低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則總結(jié)

1、中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T551 94低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則The Technical Guidelines for the Creep CavityInspectionof Low Alloy Heat Resistant Steels中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部1994-08-03 批準(zhǔn)1994-12-01實(shí)施1 主題內(nèi)容與適用范圍1.1 本導(dǎo)則規(guī)定了低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)的試樣制備、復(fù)膜方法、孔洞識(shí)別以及孔洞定量參數(shù)的測(cè)定等檢驗(yàn)技術(shù)工藝。1.2 本導(dǎo)則適用于火力發(fā)電廠經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后的低合金耐熱鋼高溫蒸汽管道、管件、集箱等采用金相顯微鏡的蠕變損傷檢驗(yàn)，如15Mo 、 12

2、CrMo 、 15CrMo 、 12Cr1MoV 、 2.25Cr-1Mo等鋼種， 9%Cr、 12%Cr 及奧氏體不銹鋼的蠕變損傷檢驗(yàn)，可參照使用。1.3 檢驗(yàn)蠕變孔洞的目的在于測(cè)定鋼中蠕變損傷程度，并為預(yù)測(cè)管道、管件和集箱等高溫部件的剩余壽命提供依據(jù)。2 技術(shù)術(shù)語(yǔ)2.1 蠕變損傷金屬部件在一定的溫度和持續(xù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生緩慢的蠕變變形， 由此導(dǎo)致金屬材料微觀組織和宏觀組織上的不連續(xù)性，例如蠕變孔洞和蠕變裂紋等，以及蠕變強(qiáng)度下降的現(xiàn)象。2.2 單個(gè)蠕變孔洞個(gè)別或少量晶界上的孔洞，主要分布在與主應(yīng)力垂直的晶界上。2.3 方向性蠕變孔洞優(yōu)先分布在與主應(yīng)力垂直的晶界上，數(shù)量較多但未成鏈串狀。2.4

3、鏈狀蠕變孔洞孔洞在晶界上呈鏈狀。2.5 微觀蠕變裂紋1 個(gè)或幾個(gè)晶粒長(zhǎng)的晶間裂紋。2.6 蠕變孔洞參數(shù)蠕變孔洞的計(jì)量參量，如孔洞平均直徑dcp、孔洞面積率f 和孔洞密度 cp 等。2.7 金相覆膜金相樣品表面經(jīng)浸蝕產(chǎn)生表面浮雕，并以塑性物質(zhì)膜印復(fù)制，再用于觀察的一種間接樣品。3 檢驗(yàn)部位的選擇3.1 根據(jù)管道及管件金屬的蠕變損傷分布規(guī)律，檢驗(yàn)部位應(yīng)選在部件應(yīng)力集中區(qū)域或應(yīng)力較大區(qū)域，如彎管外弧外表面、蒸汽閥門(mén)閥殼變截面處、變徑管的過(guò)渡區(qū)、三通肩部和腹部、管系應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)及幾何尺寸不連續(xù)處。3.2 金屬組織變化區(qū)域，如焊縫熔化金屬區(qū)域和熱影響區(qū)。3.3 運(yùn)行時(shí)經(jīng)常超溫的部位。4 試樣制備4.1 粗

4、磨用砂輪機(jī)磨出供金相檢驗(yàn)用的小平整面，打磨深度原則上以去除氧化脫碳層為準(zhǔn)。用磨光機(jī)或其他工具打磨出約20mm× 30mm 的光面區(qū)，有的部位因位置限制或尺寸限制可適當(dāng)減小。4.2 精磨采用金相精磨機(jī)或手工磨制，亦可采用取得同樣效果的其他類(lèi)似方法進(jìn)行。精磨程度：砂紙粒度由粗到細(xì)，每道砂紙的打磨方向換30° 90°，以前道砂紙磨痕全部消失為準(zhǔn)。4.3 初浸蝕浸蝕液為4%的硝酸酒精溶液。浸蝕時(shí)間約10s。清洗。4.4 拋光與浸蝕基本方法4.4.1.1采用拋光 -浸蝕交替重復(fù)進(jìn)行，以拋光-浸蝕為 1 次，共需進(jìn)行 4 次。4.4.1.2拋光方法有機(jī)械拋光和化學(xué)拋光。4.4

5、.1.3拋光后浸蝕劑為 2%硝酸酒精溶液。前3 次浸蝕時(shí)間每次約 10s，最后 1 次浸蝕時(shí)間約 30s。在拋光浸蝕中，除采用 2%硝酸酒精外，尚可采用 2%硝酸酒精 +4% 鹽酸酒精溶液混合液。機(jī)械拋光浸蝕工藝可用任何一種機(jī)械拋光方法，如用中厚絨布加拋光膏或拋光粉進(jìn)行拋光。機(jī)械拋光 -浸蝕方法a. 用 6 m 膏劑 (或拋光粉 )進(jìn)行拋光 2 3min，然后用 2%硝酸酒精浸蝕；b. 用 3 m 膏劑在中厚絨布上進(jìn)行拋光，拋光時(shí)間是a 的 2 倍，然后用2%硝酸酒精浸蝕，重復(fù)3 次?；瘜W(xué)拋光 -浸蝕工藝拋光液配方：蒸餾水100mL ，雙氧水 (30%)40mL 、草酸 (A · R

6、)1)2.5 3.0g，氫氟酸(A · R)33.5mL 。配制程序：蒸餾水+草酸攪拌 +雙氧水?dāng)嚢?+氫氟酸攪拌。注： 1)A · R 指分析純?；瘜W(xué)拋光-浸蝕程序a. 采用塑料制拋光液瓶，邊滴溶液邊擦拭，擦拭次數(shù)為30 60 次 /min為宜；b. 第 1 3 次拋光時(shí)間每次約60s，浸蝕時(shí)間每次約10s；c. 第4 次拋光時(shí)間約60s，浸蝕時(shí)間約30s；d. 第 4 次拋光后的清洗浸蝕清洗吹干程序動(dòng)作要迅速，拋光面上不得出現(xiàn)銀白色灰霧區(qū)。拋光和浸蝕時(shí)間可視部件溫度高低適當(dāng)調(diào)整。5 金相覆膜5.1 覆膜材料用厚度為0.5 1mm的無(wú)色或深色有機(jī)玻璃片作為覆膜片(A

7、83; R)5.1.2用厚度約為80 m 醋酸纖維紙作為覆膜片，溶液為丙酮(A·R)。5.2 覆膜制作5.2.1覆膜片與金相檢查面間充以溶劑，對(duì)有機(jī)玻璃片溶解34s 后稍加壓力，加壓時(shí)間為2 3min 。干燥時(shí)間應(yīng)根據(jù)覆膜材料和工件溫度的高低決定，對(duì)有機(jī)玻璃片在正常溫度下干燥時(shí)間一般不少于 2h。待溶劑干燥后小心將覆膜取下。5.3 覆膜觀察可直接或噴鍍后在光學(xué)顯微鏡下觀察蠕變孔洞，并測(cè)定其參數(shù)。6 蠕變孔洞的識(shí)別6.1 受檢試樣應(yīng)能正確清晰地顯示蠕變孔洞，實(shí)物試樣上需能發(fā)現(xiàn)最小尺寸為0.5 m 的孔洞，覆膜上則為1 m。6.2 蠕變孔洞識(shí)別原則晶界是優(yōu)先生成蠕變孔洞的部位，晶界上析出

8、的碳化物和其他雜質(zhì)都能促進(jìn)蠕變孔洞的形成。蠕變孔洞多發(fā)生在與最大主應(yīng)力軸垂直或成一定角度的晶界上。蠕變孔洞外形輪廓圓滑，多呈圓形或橢圓形。蠕變孔洞黑度大，一般內(nèi)部無(wú)任何細(xì)節(jié)顯示。6.3 注意在形態(tài)和分布上來(lái)區(qū)別蠕變孔洞與夾雜物、碳化物和石墨等脫落所形成的孔洞及拋光所形成的孔洞。 夾雜物、 碳化物脫落孔洞及拋光形成的孔洞與最大主應(yīng)力方向無(wú)關(guān)且呈無(wú)規(guī)律分布。7 蠕變孔洞定量參數(shù)測(cè)定7.1 測(cè)定方法和技術(shù)要求可采用金相顯微鏡或圖相儀測(cè)定。孔洞分析測(cè)量可使用金相顯微鏡載物臺(tái)上的測(cè)微計(jì)，對(duì)所選擇的測(cè)定區(qū)進(jìn)行平移掃描測(cè)量。測(cè)定時(shí)采用的金相顯微鏡放大倍數(shù)為400 倍。7.2 蠕變孔洞參數(shù)的測(cè)定計(jì)算孔洞平均直

9、徑dcp( m)為多個(gè)孔洞直徑的平均值。所測(cè)孔洞數(shù)應(yīng)不少于50 個(gè)。對(duì)橢圓形孔洞以長(zhǎng)短軸的平均值作為孔洞直徑的近似值?？锥疵娣e率f(%)采用網(wǎng)格計(jì)點(diǎn)法，按下式計(jì)算(1)式中： Pi網(wǎng)格交點(diǎn)落在孔洞上的點(diǎn)數(shù)；Pr測(cè)量網(wǎng)格交點(diǎn)總數(shù)。需測(cè) 60 次，取平均值。采用面積法測(cè)量，按下式計(jì)算(2)式中：Sc孔洞在該視域中所占的面積；Sr該視域的總面積。用圖相儀測(cè)定，至少10 次以上，取平均值?？锥疵芏?cp(mm-2)按下式計(jì)算(3)式中：Sr測(cè)量視域面積；n視域面積內(nèi)孔洞數(shù)。測(cè) 6 次，取平均值。7.3 由金相覆膜上測(cè)得的蠕變孔洞參數(shù)可能與實(shí)際工件上測(cè)得的蠕變孔洞參數(shù)有如下偏差：a.b.覆膜上測(cè)得的孔洞

10、面積率f 數(shù)值比實(shí)際工件上的f 約小 20%。覆膜上測(cè)得的孔洞平均直徑數(shù)值dcp 比實(shí)際工件上的dcp 約小 5%15%，且孔洞直徑愈大，其偏差愈大。7.4 蠕變損傷評(píng)級(jí)可按單個(gè)蠕變孔洞、方向性蠕變孔洞、鏈狀蠕變孔洞、微觀蠕變裂紋和宏觀蠕變裂紋等級(jí)別評(píng)定。_附加說(shuō)明：本導(dǎo)則由中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部提出。本導(dǎo)則由電力工業(yè)部部電站金屬材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本導(dǎo)則由甘肅省電力試驗(yàn)研究所、武漢水利電力大學(xué)、 電力工業(yè)部熱工研究院負(fù)責(zé)起草。本導(dǎo)則主要起草人員：唐齊德、梁煥文、吳非文。低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則DL/T55194編寫(xiě)說(shuō)明1 編寫(xiě)目的近年來(lái)， 火電廠高溫部件壽命管理和壽命預(yù)測(cè)

11、有了深入的發(fā)展，使金屬監(jiān)督對(duì)保證火電廠安全運(yùn)行有了進(jìn)一步的主動(dòng)性。對(duì)于諸如主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、導(dǎo)汽管及其管件、過(guò)熱器管、 再熱器管及其集箱等關(guān)鍵高溫部件有多種蠕變壽命預(yù)測(cè)方法，國(guó)外較普遍使用的一種方法是檢查蠕變孔洞的方法。該方法認(rèn)為， 上述高溫部件的蠕變損傷是蠕變孔洞萌生和發(fā)展的機(jī)制， 其原理是將蠕變孔洞發(fā)展的各階段與金屬的蠕變曲線對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而可間接決定上述高溫部件的剩余蠕變壽命。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是：以無(wú)損的金相檢驗(yàn)方法檢查蠕變損傷，易于在電廠進(jìn)行。檢驗(yàn)點(diǎn)可以很多，可作普遍檢查，不受取樣的限制。可以發(fā)現(xiàn)局部部位因應(yīng)力過(guò)高而造成的蠕變損傷，對(duì)工件中存在的局部蠕變損傷檢查十分有利。但是，

12、蠕變孔洞檢驗(yàn)存在兩點(diǎn)較大的困難：如何制備合格的試樣，準(zhǔn)確地顯示蠕變孔洞；如何把蠕變孔洞與夾雜物、碳化物脫落以及拋光等工藝中所造成的空洞區(qū)別開(kāi)來(lái)。為此，編寫(xiě)此工藝導(dǎo)則的目的在于制定一個(gè)規(guī)范化的工藝制度，以保證蠕變孔洞能得到正確的顯示。 另外，導(dǎo)則中也提出了識(shí)別蠕變孔洞的原則。這個(gè)工藝導(dǎo)則的編制是在幾個(gè)起草單位的科學(xué)試驗(yàn)后提出的，并綜合有關(guān)電力試驗(yàn)研究所、電廠、電力修造廠、電力建設(shè)研究所和電力工業(yè)部熱工研究院等有關(guān)專(zhuān)業(yè)同志的意見(jiàn)后修改而成。本工藝導(dǎo)則的作用不僅使火力發(fā)電廠高溫部件的蠕變孔洞檢驗(yàn)工藝操作規(guī)范化、統(tǒng)一化和科學(xué)化，而且也可使電力系統(tǒng)各單位所進(jìn)行的蠕變孔洞檢驗(yàn)結(jié)果及本單位歷次檢驗(yàn)結(jié)果有可比

13、性。此工藝導(dǎo)則適用的對(duì)象是低合金耐熱鋼，即目前火力發(fā)電廠中最普遍用于主蒸汽管道、過(guò)熱器管及集箱等高溫蒸汽管道及管子的鋼材，對(duì)9%Cr 鋼和 12%Cr 鋼及奧氏體不銹鋼可參照使用。2 關(guān)于一些具體條款的說(shuō)明(1)第 3 章檢驗(yàn)部位的選擇選擇的原則是火力發(fā)電廠高溫部件的溫度最高處、高應(yīng)力區(qū)及應(yīng)力集中處，在這些部位，由于應(yīng)力和溫度較高，會(huì)造成較大的蠕變變形和過(guò)早的蠕變損傷和破壞。另外，焊縫區(qū)域和熱影響區(qū)也作為優(yōu)先選擇的檢驗(yàn)部位而列入導(dǎo)則中，因?yàn)檫@些部位金屬組織與母材有較大的區(qū)別，是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。(2)第 4 章試樣制備導(dǎo)則中采取4 次拋光 -浸蝕的反復(fù)制樣方法，目的在于獲得正確的蠕變孔洞顯示。在拋

14、光時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種現(xiàn)象： 一是孔洞被變形層金屬蓋住而顯示不出， 二是大量出現(xiàn)虛假的空洞。采用有限次數(shù)的反復(fù)拋光和浸蝕， 可以去掉變形層的覆蓋， 同時(shí)也不致擴(kuò)大空洞和出現(xiàn)虛假孔洞。拋光工藝中并列了化學(xué)拋光工藝和機(jī)械拋光工藝， 這是因?yàn)檎_地執(zhí)行這兩種工藝中的任一種均可達(dá)到目的， 但為了不產(chǎn)生拋光變形層及拋光孔洞， 我們建議用化學(xué)拋光工藝較好。另外，化學(xué)拋光也可使碳化物粒子脫落的機(jī)會(huì)減少，可以更有效地減少虛假孔洞的產(chǎn)生。(3)第 6 章蠕變孔洞的識(shí)別這是一個(gè)極為重要的條款，導(dǎo)則中列舉的識(shí)別原則是根據(jù)晶間蠕變孔洞生成機(jī)制和對(duì)孔洞的觀察經(jīng)驗(yàn)而制定的，主要的原則是：1)火電廠大部分高溫部件由于其運(yùn)行溫度和

15、應(yīng)力水平與相應(yīng)鋼的R 型蠕變機(jī)制的溫度和應(yīng)力范圍相吻合，因而蠕變孔洞一定產(chǎn)生于晶界上，而不會(huì)在晶內(nèi)。個(gè)別由于應(yīng)力較大而產(chǎn)生的W 型蠕變由于在三晶界交界處生成楔形裂紋，其特征明確，很易識(shí)別。2)蠕變孔洞優(yōu)先產(chǎn)生于與外加應(yīng)力相垂直的晶界上，其次才在與外加應(yīng)力有一定角度的晶界上產(chǎn)生。3)蠕變孔洞的發(fā)展步驟如下：在垂直于外加應(yīng)力的晶界上產(chǎn)生個(gè)別孔洞孔洞成方向性排列，并且在與外加應(yīng)力有一定角度的晶界上產(chǎn)生個(gè)別孔洞孔洞連成鏈串狀如“糖葫蘆”成為許多平行的顯微裂紋，有 1 個(gè)晶?；驇讉€(gè)晶粒長(zhǎng)宏觀裂紋。4)由于孔洞形成與擴(kuò)散有關(guān)，為減少表面能，故蠕變孔洞形狀多為圓形或橢圓形(有的橢圓形是由于磨片方向造成的)。(4)第7 章蠕變孔洞定量參數(shù)測(cè)定1)孔洞評(píng)定時(shí)采用的金相顯微鏡放大倍數(shù)為400 倍，之所以如此規(guī)定，是由于：統(tǒng)一的放大倍數(shù)可使評(píng)定結(jié)果在量上有可比性。 400 倍的放大倍數(shù)從實(shí)用上來(lái)講已足夠。超過(guò)400 倍以上，所發(fā)現(xiàn)的孔洞由于尺寸太小，不會(huì)對(duì)工件的使用壽命產(chǎn)生明顯的影響，而且從熱力學(xué)上看，過(guò)小的孔洞是不穩(wěn)定的。在工