耐熱鋼的碳化物檢測監(jiān)督（因?yàn)槠湟?guī)律性較差）。（4）取消對高溫部件，特別是低合金耐熱鋼的蠕變孔洞的檢驗(yàn)監(jiān)督（因?yàn)樵谖幢训恼羝艿?、高溫?lián)箱中，即使運(yùn)行30多萬小時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下也未檢測到確切的蠕變空洞）。（5）不強(qiáng)制要求對新建機(jī)組主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道進(jìn)行蠕脹檢測。（6）增加對912Cr鋼制高溫部件的檢驗(yàn)監(jiān)督內(nèi)容。（7）將聯(lián)箱分為高溫聯(lián)箱和低溫聯(lián)箱，高溫聯(lián)箱監(jiān)督為獨(dú)立章節(jié)；低溫聯(lián)箱與主給水管道合并寫。原來規(guī)程將聯(lián)箱與主給水管道作為一個(gè)章節(jié)。（8）對噴水減溫器聯(lián)箱的檢驗(yàn)監(jiān)督內(nèi)容進(jìn)行增加。（9）原規(guī)程將汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)作為一個(gè)章節(jié)，修訂的規(guī)程將汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)作為獨(dú)立章節(jié)。（1

8、0）取消對發(fā)電機(jī)中心孔的檢驗(yàn)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)中心孔內(nèi)有線棒等裝置，而可檢測的區(qū)段很小。（11）對高溫螺栓的檢驗(yàn)監(jiān)督與DL439相一致。（12）由于20號鋼、碳鋼、15CrMo和12Cr1MoV、10CrMo910已頒布了相應(yīng)的球化、石墨化標(biāo)準(zhǔn)，故取消原規(guī)程中的附錄D、E和F。對所有監(jiān)督的部件強(qiáng)調(diào)制造、安裝和機(jī)組運(yùn)行的全過程檢驗(yàn)監(jiān)督。5 有關(guān)重要條款的修訂說明5.1取消對高溫部件，特別是低合金耐熱鋼碳化物的檢測監(jiān)督火力發(fā)電廠高溫部件在長期高溫運(yùn)行過程中，金屬材料不但會(huì)發(fā)生珠光體球化（在珠光體鋼中）、石墨化（碳鋼和鉬鋼），鋼中合金元素還會(huì)發(fā)生在碳化物與基體間的重新分配，即基體中的合金元素會(huì)向碳化物中轉(zhuǎn)

9、移，基體中合金元素出現(xiàn)貧化。另一方面，碳化物的結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量和分布也會(huì)發(fā)生變化，變化的結(jié)果是力求使碳化物變?yōu)楦€(wěn)定的碳化物類型，并使其分布處于更穩(wěn)定的狀態(tài)。上述過程的發(fā)生是由于高溫下合金元素原子擴(kuò)散的結(jié)果。鋼中合金元素在碳化物與基體間的重新分配、碳化物結(jié)構(gòu)類型的變化過程與鋼的化學(xué)成分、原始組織狀態(tài)、運(yùn)行條件（溫度和時(shí)間）等因素有關(guān)?；w中合金元素向碳化物中的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致了基體中合金元素的貧化，使鋼的基體強(qiáng)度、硬度以及蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度下降。所以，原規(guī)程7.36條中有對低合金鋼制主蒸汽管道和再熱蒸汽管道碳化物中Mo含量的規(guī)定，但大量的試驗(yàn)檢測結(jié)果表明：碳化物中合金元素的含量規(guī)律性較差。表1四川地區(qū)火

10、電廠蒸汽管道用鋼運(yùn)行不同時(shí)間后碳化物中合金元素含量的測試統(tǒng)計(jì)。由表1可見：無論是同一管道相近兩點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)還是相同運(yùn)行歷程的管道不同點(diǎn)處的測試數(shù)據(jù)，都存在較大的差異。例如，成都熱電廠5號爐12CrMo鋼制主蒸汽管道，在510下運(yùn)行60000h三個(gè)測點(diǎn)的碳化物中Cr、Mo元素占基體中該合金元素含量百分比相差一倍以上，而運(yùn)行170000h的2號爐主蒸汽管道（與5號爐主蒸汽管道運(yùn)行參數(shù)相同）的Mo元素含量與運(yùn)行60000h的相近，無法判斷運(yùn)行時(shí)間對Mo元素占基體中該合金元素含量的影響。江油電廠3號爐主蒸汽管道與5號至6號爐主汽母管均在540下運(yùn)行100000h，其Cr、Mo元素占基體中該合金元素含量

11、百分比也相差一倍以上。而豆壩電廠1號爐主汽管監(jiān)督段，在540下運(yùn)行120000 h后，不同測點(diǎn)的Cr元素含量相差近一倍，Mo元素含量相差達(dá)33%。這表明低合金耐熱鋼經(jīng)不同時(shí)間運(yùn)行后，碳化物中合金元素含量占基體中合金元素含量的百分比的數(shù)值還比較散亂。在其它的研究報(bào)告中也發(fā)現(xiàn)過類似的現(xiàn)象。 上述試驗(yàn)是在現(xiàn)場用電解法萃取碳化物，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，試驗(yàn)中已排除了管道表面脫碳的影響。表1 四川地區(qū)一些火電廠蒸氣管道用鋼不同時(shí)間運(yùn)行后碳化物中合金元素的含量1管道名稱測點(diǎn)號材料運(yùn)行時(shí)間/溫度碳化物中合金元素/基體中合金元素(%)CrMoV成都熱電廠5號爐主汽管測點(diǎn) 112CrMo60000 h51013

12、.6720.93測點(diǎn) 217.1842.31測點(diǎn) 326.5732.56成都熱電廠2號爐主汽管12CrMo170000 h 51041.2941.72豆壩電廠1號爐主汽管監(jiān)督段測點(diǎn) 112Cr1MoV120000 h5405.6440.8297.15測點(diǎn) 211.6949.5499.65測點(diǎn) 36.1633.3393.91江油電廠3號爐主汽管10CrMo910100000 h54043.6640.18江油電廠5號至6號爐主汽母管測點(diǎn)210CrMo910100000 h54029.1679.37測點(diǎn) 323.6474.70重慶電廠31號爐主汽管測點(diǎn) 110CrMo91010799 h5407.2

13、833.75測點(diǎn) 211.7935.96測點(diǎn) 311.0249.47圖1顯示了12CrMo和15CrMo鋼在高溫下運(yùn)行不同時(shí)間后碳化物中Mo元素含量占基體中Mo元素的百分比。由圖1可見：數(shù)據(jù)分散性很大，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，分散性更大。（a）12CrMo鋼 （b）15CrMo鋼圖1低合金鋼運(yùn)行不同時(shí)間后碳化物中Mo元素含量2表2列出了淮北電廠2號機(jī)組10CrMo910鋼制主蒸汽管道經(jīng)不同時(shí)間運(yùn)行后碳化物中合金元素含量與蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的變化3。由表2可見：隨著鋼中合金元素從基體向碳化物中的轉(zhuǎn)移，鋼的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度有所下降，但從61597小時(shí)到108471小時(shí)，鋼的拉伸強(qiáng)度沒有變化

14、。表2 10CrMo910鋼不同運(yùn)行時(shí)間后碳化物中合金元素含量與強(qiáng)度的關(guān)系管樣狀態(tài)運(yùn)行時(shí)間碳化物中合金元素/基體中合金元素(%)0.2MPabMPaMPaCrMo第一次割管35132 h15.156.2441(縱)508(縱)89.2第二次割管61597 h14.261.2274(縱)294(橫)515(縱)529(橫)86.2第三次割管108471 h11.8165.9295(橫)522(橫)85.9資料4綜述了對1Cr-0.5Mo和2.25Cr-1Mo（10CrMo910）鋼在高溫下碳化物結(jié)構(gòu)衍化的研究結(jié)果，表明1Cr-0.5Mo鋼在高溫時(shí)效過程的開始階段，基體中的合金元素含量快速減少，晶

15、格參數(shù)發(fā)生明顯變化；隨著時(shí)效時(shí)間的延長，M23C6/M3C的比值增加。其研究結(jié)果雖有一定的趨勢，但數(shù)據(jù)的分散度無法建立這些參數(shù)與時(shí)效歷程的定量關(guān)系。對2.25Cr-1Mo鋼的碳化物衍化研究結(jié)果表明：M6C的量占鋼中碳化物總量的百分比隨著時(shí)間的延長和溫度的升高而增加，借助于Larson-Miler參數(shù)建立的LMP與M6C的關(guān)系曲線見圖2。由圖可見：M6C的量隨著LMP的增加而增加，但幾條曲線差異很大，圖中同時(shí)顯示了鋼中磷含量對M6C量的顯著影響。圖7-28 LMP與M6C的關(guān)系曲線23圖2 LMP與M6C的關(guān)系曲線4由前所述可見：關(guān)于合金元素在碳化物與基體間的重新分配與碳化物結(jié)構(gòu)隨運(yùn)行時(shí)間的延長

16、而變化，有的試驗(yàn)結(jié)果有一定的規(guī)律性，但有的試驗(yàn)結(jié)果無明顯的規(guī)律性，而這些結(jié)果與部件的安全運(yùn)行壽命更無明確的規(guī)律，所以對低合金耐熱鋼在高溫長期運(yùn)行下的碳化物中合金元素的含量和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律還需進(jìn)一步研究，積累數(shù)據(jù)。鑒于此種狀態(tài)，在新修訂的DL/T438-2009火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程中取消了原DL/T438-2000中對低合金碳化物的檢測監(jiān)督。5.2取消對低合金耐熱鋼的蠕變孔洞的檢驗(yàn)監(jiān)督新修訂的DL438取消對高溫部件，特別是低合金耐熱鋼的蠕變孔洞的檢驗(yàn)監(jiān)督。金屬部件在高溫下長期運(yùn)行產(chǎn)生蠕變孔洞，在鎳基合金和奧氏體不銹鋼中有顯著的特征。但對低合金耐熱鋼的蠕變孔洞的檢測，目前國內(nèi)外有三種觀點(diǎn)。

17、在蠕變第一階段末第二階段開始即出現(xiàn)蠕變孔洞；在蠕變第二階段末第三階段開始出現(xiàn)蠕變孔洞；低合金耐熱鋼在蠕變斷裂前才出現(xiàn)蠕變孔洞。（1）1983年德國學(xué)者Neubauer和Wedel研究低合金耐熱鋼的蠕變孔洞，認(rèn)為在蠕變曲線第二階段末、第三階段初出現(xiàn)蠕變孔洞（見圖3），且將蠕變孔洞劃分為A、B、C、D四個(gè)級別。圖3資料5提供的蠕變孔洞分級示意圖（2）資料6對安大略水電局火電機(jī)組的P11、P22鋼制主蒸汽管道、再熱蒸汽管道的蠕變損傷進(jìn)行了長期的研究，表明低合金耐熱鋼在蠕變第階段開始就可檢測出亞微觀尺度的孔洞，也將蠕變孔洞劃分為A、B、C、D四個(gè)級別（見圖4），在A級中又劃分為三個(gè)小的級別。A級：獨(dú)立

18、的蠕變孔洞 個(gè)別孔洞：在復(fù)型面積的25內(nèi)發(fā)現(xiàn)孔洞，孔洞密度小于300Nmm2 少量空洞：在近復(fù)型面積50內(nèi)發(fā)現(xiàn)孔洞，孔洞密度在300N1000Nmm2 密集孔洞：孔洞密度大于1000Nmm2B級：帶有位向的蠕變孔洞C級：微裂紋D級：宏觀裂紋圖4資料6提供的蠕變孔洞分級示意圖（3）1977年瑞士學(xué)者Rosselet，A和英國學(xué)者Wickens，A 1980年發(fā)表的論文表明7、8：對于低合金耐熱鋼來說，在蠕變斷裂前的短時(shí)間內(nèi)才會(huì)觀察到蠕變孔洞，意味著在蠕變的第、階段觀察不到蠕變孔洞。（4）國內(nèi)對低合金耐熱鋼蠕變孔洞的檢查結(jié)果國內(nèi)電站金屬工作者對12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、10Cr

19、Mo910等低合金耐熱鋼的蠕變孔洞進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。除了在爆裂管裂紋尖端附近發(fā)現(xiàn)有確切的蠕變孔洞外，在遠(yuǎn)離爆口的區(qū)段和運(yùn)行中割管樣品中均未發(fā)現(xiàn)確切的蠕變孔洞，這種爆裂管裂紋尖端附近的蠕變孔洞主要由裂紋尖端的應(yīng)力集中有關(guān)。資料9、10對兩個(gè)電廠前蘇聯(lián)建造機(jī)組運(yùn)行30.8萬(540)和38.5萬(510)小時(shí)的121和12鋼制主蒸汽母管進(jìn)行了現(xiàn)場復(fù)型金相檢查和割管取樣試驗(yàn)，在光學(xué)顯微鏡下均未發(fā)現(xiàn)確切的蠕變孔洞。圖5顯示了運(yùn)行38.5萬(510)小時(shí)的12鋼的金相組織形貌。圖5 12取樣彎管外弧側(cè)外壁的微觀組織 400X資料11對幾個(gè)經(jīng)長期運(yùn)行后的蠕變破裂的15CrMo、12CrMo和12Cr1

20、MoV鋼制主蒸汽管道彎頭進(jìn)行了微觀蠕變損傷的研究，結(jié)果表明：失效管道試樣按常規(guī)的金相檢測方法在顯微鏡下觀察，組織清晰，晶界上有大量的碳化物，在晶界上觀察不到蠕變孔洞；將試樣拋光腐蝕1-2次后，在光學(xué)顯微鏡下仍觀察不到蠕變孔洞，但在掃描電子顯微鏡下可見晶界上碳化物與基體有微裂紋；再將試樣拋光腐蝕3-4次后，在光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡下可觀察到沿晶界分布的蠕變“孔洞”形貌（圖6），“孔洞”形狀與碳化物形狀相似，尺寸稍大于碳化物。該“孔洞”實(shí)際上是試樣經(jīng)多次拋光腐蝕而使碳化物剝落的痕跡，并非蠕變損傷理論中所述的孔洞。這一研究結(jié)果也表明：在低合金耐熱鋼中幾乎也未發(fā)現(xiàn)蠕變損傷理論中所述的孔洞。圖6 1

21、5CrMo鋼制蒸汽管道材料多次拋光腐蝕在光學(xué)顯微鏡下觀察的蠕變“孔洞”3.2低合金耐熱鋼蠕變孔洞的檢測關(guān)于蠕變孔洞的檢查。對于在役的蒸汽管道、高溫聯(lián)箱等部件，主要通過復(fù)型金相技術(shù)來檢測蠕變孔洞，復(fù)型金相技術(shù)檢測蠕變孔洞的原理見圖7。復(fù)型材料一般為醋酸纖維紙或有機(jī)玻璃片。復(fù)型技術(shù)反映部件金屬表面蠕變損傷的準(zhǔn)確性與下列因素有關(guān)：復(fù)型材料。有機(jī)玻璃片或醋酸纖維紙；與醋酸纖維紙的厚度也有關(guān)。根據(jù)圖7，若采用較厚的醋酸纖維紙，則不能與金相磨面緊密貼合，故不能精確反映部件金屬表面蠕變損傷；與磨面拋光后的光潔度有關(guān)，光潔度越高，越能精確反映部件金屬表面蠕變損傷；與腐蝕工藝有關(guān)。資料11對低合金耐熱鋼制主蒸汽

22、管道彎頭，將試樣拋光腐蝕1-2次后在光學(xué)顯微鏡下觀察不到蠕變孔洞，再將試樣拋光腐蝕3-5次后，才可在光學(xué)顯微鏡觀察到沿晶界分布的蠕變“孔洞”形貌。圖7 復(fù)型金相檢測原理圖8 立方體小試樣對于從部件上割取的試樣，則直接在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行金相檢測，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的微觀組織損傷檢查也與檢驗(yàn)人的技術(shù)水平有關(guān)。資料9曾對運(yùn)行30.8萬小時(shí)的121鋼制蒸汽管道（運(yùn)行溫度540，壓力9.8MPa）進(jìn)行了微觀組織的損傷檢查。對取自彎管外弧側(cè)的同一個(gè)立方體小試樣的三個(gè)面(圖8)，在不同的實(shí)驗(yàn)室讓不同的檢驗(yàn)人員進(jìn)行金相檢驗(yàn)，檢驗(yàn)要求各自按其常規(guī)進(jìn)行金相檢驗(yàn)的方法進(jìn)行。圖9為某高校實(shí)驗(yàn)室在管道外壁進(jìn)行的金相檢驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)腐蝕

23、的磨面在掃描電鏡下晶界可見明顯的蠕變“孔洞”，根據(jù)此照片，加之管道已運(yùn)行30.8萬小時(shí)，判斷管道的微觀蠕變損傷相當(dāng)嚴(yán)重。由于外壁是管道的外弧面，通常認(rèn)為蠕變損傷最為嚴(yán)重，故選內(nèi)壁面在另一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢查，在光學(xué)顯微鏡下未觀察蠕變孔洞（圖10），隨后，又對試樣側(cè)面（管道橫截面，包括內(nèi)外壁面）進(jìn)行金相檢查，其微觀組織的形貌與圖10相似，鑒于內(nèi)壁、側(cè)面檢查均未見明顯的蠕變孔洞，故對外壁面重新進(jìn)行拋光腐蝕，然后在光學(xué)顯微鏡下觀察，其微觀組織的形貌也與圖10相似。由此排除了晶界的蠕變孔洞。當(dāng)然，這里未考慮光學(xué)顯微鏡與掃描電鏡對晶界蠕變孔洞觀察的差異，但試樣均為按常規(guī)金相制樣的工藝進(jìn)行。 圖9 金相試樣A面

24、在掃描電鏡下的形貌 圖10金相試樣B面在光學(xué)顯微鏡的形貌對運(yùn)行30.8萬小時(shí)的121鋼制蒸汽管道在直段和彎管部位進(jìn)行了大量的復(fù)型金相檢查。圖11（a）為用較薄的醋酸纖維紙復(fù)型后，對復(fù)膜直接在光學(xué)顯微鏡直接觀察的形貌，其形貌與晶界的蠕變孔洞非常相似。若將復(fù)膜粘貼在玻璃片上在光學(xué)顯微鏡下觀察，則觀察不到與圖11（a）相似的形貌（見圖11（b）。這是由于磨面上晶界碳化物的硬度遠(yuǎn)高于基體，晶界碳化物的高度高于基體（見圖7），較薄的醋酸纖維紙與磨面貼合緊密，若復(fù)膜不粘貼在玻璃片上則呈現(xiàn)不平，復(fù)膜上較低的部位恰好是磨面上碳化物較高的部位，所以在光學(xué)顯微鏡下觀察，晶界碳化物呈現(xiàn)黑色的類似晶界蠕變孔洞的形貌。

25、當(dāng)復(fù)膜粘貼在玻璃片上后，由磨面上碳化物與基體高度差導(dǎo)致的復(fù)膜的高度差被展平，所以觀察不到晶界黑色的鏈狀“孔洞”。 （a）復(fù)型膜的直接觀察形貌 （b）復(fù)型膜置于玻璃片上的觀察形貌 圖11 121彎管外弧側(cè)外壁的復(fù)型金相組織 400X綜上所述，低合金耐熱鋼蠕變孔洞的論述有三種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為在蠕變曲線第階段末、第階段初出現(xiàn)蠕變孔洞；一種表明在蠕變第階段開始就可檢測出亞微觀尺度的孔洞；一種表明在蠕變斷裂前的短時(shí)間內(nèi)才會(huì)觀察到蠕變孔洞。對運(yùn)行30.8萬小時(shí)的121鋼制主蒸汽管道蠕變損傷的研究未發(fā)現(xiàn)明顯的蠕變孔洞；對15CrMo、12CrMo和12Cr1MoV鋼制主蒸汽管道爆破彎頭的蠕變孔洞的檢測表明：試

26、樣拋光腐蝕3-5次后觀察到的蠕變“孔洞”形貌，實(shí)際上是試樣經(jīng)多次拋光腐蝕而使碳化物剝落的痕跡，并非蠕變損傷理論中所述的孔洞?；诖?，在新修訂的DL/T438-2009“火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”中對DL/T438-2000中的附錄C“蠕變損傷的評級”的內(nèi)容取消了蠕變孔洞的評判。另外，原國家發(fā)展和改革委員會(huì)2005年第45號公告已廢止了DL/T551-1994“低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則”，表明該工藝導(dǎo)則不能準(zhǔn)確檢驗(yàn)低合金耐熱鋼的蠕變孔洞。5.3 關(guān)于蒸汽管道的蠕脹檢測新修訂的DL/T438-2009中條對“對新建機(jī)組蒸汽管道，不強(qiáng)制要求安裝蠕變變形測點(diǎn)；對已安裝了蠕變變形測點(diǎn)的蒸汽

27、管道，則繼續(xù)按照DLT441進(jìn)行檢驗(yàn)”。根據(jù)國內(nèi)幾十年來對蒸汽管道的蠕脹檢測，鮮有周向蠕變應(yīng)變達(dá)到1。西固電廠運(yùn)行30.8萬(540)小時(shí)的12Cr1MoV鋼制主蒸汽母管，其最大周向蠕變應(yīng)變僅為0.7，戶縣電廠運(yùn)行38.5萬(510)小時(shí)的12MX鋼制主蒸汽母管，其最大周向蠕變應(yīng)變僅為0.264%。另外，電廠金屬監(jiān)督人員普遍反映，蒸汽管道的蠕脹檢測誤差較大，特別是對300MW以上機(jī)組的再熱蒸汽管道，用很大的千分尺測量，其零點(diǎn)位置由于千分尺的自重會(huì)變化，故測量誤差更大。而引進(jìn)的一些國外機(jī)組，在管道設(shè)計(jì)上就無蠕脹檢測。從金屬材料高溫蠕變的規(guī)律來講，在較低應(yīng)力下隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，材料會(huì)發(fā)生蠕變延性

28、耗竭，即塑性越來越降低，蠕變應(yīng)變量越來越小，甚至未達(dá)到1蠕變應(yīng)變時(shí)材料會(huì)發(fā)生脆化。最終管道的失效可能不是由于蠕變應(yīng)變超標(biāo)，而可能是脆性斷裂。所以檢測管道的周向蠕變應(yīng)變并不能預(yù)防管道的脆性斷裂，而主要由材料微觀組織的老化程度和力學(xué)性能的劣化來判斷。5.4 關(guān)于912Cr鋼制高溫部件的檢驗(yàn)監(jiān)督對于超（超）臨界機(jī)組912Cr鋼制高溫部件的檢驗(yàn)監(jiān)督，除了控制表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷、幾何尺寸之外，重要的檢驗(yàn)控制金相組織與硬度。大量的試驗(yàn)表明：此類鋼在高溫下長期運(yùn)行，除非組織老化十分嚴(yán)重，一般運(yùn)行10萬h左右其金相組織的變化在光學(xué)顯微鏡下很難分辨，。資料12研究了P92鋼在110MPa、600下試驗(yàn)60628

29、小時(shí)后微觀組織的變化（圖12（b），與原始管樣的組織形貌相比（圖12（a），兩者無明顯差異。這表明在光學(xué)顯微鏡下難以觀察運(yùn)行時(shí)間不長的P92鋼的組織變化。故對此類鋼強(qiáng)調(diào)硬度檢測監(jiān)督。 （a）P92原始管組織形貌 （b）P92鋼管試驗(yàn)60628h斷裂試樣的金相組織圖12 P92鋼管蠕變后的微觀組織形貌（600 ºC ,110MPa，距斷裂面10mm）表3示出了P91鋼不同硬度與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系。由表3可見：硬度偏低（168HB）的90°區(qū)域材料的拉伸強(qiáng)度不滿足ASTM A335規(guī)范的要求；硬度為180HB的135°的區(qū)域材料的拉伸強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)下限。 表3 管段不同硬

30、度區(qū)域材料的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果13試樣編號抗拉強(qiáng)度Rm/MPa屈服強(qiáng)度Rp0.2/MPa便攜式硬度計(jì)測量平均值/HB臺(tái)式硬度計(jì)測量平均值/HBZW(90°)157035515016825653503575370HW(90°)456535015016855703506565350ZN(-90°)766050518519186605059655500HN(135°)106655151771801165050512665515SA-335585415注Z為縱向；H為橫向；W為外壁；N為內(nèi)壁。表4示出了P91鋼不同硬度焊縫的室溫拉伸強(qiáng)度和沖擊功。由表4可見：低硬度

31、焊縫接頭的拉伸屈服強(qiáng)度已接近母材下限；高硬度焊縫的拉伸強(qiáng)度較高，但沖擊功遠(yuǎn)低于GB53102008和EN 10216大于40J的要求。表4 P91鋼不同硬度焊縫的室溫拉伸強(qiáng)度和沖擊功14試樣名稱硬度/HB沖擊功AKV/JRp0.2/MPaRm/MPaWRLHAZWRLHAZ母材216、216166 164 147（縱向）185 179 182（橫向520500510685680680低硬度焊接接頭1911941991791861749194117130921201809185420425420625630620高硬度焊接接頭27428520921923522018182233191798101

32、90490495490665675670SA-335對母材要求415585文獻(xiàn)14還對P91主蒸汽管道焊縫的硬度與室溫?cái)嗔秧g度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：對低硬度焊縫來說，獲得的表觀啟裂韌度和條件啟裂韌度分別為0.05=0.186mm和0.2=0.322 mm；對高硬度焊縫來說，由圖13的不同硬度焊縫的載荷-位移（PV）曲線可見，曲線在直線段最大載荷點(diǎn)時(shí)突然斷裂，無裂紋擴(kuò)展區(qū)段，呈現(xiàn)明顯的脆斷。因而只能測定裂紋擴(kuò)展量a>0.2時(shí)的脆性失穩(wěn)裂紋張開位移值CTOD，其最小值和平均值分別為Umin=0.015 和Up=0.02 。試驗(yàn)結(jié)果表明，低硬度焊縫具有較高的斷裂韌度，高硬度焊縫的斷裂韌度則

33、很低。圖13 不同硬度焊縫的P-V曲線根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果和有關(guān)硬度與材料拉伸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，新修訂的DL/T438-2009對此類鋼直管段母材的硬度要求應(yīng)均勻，且控制在180 HB250HB，同根鋼管上任意兩點(diǎn)間的硬度差不應(yīng)大于30HB；安裝前檢驗(yàn)?zāi)覆挠捕刃∮?60HB時(shí)，應(yīng)取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。對于公稱直徑大于150mm或壁厚大于20mm的管道，100進(jìn)行焊縫硬度檢驗(yàn)；其余規(guī)格管道的焊接接頭按5抽檢；焊后熱處理記錄顯示異常的焊縫必須進(jìn)行硬度檢驗(yàn)；焊縫硬度應(yīng)控制在180HB270HB。華能企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：焊縫硬度應(yīng)控制在180HB250HB。正在修訂的DL/T869“火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程（報(bào)批稿）附錄F

34、規(guī)范性附錄）9%12%Cr馬氏體型耐熱鋼焊接技術(shù)特殊要求”，硬度合格指標(biāo)為180HB-270HB。美國ASME SA-335規(guī)范中對P91鋼只規(guī)定了硬度上限值，即小于等于250HB，但無下限值規(guī)定。但美國ASME與CSEE（中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)）2010年6月在西安舉行的超（超）臨界火電機(jī)組P91/P92鋼技術(shù)研討會(huì)上，ASME介紹其對9-12%Cr%鋼的最新技術(shù)要求，原材料硬度要求為195-250HB，考慮到后續(xù)加工（例如焊后熱處理），要求最小值增加到200-210HB。焊前進(jìn)行硬度檢驗(yàn)（焊縫2側(cè)，每個(gè)截面4點(diǎn)），不小于195HB；焊接熱處理后硬度若低于190HB，檢查金相組織，重新正火+回火；

35、焊接熱處理后焊縫硬度高于280HB要重新回火；要求焊縫硬度低于250HB，母材高于190HB。對在役運(yùn)行的9-12%Cr%鋼制部件,硬度高于190HB可以接受，若低于190HB則要進(jìn)行金相組織檢查；對于硬度為170-185HB中間的材料尚不能明確的確定好與壞15。低的硬度除導(dǎo)致T/P91的拉伸強(qiáng)度降低外，還會(huì)導(dǎo)致鋼的持久強(qiáng)度明顯下降。圖14和圖15示出了硬度對T/P91鋼持久強(qiáng)度的影響。由圖14可見：當(dāng)硬度低于192HV時(shí)，持久強(qiáng)度即有明顯降低；當(dāng)硬度低于162HV時(shí)，持久強(qiáng)度的降低則更為嚴(yán)重。由圖15可見：當(dāng)硬度為180HB時(shí),持久強(qiáng)度即有明顯降低,當(dāng)硬度為160HB時(shí),持久強(qiáng)度則顯著降低。

36、圖14 硬度對T/P91鋼持久強(qiáng)度的影響15圖15 硬度對T/P91鋼持久強(qiáng)度的影響166 結(jié)論對DL/T438-2009的修訂背景、修訂基本原則做了簡要介紹，重點(diǎn)介紹了取消低合金鋼碳化物、蠕變孔洞的檢測監(jiān)督、蒸汽管道不強(qiáng)制進(jìn)行蠕脹檢測的技術(shù)背景和9-12%Cr鋼制高溫部件檢驗(yàn)監(jiān)督技術(shù)判據(jù)的技術(shù)依據(jù)。參 考 文 獻(xiàn)1 樊雪峰，碳化物相成分作為電廠金屬技術(shù)監(jiān)督和壽命預(yù)測數(shù)據(jù)的研究，全國第三屆電站金屬構(gòu)件失效分析與壽命管理學(xué)術(shù)會(huì)議，1991年4月于張家界2吳非文，火力發(fā)電廠高溫金屬運(yùn)行，水利電力出版社， 3 凌德新 何 軍，淮北發(fā)電廠2號機(jī)組10CrMo910鋼主汽管運(yùn)行10.8萬h材質(zhì)試驗(yàn)分析及

37、使用期限預(yù)測，全國第五屆電站構(gòu)件失效分析與壽命管理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1997年10月，井岡山4R.Viswanathan,Life assessment technology for fossil power plants,Proceedings of the American Power Conference,Volume 57-,57th Annual Meeting,1995,Chicago5DR.-ING. B. Neubauer，creep damage evolution in power plants,proceedings of second international conference on creep and fracture of engineering materials and structures part ,edited by B.Wilshire D.R.J.Owen .PINERIDGE Press ,Swansea,UK,19846M A Clark，P