火電廠超期服役機(jī)組壽命評估技術(shù)導(dǎo)則

中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)火電廠超期服役機(jī)組壽命評估技術(shù)導(dǎo)則前言火電機(jī)組設(shè)計(jì)壽命一般定為30年，但機(jī)組的潛在壽命往往會大于設(shè)計(jì)壽命，其超過部分謂之剩余壽命。利用剩余壽命而繼續(xù)運(yùn)行的機(jī)組為超期服役機(jī)組(以下簡稱超役機(jī)組)。從70年代起，世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家，由于受新建機(jī)組投資、用地、環(huán)境要求等不斷變動因素的制約，而把注意力轉(zhuǎn)向了研究利用老機(jī)組的剩余壽命，并通過周密的規(guī)劃、嚴(yán)格的評定、加強(qiáng)監(jiān)測分析和改造，以在經(jīng)濟(jì)上有利、安全上有保障的原則下，使機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行到50年或更長的時間，并視此為一種可規(guī)劃的資源來加以利用。我國超役火電機(jī)組，隨著時間的推移不斷在增加，到1995年已超過30年的老機(jī)組有1205.7萬千瓦，除少量的作退役報(bào)廢處理外，大部分仍在繼續(xù)使用，老化問題日益突出，延壽使用依據(jù)不足，風(fēng)險性較大。如何科學(xué)地評估其剩余壽命和治理老化，保證延壽使用機(jī)組的安全運(yùn)行是急待解決的問題。本導(dǎo)則是根據(jù)電力工業(yè)部1995年電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃項(xiàng)目(技綜［44］號文)的安排制定的，編寫格式和規(guī)則以《電力標(biāo)準(zhǔn)編寫的基本規(guī)定》(DL/T600—1996)為基礎(chǔ)。本導(dǎo)則依據(jù)我國電力工業(yè)工作者幾十年來積累的對機(jī)組部件壽命評估的經(jīng)驗(yàn)和國外有關(guān)火電機(jī)組部件壽命的評估方法，提出了我國超役機(jī)組熱力機(jī)械部分壽命評估的基本步驟、常用的評估方法，以使超役機(jī)組的延長使用有技術(shù)上的依據(jù)，安全上有保證，充分發(fā)揮其可用潛力。本導(dǎo)則是在其他金屬監(jiān)督規(guī)程基礎(chǔ)上的發(fā)展和完善，不論機(jī)組是否要進(jìn)行壽命評估，其常規(guī)的金屬監(jiān)督工作和鍋爐監(jiān)察工作皆應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行已頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的規(guī)定。本導(dǎo)則雖是針對超役機(jī)組，但其壽命評估的方法亦可為新機(jī)組設(shè)計(jì)和校核參考，同時對所有不同役齡的甚至是新建機(jī)組，應(yīng)注意機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行檢測以及改造等技術(shù)資料的收集整理，以便為今后的壽命評估提供完整的資料和可靠的依據(jù)。本導(dǎo)則中引用了一些關(guān)于部件壽命評估中有關(guān)材料性能試驗(yàn)方法、火電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程、受壓元件強(qiáng)度計(jì)算方法等國家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)條款及國外有關(guān)高溫部件壽命評估標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)條款，故在進(jìn)行火電廠部件壽命評估中應(yīng)考慮相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和資料。本導(dǎo)則的附錄A～G均為提示的附錄。本導(dǎo)則由電力工業(yè)部電站金屬材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提出并歸口。本導(dǎo)則起草單位：電力工業(yè)部熱工研究院、湖北省電力工業(yè)局、黑龍江省電力工業(yè)局。本導(dǎo)則主要起草人：鄭澤民、李益民、王金瑞、邢貴鑫、李國節(jié)、閆德林。本導(dǎo)則由電站金屬材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會負(fù)責(zé)解釋。1范圍本導(dǎo)則規(guī)定了火力發(fā)電廠超期服役機(jī)組熱力機(jī)械部分要進(jìn)行壽命評估的基本原則，提出了壽命評估的基本步驟，推薦了常用的壽命評估方法，并給出若干關(guān)鍵部件壽命評估實(shí)例。本導(dǎo)則適用于火力發(fā)電廠50MW(含50MW)以上機(jī)組的熱力機(jī)械部分，50MW以下的超期服役機(jī)組應(yīng)按國家有關(guān)能源政策處理，但如仍要使用，亦應(yīng)進(jìn)行壽命評估。企業(yè)自備電站、地方電站的火電機(jī)組可參照執(zhí)行。2引用標(biāo)準(zhǔn)下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方，應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GB2038—91金屬材料延性斷裂韌度J1C試驗(yàn)方法GB2039—80金屬拉伸蠕變試驗(yàn)方法GB2358—94裂紋張開位移(COD)試驗(yàn)方法GB4161—84金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度K1C試驗(yàn)方法GB6395—86金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)方法GB6398—86金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法GB6399—86金屬材料軸向等輻低循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法GB9222—88水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算DL438—91火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程DL439—91火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則DL440—91在役電站鍋爐汽包檢驗(yàn)、評定及處理規(guī)程DL441—91火力發(fā)電廠高溫、高壓主蒸汽管道蠕變監(jiān)督導(dǎo)則DL505—93汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子超聲波探傷規(guī)程DL/T551—94低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則ASME—86鍋爐和壓力容器規(guī)范，規(guī)范實(shí)例N—47，高溫工作條件下的Ⅰ類部件ASME—89鍋爐和壓力容器規(guī)范，第2卷第8章(SectionⅧ，Division2)CVDA—84壓力容器缺陷評定規(guī)范TRD300—92蒸汽鍋爐強(qiáng)度計(jì)算TRD301—92承受內(nèi)壓的圓筒TRD508—92按持久強(qiáng)度值計(jì)算的構(gòu)件的補(bǔ)充檢驗(yàn)3技術(shù)術(shù)語本標(biāo)準(zhǔn)采用下列技術(shù)術(shù)語：3.1機(jī)組壽命unitlife機(jī)組壽命有設(shè)計(jì)壽命、使用壽命、經(jīng)濟(jì)壽命和技術(shù)壽命，本導(dǎo)則中所指機(jī)組壽命為使用壽命。3.2超期服役機(jī)組overageunit超過原設(shè)計(jì)壽命而繼續(xù)運(yùn)行的機(jī)組。3.3基本負(fù)荷機(jī)組baseloadunit承擔(dān)電網(wǎng)中的基本負(fù)荷，年運(yùn)行小時超過5000h的機(jī)組。3.4調(diào)峰機(jī)組variableloadunit承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷的機(jī)組，可為原設(shè)計(jì)的調(diào)峰機(jī)組，也可是由基本負(fù)荷機(jī)組改為調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組，通常又分為中間負(fù)荷機(jī)組與尖峰負(fù)荷機(jī)組。3.5關(guān)鍵部件maincomponent指發(fā)生事故時迫使機(jī)組產(chǎn)生持續(xù)的停運(yùn)，危及人身安全及修理、更換費(fèi)用高、時間長的部件。是進(jìn)行機(jī)組壽命評估的主要對象。3.6一般部件或稱有影響的部件generalcomponentorinfluentialcomponent指發(fā)生事故或故障時，可能導(dǎo)致機(jī)組的性能嚴(yán)重下降，出力降低或機(jī)組短時間的停運(yùn)，但不會危及人身安全的部件。這類部件在損壞時，一般易作更換處理。3.7斷裂力學(xué)fracturemechanics研究帶裂紋的材料、部件中裂紋開始擴(kuò)展的條件和擴(kuò)展規(guī)律的力學(xué)分析方法，在部件和裂紋尺寸、載荷與材料力學(xué)性能之間建立定量的關(guān)系，從而可確定部件中裂紋的容許尺寸，評價其承載能力，估算其使用壽命。3.8疲勞fatigue材料或部件在循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下，在某點(diǎn)或某些點(diǎn)逐漸產(chǎn)生局部的累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋或繼續(xù)擴(kuò)展直至完全斷裂的現(xiàn)象。3.9低周疲勞low-cyclefatigue在局部循環(huán)塑性應(yīng)變作用下，循環(huán)周次一般低于5×104次循環(huán)的疲勞，也稱塑性或應(yīng)變疲勞。3.10蠕變creep在一定的溫度下，金屬材料或機(jī)械部件在長時間的應(yīng)力作用下發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象。3.11持久強(qiáng)度durativestrength材料在規(guī)定的蠕變斷裂條件(一定的溫度和規(guī)定的時間)下保持不失效的最大承載應(yīng)力。通常以試樣在恒定溫度和恒定拉伸載荷下到達(dá)規(guī)定時間發(fā)生斷裂時的蠕變斷裂應(yīng)力表示。4機(jī)組壽命評估步驟4.1機(jī)組進(jìn)行壽命評估的條件機(jī)組進(jìn)行壽命評估的條件應(yīng)根據(jù)其歷史的運(yùn)行情況和現(xiàn)狀以及在電網(wǎng)中的地位，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較分析后確定。本導(dǎo)則對機(jī)組的熱力機(jī)械部件分為關(guān)鍵性部件和一般性部件(詳見表1)，表1中同時給出了各部件的主要損傷機(jī)理。表1機(jī)組各部件的主要損傷機(jī)理部件名稱損傷機(jī)理蠕變疲勞蠕變-疲勞侵蝕腐蝕應(yīng)力腐蝕磨損其他關(guān)鍵性部件鍋爐汽包√√√√高溫過熱器集箱√√√√高溫再熱器集箱√√√√集汽集箱√√√√關(guān)鍵性部件水冷壁集箱√√省煤器入口集箱√√下降管√√主蒸汽管道及大口徑三通√√√√高溫再熱蒸汽管道√√√√汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子√√√汽室√√√√閥門√√汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子√√護(hù)環(huán)√√√一般性部件高溫過熱器管、再熱器管√√√√√√高溫氧化低溫過熱器管、再熱器管√√√√√√高溫氧化鍋爐水冷壁管√√√√√鍋爐省煤器管√√汽輪機(jī)葉片√√√√汽輪機(jī)隔板√√√汽輪機(jī)外缸、內(nèi)缸√√汽輪機(jī)噴嘴組√√√凝汽器√√√√給水加熱器√√4.1.1對關(guān)鍵性部件根據(jù)其運(yùn)行歷程和現(xiàn)狀檢查結(jié)果，有下列情況之一時應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的壽命評估。a)已運(yùn)行20萬h(含20萬h)以上的帶基本負(fù)荷的機(jī)組。b)對于曾提高參數(shù)(相對于設(shè)計(jì)參數(shù))運(yùn)行的機(jī)組，其進(jìn)行壽命評估的運(yùn)行時間應(yīng)適當(dāng)提前。c)對于運(yùn)行20萬h的機(jī)組，若對其有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行過改造，更換了一些一般性部件但未對關(guān)鍵部件進(jìn)行更換，當(dāng)繼續(xù)運(yùn)行時(包括移地使用)需根據(jù)實(shí)際情況按要求進(jìn)行壽命評估工作。d)對于設(shè)計(jì)的調(diào)峰機(jī)組，當(dāng)超過設(shè)計(jì)(規(guī)定的起停)循環(huán)周次后，應(yīng)進(jìn)行低周疲勞壽命校核；對由基本負(fù)荷機(jī)組改為調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組及其它頻繁啟動、參數(shù)波動較大的鍋爐，必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。e)部件有裂紋或嚴(yán)重的超標(biāo)缺陷時，首先應(yīng)做消缺處理，若消缺難度大或不能消除時，不論其運(yùn)行時間的長短，均應(yīng)用斷裂力學(xué)的方法，進(jìn)行安全性評定和剩余壽命評估。f)主蒸汽管道、汽包、集箱的實(shí)測壁厚小于理論計(jì)算壁厚時。g)工作溫度大于和等于450℃的碳鋼、鉬鋼主蒸汽管道，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到或超過10萬h時，應(yīng)進(jìn)行石墨化普查，以后的檢查周期約5萬h；運(yùn)行時間超過20萬h的管道，在石墨化普查基礎(chǔ)上，要進(jìn)行壽命評估。h)對于工作溫度為540℃，工作壓力為10MPa，外徑為273mm的10CrMo910鋼制主蒸汽管道，符合下列條件之一者，要進(jìn)行壽命評估：1)實(shí)測壁厚為20～23.5mm的管道，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到10萬h時；2)實(shí)測壁厚為20mm的管道，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到或超過10萬h時或蠕變相對變形量達(dá)0.5%時。i)對12CrMo、15CrMo和12Cr1MoV鋼制主蒸汽管道，當(dāng)實(shí)測最大蠕變相對變形量大于0.75%或最大蠕變速率大于0.35×10-7mm/(mm·h)；監(jiān)督段中碳化物內(nèi)鉬含量占鋼中鉬總量的比值，12CrMo和15CrMo超過85%，12Cr1MoV超過75%者；監(jiān)督段金相組織嚴(yán)重球化(Cr-Mo鋼達(dá)到6級、Cr-Mo-V鋼達(dá)到5級)時，即使運(yùn)行時間未達(dá)20萬h，也應(yīng)進(jìn)行壽命評估。j)除4.1.1中i)所述3種鋼外，其他合金鋼主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道長期運(yùn)行后，當(dāng)蠕變相對變形量達(dá)到1%或蠕變速率大于1×10-7mm/(mm·h)時。4.1.2對關(guān)鍵部件和一般性部件，根據(jù)現(xiàn)狀檢查結(jié)果，有下列情況之一者應(yīng)進(jìn)行修復(fù)或判廢更換。4.1.2.1主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道a)彎管發(fā)現(xiàn)下列情況時應(yīng)及時處理或更換：1)內(nèi)外表面存在裂紋、分層和過燒等缺陷；2)彎曲部分不圓度大于5%(對于公稱壓力≥10MPa)；3)彎曲部分不圓度大于7%(對于公稱壓力≤10MPa)；4)彎管外弧部分壁厚小于直管的理論計(jì)算壁厚；5)產(chǎn)生蠕變裂紋或嚴(yán)重的蠕變損傷。b)三通有以下情況時應(yīng)及時處理或更換：1)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷時應(yīng)及時采取處理措施，如需更換，應(yīng)選用鍛造、熱擠壓、帶有加強(qiáng)的焊制三通；2)已運(yùn)行20萬h的鑄造三通，檢查周期應(yīng)縮短到2萬h，根據(jù)檢查結(jié)果決定是否采取更換措施；3)碳鋼和鉬鋼焊接三通，當(dāng)發(fā)現(xiàn)石墨化達(dá)4級時應(yīng)予以更換。c)彎頭有下列情況時應(yīng)處理或更換：1)已運(yùn)行20萬h的鑄造彎頭，檢查周期應(yīng)縮短到2萬h，根據(jù)檢查結(jié)果決定是否采取更換措施；2)碳鋼和鉬鋼彎頭，以及焊接接頭發(fā)現(xiàn)石墨化達(dá)4級時應(yīng)更換；3)發(fā)現(xiàn)外壁有蠕變裂紋時應(yīng)及時更換。d)鑄鋼閥殼存在下列缺陷時應(yīng)處理或更換：裂紋、縮孔、夾渣、粘砂、折疊、漏焊、重皮等缺陷。4.1.2.2受熱面管子a)各受熱面的管子表面有氧化微裂紋或壁厚減薄量已大于原壁厚的30%時；b)碳鋼管的脹粗量超過3.5%Do(Do為管子的原始外徑)，合金鋼管脹粗量超過2.5%Do時；c)管子的腐蝕點(diǎn)坑深大于原壁厚的30%和管子的實(shí)測壁厚小于按強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)取用壁厚時；d)碳鋼管的石墨化達(dá)4級及以上時；e)高溫過熱器管表面氧化層厚度超過0.6mm，且晶界氧化裂紋深度超過3～5個晶粒時。4.1.2.3凝汽器和給水加熱器管子腐蝕斷裂泄漏時。4.2機(jī)組壽命評估所需資料4.2.1機(jī)組設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修資料為了對機(jī)組進(jìn)行壽命評估，必須收集機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、歷次檢修及對關(guān)鍵部件的檢驗(yàn)與測試記錄、事故工況、更新改造等資料，盡可能全面、詳細(xì)。其主要內(nèi)容如下：a)部件設(shè)計(jì)資料：包括設(shè)計(jì)依據(jù)、部件材料及其力學(xué)性能、制造工藝、結(jié)構(gòu)幾何尺寸、強(qiáng)度計(jì)算書、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料等；b)部件出廠質(zhì)量保證書、檢驗(yàn)證書或記錄等；c)機(jī)組安裝資料，重要安裝焊口的工藝檢查資料，主要缺陷的處理記錄資料，主蒸汽管道安裝的預(yù)拉緊記錄等；d)機(jī)組投運(yùn)時間，累計(jì)運(yùn)行小時數(shù)；e)機(jī)組典型的負(fù)荷記錄(或代表日負(fù)荷曲線)，最大出力及調(diào)峰運(yùn)行方式；f)機(jī)組熱態(tài)、溫態(tài)、冷態(tài)啟、停次數(shù)及啟、停參數(shù)，強(qiáng)迫緊急停機(jī)和甩負(fù)荷到零次數(shù)；g)機(jī)組事故史和事故分析報(bào)告；h)運(yùn)行壓力、溫度典型記錄，是否有過長時間的超設(shè)計(jì)參數(shù)(溫度、壓力等)運(yùn)行；i)機(jī)組歷年可靠性統(tǒng)計(jì)資料；j)維修與更換部件記錄；k)歷次檢修檢查記錄，包括部件內(nèi)外觀檢查、無損探傷、幾何尺寸測定、材料成份的校對、金相檢查、硬度測量、蠕脹測量記錄、腐蝕狀況檢查和管子的支吊系統(tǒng)檢查記錄等；l)機(jī)組未來的運(yùn)行計(jì)劃。4.2.2機(jī)組的現(xiàn)狀檢查對確定要進(jìn)行壽命評估的機(jī)組，首先應(yīng)對機(jī)組的現(xiàn)狀進(jìn)行檢查。關(guān)鍵性部件及一般性部件的檢查項(xiàng)目及內(nèi)容見表2。如果已對該機(jī)組作過檢查或全面性的普查，則可視需要補(bǔ)充作一些有針對性的檢查。表2機(jī)組進(jìn)行壽命評估前的現(xiàn)狀檢查部件名稱檢查項(xiàng)目及內(nèi)容鍋爐汽包內(nèi)部腐蝕狀況檢查；筒體角變形、焊縫錯邊量和筒體圓度檢查；筒體封頭壁厚測定；焊縫、母材的金相檢驗(yàn)與硬度測定；筒體縱、環(huán)焊縫和接管座焊縫的無損檢查。筒體內(nèi)壁開孔邊緣無損探傷高溫過熱器集箱集汽集箱高溫再熱器集箱封頭焊縫及接管座焊縫的無損探傷；筒體、封頭壁厚測量；硬度測定；金相組織檢查(主要為珠光體球化級別)：蠕變孔洞和等級1)；集箱變形測量水冷壁集箱封頭焊縫及接管座焊縫的無損探傷；筒體、封頭壁厚測量；硬度測量導(dǎo)汽管彎頭表面無損探傷；直管段、彎頭壁厚測量；硬度、金相檢查。彎管橢圓度測量，與構(gòu)件連接處外觀檢查及無損探傷受熱面管子管徑、壁厚、內(nèi)外表面腐蝕、氧化垢層等情況檢查；復(fù)膜金相檢查；局部磨損檢查主蒸汽管道高溫再熱蒸汽管道支吊架系統(tǒng)檢查；焊縫、彎頭無損探傷及不圓度測量；直管段、彎管壁厚測定；局部磨損檢查；蠕脹測量；焊縫、彎頭、直管段的硬度測量；復(fù)膜金相(或現(xiàn)場金相)檢查；彎頭不圓度測定汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外觀檢查，硬度測定，中心孔和外表面探傷，轉(zhuǎn)子變截面處探傷。對于焊接轉(zhuǎn)子還應(yīng)對焊縫進(jìn)行無損探傷2)葉片外觀的侵蝕、點(diǎn)蝕坑檢查，葉根及拉筋孔無損探傷，葉片邊緣司太立合金鑲焊焊縫探傷葉輪鍵槽處無損探傷汽缸內(nèi)外壁裂紋檢查，硬度測定螺栓按DL439—91火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則執(zhí)行汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外觀檢查，硬度測定，轉(zhuǎn)子外表面和中心孔探傷，變截面處探傷護(hù)環(huán)外觀檢查，硬度測定，護(hù)環(huán)的超聲波探傷和表面滲透探傷，復(fù)膜金相檢查其他除氧器內(nèi)外表面宏觀檢查。加強(qiáng)圈及支撐焊縫檢查，縱、環(huán)焊縫無損探傷，壁厚測量，筒體不圓度、支座狀況檢查高壓加熱器焊縫探傷；壁厚測量1)材料蠕變孔洞的檢查按DL/T551—94低合金耐熱鋼蠕變孔洞檢驗(yàn)技術(shù)工藝導(dǎo)則進(jìn)行；2)按DL505—92汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子超聲波探傷規(guī)程執(zhí)行4.2.3評估部件壽命時所需的材料性能數(shù)據(jù)a)材料性能：進(jìn)行部件壽命評估，根據(jù)其主要損傷機(jī)理，在下列性能中選取相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)(詳見表3)。表3壽命評估時所需的材料性能部件名稱材料性能無超標(biāo)缺陷的部件帶超標(biāo)缺陷的部件鍋爐汽包母材與焊縫材料的拉伸、沖擊性能，硬度，脆性轉(zhuǎn)變溫度，低周疲勞特性，物理性能母材與焊縫材料的拉伸、沖擊性能，硬度，脆性轉(zhuǎn)變溫度，斷裂韌性，疲勞裂紋擴(kuò)展速率，物理性能高溫集箱母材與焊縫材料的拉伸、沖擊性能，硬度，蠕變、疲勞性能或蠕變—疲勞交互作用特性，復(fù)膜金相檢查母材、焊縫材料的微觀組織、蠕變孔洞與裂紋等，物理性能母材與焊縫材料的拉伸、沖擊性能，硬度，蠕變、疲勞性能，蠕變斷裂韌性，蠕變裂紋擴(kuò)展速率。復(fù)膜金相檢查母材、焊縫材料的微觀組織、蠕變孔洞與裂紋等，物理性能汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子拉伸、沖擊性能，硬度，蠕變、疲勞性能或蠕變—疲勞交互作用特性。若為焊接轉(zhuǎn)子，還應(yīng)確定焊縫的上述性能，物理性能拉伸、沖擊性能，硬度，脆性轉(zhuǎn)變溫度，斷裂韌性，疲勞裂紋擴(kuò)展速率。若為焊接轉(zhuǎn)子，還應(yīng)確定焊縫的上述性能，物理性能主蒸汽管道高溫再熱蒸汽管道室溫和工作溫度下的拉伸、沖擊性能，硬度，蠕變、持久強(qiáng)度數(shù)據(jù)，金相組織，石墨化級別(碳、鉬鋼)，碳化物成分與結(jié)構(gòu)，蠕變孔洞和裂紋(合金鋼)，高溫低周疲勞特性(調(diào)峰機(jī)組)，物理性能除需無超標(biāo)缺陷部件材料的性能外，還需蠕變斷裂韌性與蠕變裂紋擴(kuò)展速率，物理性能汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子室溫拉伸、沖擊性能，硬度，疲勞性能，物理性能室溫拉伸、沖擊性能，硬度，斷裂韌性，疲勞裂紋擴(kuò)展速率，物理性能護(hù)環(huán)室溫拉伸、沖擊性能，硬度室溫拉伸、沖擊性能，硬度，斷裂韌性，應(yīng)力腐蝕開裂門檻值，應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率1)力學(xué)性能常溫和工作溫度下的拉伸、沖擊性能，低周疲勞，斷裂韌性，疲勞裂紋擴(kuò)展速率；脆性轉(zhuǎn)變溫度(FATT)，硬度；持久強(qiáng)度，蠕變強(qiáng)度，最小蠕變速率。2)物理性能彈性模量，泊松比，線膨脹系數(shù)，比熱容，熱導(dǎo)率，氧化速率；腐蝕速率。3)微觀特性金相組織(包括球化級別、蠕變孔洞、裂紋、石墨化級別等)、碳化物成分和結(jié)構(gòu)。b)材料性能數(shù)據(jù)的獲得：在條件許可的情況下，應(yīng)在部件服役條件最苛刻的部位取樣進(jìn)行相關(guān)的材料性能試驗(yàn)；若直接在部件上取樣有困難，可選用與部件材料牌號相同、工藝相同的原材料進(jìn)行試驗(yàn)(至少有一組試驗(yàn)應(yīng)在與部件工作溫度相同的溫度下進(jìn)行)；如在短時間內(nèi)不能取得實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可參考相同牌號材料已積累的數(shù)據(jù)的下限值。對于由試驗(yàn)獲得的原始材料的性能，當(dāng)用于部件壽命評估時，應(yīng)考慮其性能在高溫、應(yīng)力作用下隨時間的延長而劣化的情況。4.2.4部件受力狀態(tài)分析a)主蒸汽管道。應(yīng)依據(jù)管道目前的支吊狀況及有關(guān)管系設(shè)計(jì)、安裝原始資料，對管系進(jìn)行應(yīng)力分析，找出其最大受力部位及其應(yīng)力水平。b)鍋爐汽包。在無超標(biāo)缺陷時，參照2中ASME—89或盲孔測應(yīng)力法或有限元法對下降管處進(jìn)行應(yīng)力分析，包括熱應(yīng)力和內(nèi)壓應(yīng)力；對有超標(biāo)缺陷的汽包，用有限元法或解析法計(jì)算缺陷部位的應(yīng)力和應(yīng)變，包括內(nèi)壓應(yīng)力、熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。對焊接殘余應(yīng)力最好用盲孔法進(jìn)行實(shí)測。此外，還需考慮筒體角變形、焊縫錯邊和筒體不圓度引起的應(yīng)力集中。c)高溫管道、三通和集箱。主要計(jì)算內(nèi)壓應(yīng)力及熱應(yīng)力，但需考慮接管開孔處的應(yīng)力集中。d)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。在無超標(biāo)缺陷時，用有限元法或解析法，選擇危險截面計(jì)算熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力；有超標(biāo)缺陷時，計(jì)算缺陷部位的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。4.3關(guān)鍵部件壽命評估程序框圖，見圖1和圖2所示。在圖2中，對帶超標(biāo)缺陷的部件，其安全性的評定，主要考慮有缺陷的部位。圖1無超標(biāo)缺陷部件壽命評定框圖圖2帶超標(biāo)缺陷部件壽命評定框圖5對關(guān)鍵部件壽命評估推薦的方法隨著技術(shù)進(jìn)步(包括診斷技術(shù)及計(jì)算技術(shù))對機(jī)組關(guān)鍵部件的壽命預(yù)測已有多種方法，并還在不斷發(fā)展與完善中，本導(dǎo)則根據(jù)目前國內(nèi)外一些成功的經(jīng)驗(yàn)，推薦性地提出以下3種方法。使用者可按具體情況采用，并要參閱有關(guān)的文獻(xiàn)和資料(見編寫說明)，熟悉其試驗(yàn)和應(yīng)用的方法。5.1以蠕變?yōu)橹饕Х绞降牟考?.1.1等溫線外推法a)選擇與部件工作溫度相同的溫度，至少在5個應(yīng)力水平下(其中3個應(yīng)力水平下至少應(yīng)重復(fù)3根樣品)進(jìn)行試件的拉伸持久斷裂試驗(yàn)；圖3材料的持久強(qiáng)度曲線b)利用下式對試驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，作出如圖3所示的材料持久強(qiáng)度曲線。σ=k(tr)m(1)式中：σ——材料的應(yīng)力水平；tr——斷裂時間,h；k、m——由實(shí)驗(yàn)確定的材料常數(shù)。幾種低合金耐熱鋼在不同狀態(tài)下的k、m值見附錄A(提示的附錄)。c)用(1)式外推材料某一規(guī)定時間的持久強(qiáng)度時，外推的規(guī)定時間應(yīng)小于最長試驗(yàn)點(diǎn)時間10倍，如外推540℃下，10萬h的持久強(qiáng)度，最長試驗(yàn)點(diǎn)時間應(yīng)大于10000h；d)確定擬合下限壽命線的k′和m值(m值與中值線相同)，下限壽命線的應(yīng)力σ為中值壽命線應(yīng)力σ的0.8倍；e)確定部件在工作條件下的最大應(yīng)力部位及引起蠕變損傷的最大應(yīng)力σmax；f)按下式計(jì)算剩余壽命，計(jì)算出的壽命為t×105h(2)式中：、——分別為某一溫度下104h和105h的外推持久強(qiáng)度；n——安全系數(shù)，當(dāng)選圖3中的中值線時，n取1.5；當(dāng)選圖3中的下限線時，n取1.2。5.1.2L—M參數(shù)法L—M參數(shù)是時間和溫度二者相結(jié)合的參數(shù)，以P(σ)表示，有如下關(guān)系：P(σ)=T(C+lgtr)(3)式中：tr——斷裂時間，h；T——試驗(yàn)溫度，K；C——材料常數(shù)。a)確定材料的L—M參數(shù)選部件工作溫度及其附近3個溫度，在每一溫度下至少進(jìn)行4個應(yīng)力水平下的拉伸持久試驗(yàn)。按(4)式對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸處理求解出C值lgtr=C+(C1lgσ+C2lg2σ+C3lg3σ+C4lg4σ+C0)/T(4)式中：C0、C1、C2、C3、C4——擬合系數(shù)。依據(jù)擬合出的公式，繪制P(σ)—σ單對數(shù)坐標(biāo)曲線。對于常用的10CrMo910、12Cr1MoV鋼，國內(nèi)外已進(jìn)行過大量的試驗(yàn)研究，對10CrMo910鋼：P(σ)=T(20+lgtr)(5)式中：t——試驗(yàn)溫度，℃。該鋼種的P(σ)—σ曲線見圖4所示。對12Cr1MoV鋼P(yáng)(σ)=T(22+lgtr)(6)式中：T——熱力學(xué)溫度，K。該鋼種的P(σ)—σ曲線見圖5所示。圖410CrMo910鋼的P(σ)—σ曲線圖512Cr1MoV鋼的P(σ)—σ曲線b)按5.1.1中(e)確定部件工作條件下的最大應(yīng)力部位及最大應(yīng)力σmax；c)由P(σ)—σ曲線上查得部件最大應(yīng)力對應(yīng)的L—M參數(shù)P(σ)；d)由式(3)或式(5)或式(6)確定部件蠕變斷裂壽命。5.1.3蠕變孔洞評定法該法主要依據(jù)材料的金相組織檢查，對蠕變孔洞依據(jù)其分布、大小和密度劃分為不同級別，用以定性判斷部件材料蠕變損傷的老化程度，作為部件蠕變壽命評估的一個必要的輔助手段。a)對部件受力最大、溫度最高部位或易產(chǎn)生蠕變失效的部位(例如主蒸汽管道彎頭、三通或閥門等)進(jìn)行復(fù)膜金相檢查，也可在部件最危險部位取樣進(jìn)行金相檢查(復(fù)膜金相檢查可按DL/T—551進(jìn)行)。b)按表4對蠕變孔洞進(jìn)行評級及采取處理措施。表4蠕變孔洞評級及檢查周期級別組織特征檢查周期Ⅰ晶體結(jié)構(gòu)不斷變化，珠光體分解，碳化物開始在晶界和晶內(nèi)析出，但無微孔5～6年Ⅱ碳化物在晶界上析出呈鏈狀，且具方向性；個別單個微孔，無規(guī)則分布3～4年Ⅲ晶界孔洞數(shù)量增加，且呈串鏈狀分布和方向性排列，晶界分離1)1～2年Ⅳ出現(xiàn)微裂紋2)停止使用，更換1)一個晶粒長度；2)幾個晶粒長度5.2以疲勞為主要失效方式的部件對其主要失效特征為低周疲勞破壞的部件(如汽輪機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，汽包等)，應(yīng)對其進(jìn)行疲勞壽命評定。5.2.1確定材料的應(yīng)變(低周)疲勞壽命(εa-Nf)曲線a)由實(shí)驗(yàn)確定εa-Nf曲線1)按GB6399—86進(jìn)行材料的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)；2)對獲得的材料應(yīng)變幅εa，失效循環(huán)周次Nf和由應(yīng)力—應(yīng)變滯后回線上確定的彈性應(yīng)變分量εe和塑性應(yīng)變分量εp用下式進(jìn)行最小二乘法擬合：(7)式中：εa——總應(yīng)變幅；εe——彈性應(yīng)變幅；εp——塑性應(yīng)變幅；σ′f——疲勞強(qiáng)度系數(shù)；b——疲勞強(qiáng)度指數(shù)；ε′f——疲勞延性系數(shù)；c——疲勞延性指數(shù)；Nf——失效循環(huán)周次。式(7)中的Nf有的定義為破斷周次，有的定義為裂紋開始出現(xiàn)周次，用N表示；有的定義為循環(huán)穩(wěn)定載荷下降5%時的縮環(huán)周次，用N5表示。附錄B(提示的附錄)列出了有關(guān)電站常用鋼的低周疲勞參數(shù)。b)用通用斜率方程確定εa—Nf曲線可用式(8)確定材料的εa—Nf曲線，即：(8)式中：εa——總應(yīng)變幅；σb——材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；εf——材料斷裂真應(yīng)變，；ψ——材料的斷面收縮率，%；E——材料的彈性模量，MPa；Nf——失效循環(huán)次數(shù)。5.2.2確定材料的Sa-Nf(應(yīng)力幅—壽命)設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線在工程部件的疲勞壽命評估中，需確定材料的Sa-Nf曲線。a)確定材料的虛擬應(yīng)力—壽命(Seq—Nf)曲線(9)如果沒有材料的低周疲勞試驗(yàn)結(jié)果，則可采用下式確定Seq(10)b)對虛擬應(yīng)力—壽命曲線進(jìn)行平均應(yīng)力修正(11)式中：σy——材料的屈服強(qiáng)度。c)對平均應(yīng)力修正后的S′a—Nf曲線，分別對應(yīng)力和壽命取2和20的系數(shù)。并取最低值連成光滑曲線，則為設(shè)計(jì)的疲勞壽命曲線，圖6給出了由試驗(yàn)曲線確定設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線的過程和獲得的汽包的設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線；圖7為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子30Cr2MoV鋼的設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線，附錄F(提示的附錄)給出國外有關(guān)壓力容器和轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線。5.2.3危險部位的應(yīng)力、應(yīng)變分析按4.2.4對部件危險部位的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行分析和計(jì)算。5.2.4疲勞壽命估算按計(jì)算的應(yīng)力或應(yīng)變確定引起疲勞破壞的交變應(yīng)力或應(yīng)變幅(或范圍)，然后由設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線確定疲勞壽命。5.3部件疲勞—蠕變交互作用下的壽命評估對于承受疲勞—蠕變交互作用下的高溫工程部件，如調(diào)峰機(jī)組的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子，用線性累積損傷法則評估其損傷度D(12)圖6TPRI的汽包設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線式中：Nfi、tri——分別為i工況下部件的低周疲勞失效循環(huán)周次和蠕變持久破壞時間，分別按5.1和5.2條確定；ni、ti——分別為i工況下部件運(yùn)行的循環(huán)周次和蠕變保持時間。損傷度D值與疲勞、蠕變損傷份額有關(guān)，圖8和圖9分別為CrMoV轉(zhuǎn)子鋼和其他幾種鋼的蠕變、疲勞交互作用損傷曲線。圖9中的Nd為與n循環(huán)中同樣的溫度和應(yīng)變幅下的疲勞失效循環(huán)周次，Td為與保持時間t溫度相同，但應(yīng)力為t的(1/0.9)倍條件下的斷裂時間。5.4帶缺陷部件的安全性評定與剩余壽命估算火電機(jī)組中的一些大型部件(如汽輪機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽包、汽缸等)往往制造、加工周期長，并且更換安裝困難，若存在著超標(biāo)缺陷或運(yùn)行中出現(xiàn)裂紋，可用斷裂力學(xué)方法對其安全性作出評定并估算出剩余壽命。圖730Cr2MoV鋼的Sa—N曲線圖8CrMoV轉(zhuǎn)子鋼在538℃下的蠕變-疲勞交互作用損傷曲線圖92.25Cr-1Mo、304、316不銹鋼的蠕變-疲勞交互作用損傷曲線5.4.1應(yīng)力強(qiáng)度因子法a)按GB4161—84測定材料的斷裂韌性K1C。當(dāng)試件尺寸難以滿足K1C測試條件要求時，可按GB2038—91測定材料的延性斷裂韌性J1C值，然后按下式由J1C換算為K1C(13)式中：E——材料彈性模量，MPa；υ——材料的泊松系數(shù)。附錄C(提示的附錄)列出了一些電站用鋼的K1C值。b)對于具體的部件可根據(jù)其形狀、裂紋形狀及位向、外加載荷方法等來確定部件缺陷部位的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1的表達(dá)式，即K1=f(σ，a，Y)(14)式中：σ——部件缺陷部位無缺陷時的應(yīng)力；a——裂紋尺寸；Y——幾何形狀因子。對部件的應(yīng)力σ應(yīng)考慮外載引起的應(yīng)力，部件自重產(chǎn)生的應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、部件幾何形狀引起的應(yīng)力集中等，可由實(shí)驗(yàn)確定或計(jì)算分析獲得，然后將σ代入式(14)獲得K1值。對于壓力容器中三種類型裂紋(表面裂紋、穿透裂紋、埋藏裂紋)的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1的具體形式，按照CVDA—84中列出的公式確定。b)部件安全性判定當(dāng)K1≥0.6K1C時，為不可接受的缺陷。5.4.2裂紋張開位移(COD)法利用應(yīng)力強(qiáng)度因子法可解決高強(qiáng)度鋼制部件及大截面尺寸部件的安全性評定，但對中低強(qiáng)鋼制部件或截面尺寸較小的部件，在裂紋尖端附近會出現(xiàn)大范圍屈服或全屈服，這時，線彈性斷裂力學(xué)的理論不再適用，需要用彈塑性斷裂力學(xué)來分析和評定部件的安全性。a)按照GB2358—94測定材料的臨界裂紋張開位移δcr。附錄D(提示的附錄)列出了若干常用壓力容器鋼的δcr值。b)對部件缺陷進(jìn)行規(guī)則化處理，確定缺陷的當(dāng)量裂紋尺寸，對壓力容器的缺陷評定按照CVDA—84執(zhí)行。c)對部件缺陷部位的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，要考慮：外載引起的應(yīng)力，部件自重產(chǎn)生的應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力，熱應(yīng)力，部件幾何形狀引起的應(yīng)力集中等。d)確定部件缺陷部位的應(yīng)變e和材料的屈服應(yīng)變ey對于在高溫下工作的部件其E、σy應(yīng)取高溫下的性能數(shù)據(jù)。e)確定部件缺陷部位的允許裂紋尺寸(15)f)安全性判定當(dāng)＜m時，缺陷可以接受。5.4.3帶缺陷部件的剩余壽命估算對帶缺陷部件進(jìn)行安全性評定是指部件能否發(fā)生一次性破斷，但工程中大多數(shù)部件是在循環(huán)加載條件下工作，即使存在著超標(biāo)缺陷，也不一定會突然破斷，而是在循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋逐漸擴(kuò)展達(dá)到臨界值時才發(fā)生突然斷裂。a)按照GB6398—86測定材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率(16)式中：ΔK——應(yīng)力強(qiáng)度因子變化范圍；D、α——由實(shí)驗(yàn)確定的材料常數(shù)。附錄E給出了若干電站常用鋼的值及疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth。b)按CVDA—84分析計(jì)算缺陷部位的循環(huán)應(yīng)力范圍Δσ，此時不考慮靜態(tài)應(yīng)力，如焊接殘余應(yīng)力。c)確定部件缺陷部位的應(yīng)力強(qiáng)度范圍ΔK(參照5.4.1.b)中K1的確定方法)ΔK=f(Δσ，a,Y)(17)d)判定裂紋是否會擴(kuò)展當(dāng)ΔK＜ΔKth時，裂紋不擴(kuò)展；e)當(dāng)ΔK≥ΔKth時，用下式計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命Nrem(周次)(18)式中：a0——初始裂紋尺寸，mm；aN——臨界裂紋尺寸，mm。對于計(jì)算的Nrem尚需考慮試樣厚度與部件截面厚度、試驗(yàn)頻率與部件工作頻率的效應(yīng)，故對Nrem取20倍安全系數(shù)，即為帶缺陷部件的剩余壽命。附錄F(提示的附錄)給出了關(guān)鍵部件壽命評估的舉例。6壽命評估報(bào)告評估報(bào)告的主要內(nèi)容應(yīng)包括：6.1機(jī)組概況。6.2現(xiàn)狀檢查情況：一般性部件的檢查情況及處理意見，關(guān)鍵性部件的檢查情況和專項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果。6.3壽命評估采用的方法及分析結(jié)果。6.4壽命評估結(jié)論意見。6.5對機(jī)組繼續(xù)使用的建議與監(jiān)督措施：包括運(yùn)行方式，參數(shù)限制，重點(diǎn)監(jiān)督的部件及部位，再次進(jìn)行壽命評定的預(yù)計(jì)時間等。附錄A(提示的附錄)幾種低合金耐熱鋼在不同狀態(tài)下的k、m值表A1由實(shí)驗(yàn)獲得的幾種低合金耐熱鋼在不同狀態(tài)下的k、m值材料材料制造廠工作參數(shù)運(yùn)行時間h試驗(yàn)溫度℃試樣數(shù)量個最長試驗(yàn)點(diǎn)時間h系數(shù)k指數(shù)m溫度℃壓力Mpa12MX主蒸汽母管直管段前蘇聯(lián)5109.816946151085837.5253.5-0.07495主蒸汽母管彎管段2557566＞6000265.1-0.07139主蒸汽母管直管縱向255756915066275.5-0.09506主蒸汽母管彎管縱向26103248379278.0-0.06620主蒸汽母管彎管橫向261032910663282.4-0.0680112MX前蘇聯(lián)5109.8原始段51094143.8496.4-0.06107主蒸汽管監(jiān)督段縱向1076751015446.8294.2-0.07200主蒸汽管監(jiān)督段橫向10767575681.6282.2-0.06514主蒸汽管監(jiān)督段焊縫10767584888279.3-0.07898主蒸汽母管彎頭9032983119.8301.2-0.04702主蒸汽母管直管7273.2-0.0792212MX主蒸汽管彎管外弧縱向前蘇聯(lián)5109.8207512.951095960.6292.9-0.10458主蒸汽管彎管外弧橫向510814956.5238.8-0.08074主蒸汽彎管外弧橫向54075012.5266.3-0.12317主蒸汽管段直段橫向510107831.7305.6-0.0993015123.9主蒸汽管直管段捷克5409.4125000540711389302.9-0.07653主蒸汽管焊縫88173269.9-0.08251主蒸汽管彎管5409.416500054099416.5257.5-0.0778515123.9主蒸汽管監(jiān)督段縱向捷克5409.813760454011＞16056251.4-0.05972主蒸汽監(jiān)督段橫向67471.1316.6-0.03802主蒸汽管焊縫103862.4270.1-0.09202主蒸汽彎管縱向109156.2255.4-0.0701910CrMo910主蒸汽監(jiān)督段前西德5409.83513254083993252.9-0.09007主蒸汽管焊縫84788.5253.5-0.0919410CrMo910主蒸汽監(jiān)督段前西德5409.8101557.45406＞10000246.7-0.108325606＞10000205.9-0.1029310CrMo910主蒸汽直管段前西德5409.81060005401016529227.4-0.010350主蒸汽彎管段1014188.4237.4-0.1028410CrMo910主蒸汽母管前西德5409.810659254058277226.1-0.09140主蒸汽管焊縫96488.5176.0-0.0553112Cr1MoV主蒸汽管道監(jiān)督段前蘇聯(lián)5409.85484954012＞7071292.6-0.09524106000207071234.0-0.0642112Cr1MoV主蒸汽管監(jiān)督段前蘇聯(lián)5109.89000054074517238.5-0.06918主蒸汽管彎頭11066082614.3234.1-0.06747爐側(cè)主蒸汽管道140690812343.6225.6-0.05835機(jī)側(cè)主蒸汽管道170548718024.2248.5-0.0614212Cr1MoV主蒸汽管監(jiān)督段前蘇聯(lián)5409.810179454094634.2227.1-0.0621615453976048.3234.1-0.0675212Cr1MoV主蒸汽管監(jiān)督段前蘇聯(lián)5409.8153291540710395146.5-0.03954主蒸汽管焊縫8＞13428250.9-0.110012Cr1MoV日本川崎鋼鐵公司原始段51066164478.7-0.1032054056007.4389.8-0.1052157068422277.2-0.0934012Cr1MoV主蒸汽直管段心部前西德原始段540109723.4418.9-0.127035外壁610138.6395.1-0.09516內(nèi)壁611090.8401.8-0.0997712Cr1MoV主蒸汽直管段心部前西德原始段540812618.2472.5-0.131173外壁814882.6395.4-0.106586內(nèi)壁810321.8458.7-0.12485012Cr1MoV主汽管直管段心部前西德原始段58077027.8276.2-0.11067861074266.1227.8-0.1207012Cr1MoV主汽管彎管段心部前西德原始段58074978.7337.7-0.13744061073422.2259.8-0.14564712Cr1MoV1)高溫過熱器管5409.0210672857082256141.9-0.06615T91高溫過熱器管(T91—T91焊管)1)日本川崎鋼鐵公司原始管6307＞16000256.0-0.109723T91—102對接焊管1)日本川崎鋼鐵公司原始管6105＜11000281.0-0.098841)為爆管試驗(yàn)結(jié)果附錄B(提示的附錄)若干種材料的低周疲勞參數(shù)表B1若干材料的低周疲勞參數(shù)材料熱處理工藝試驗(yàn)溫度℃σy(σ0.2)MpaσbMpaσ′f/Eσ′fMpabε′fc試驗(yàn)條件30Cr2MoV940～950℃鼓風(fēng)冷卻，680～700℃回火205357250.00466964-0.07310.2819-0.5588Z向，r=-1，Δ，N5f=(0.05～0.88Hz4504175250.00463880-0.09791.0982-0.79855003734540.00449849-0.10471.7341-0.88415503474210.00330611-0.07080.8241-0.7703450～5500.00404764-0.09021.1311-0.8131P2模型葉輪熱疲勞4416370.00253-0.10000.7250-0.9800溫度循環(huán)(300～500℃)，保持時間1h，N028CrNiMoV950℃油淬700℃回火205847530.00242-0.05301.0338-0.7594梯形波，Z向，拉、壓保持時間1min，r=-1f=0.0067Hz，Nf19Mn5920℃正火620℃回火203375200.00438880-0.09200.3960-0.5520Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.05～0.877)HzBHW35920℃正火630℃回火205196470.005121019-0.07820.3288-0.5650BHW35(焊縫)920℃正火630℃回火206530.006321170-0.10500.1111-0.4600D向，r=-1，Δ，Nff=(0.083～0.6667)Hz15CrMo204550.00487962-0.11000.3990-0.5300Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.125～1.39)HzSA299鍛件正火253155400.0018-0.06820.19030.5184Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.3～0.5)Hz12Cr1MoV正火+回火203755090.00345-0.06780.6114-0.6389Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.1～0.625)Hz10CrMo910運(yùn)行10.8萬小時的主蒸汽管道材料20294520Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.28～2.45)Hz5402013340.00270452-0.08780.1398-0.47082Cr13葉片取樣205567180.00520-0.09550.9235-0.8052Z向，r=-1，Δ，Nfε=0.0041/sec，3.5%NaCl鹽霧1000℃油淬700℃回火205637370.00517-0.08590.7933-0.6634Z向，r=-1，Δ，Nff=(0.125～1.08)Hz16MnR焊縫區(qū)20385(母板)588(母板)0.00597-0.07250.8380-0.6150D向，r=-1，Δ，N20熔合區(qū)0.00680-0.10101.9060-0.758020#熱軋20430980-0.12000.3600-0.54001040(40#)鍛造206211540-0.14000.6100-0.57001045(45#)淬火、回火(640℃)207241227-0.09501.0000-0.6600熱拔2010621450-0.10000.2200-0.5100注：Z向—軸向應(yīng)變控制；D向—徑向應(yīng)變控制；Δ—三角波加載；r—應(yīng)變比(r=εmin/εmax)；f—頻率；Nf—破斷循環(huán)周次；N5—穩(wěn)定拉伸載荷下降5%時的循環(huán)周次；N0—葉根出現(xiàn)1mm長裂紋時的循環(huán)周次；N20—穩(wěn)定拉伸載荷下降20%時的循環(huán)周次；ε—應(yīng)變速率附錄C(提示的附錄)若干常用鋼在高溫下的屈服強(qiáng)度σy和斷裂韌性K1c值表C1若干常用鋼材在高溫下的屈服極限σy和斷裂韌性K1c值鋼材名稱熱處理狀態(tài)σy或σ0.2MPaK1cMPa主要用途16MnR鋼板熱軋274.4～313.6138.4～155.9壓力容器15MnVR鋼板熱軋401.896.7～105.4壓力容器18MnMoNbR退火+回火558.6121.5～143.8壓力容器40號鋼860℃正火294.071.3軸類40號鋼860℃正火294.062.0機(jī)車主軸45號鋼860℃正火294.062.9～64.8軸類45號鋼860℃正火317.5～355.784.3～91.1汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子45號鋼860℃正火509.6100.8軸類45號鋼850℃淬火550℃回火512.597.0～104.5軸類15MnV840℃水淬650℃回火392.0186.0軸類12CrMoV900℃正火630℃回火245.0163.4～166.2管子、容器12Cr1MoV540℃，8.8MPa壓力下運(yùn)行104h后220.5～318.572.9～164.9主蒸汽管道25Cr2MoV1040℃正火680℃回火744.873.2～97.0緊固件30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2～568.4136.7～158.730萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2～568.4151.9～163.730萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2～568.4135.8～156.630萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2～568.4137.6～146.630萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2～568.4127.1～134.930萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火646.841.2～48.430萬kW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火548.8130.2～155.0汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子28CrNi3MoV850℃油淬650℃回火965.5140.7汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子28CrNi3MoV850℃油淬650℃回火916.3131.8汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子30Cr2MoV588.065.1～77.5汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子34Ni-Cr-Mo-V637.0～686.0151.9～173.6汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子Cr12Mo1V1/4鋼705.668.2汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子30Cr2MoV588.045.0汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子1(1/4)Cr-1Mo1/4V鑄鋼343.068.2汽缸17CrMo1V490～539.043.4～50.2汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子35CrNi2MoV637.0～686.0106.3汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子34CrMo1A850℃油淬620℃回火646.887.4～93.9發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrMo1A490.0～548.875.6～98.6發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrMo1A715.492.1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrMo1A熱軋392.0±98.089.9～124.0發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子ЭИ415經(jīng)670℃，20小時再回火686.0～705.665.4～126.2燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火627.2～656.6144.2～158.1汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火558.683.4～109.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火725.2148.8～155.0汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火872.2～911.4102.0～140.7汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火617.4～686.0116.6～151.0汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火666.4～715.4115.3～163.7汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃油淬630℃回火715.4149.4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火539.0102.0～133.9發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火686.0132.1～160.0汽輪機(jī)葉輪34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火548.877.5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子附錄D(提示的附錄)常用壓力容器用鋼的斷裂韌性δcr數(shù)據(jù)表D1常用壓力容器用鋼的斷裂韌性(δcr、σy)參考數(shù)據(jù)鋼號板厚mm狀態(tài)σyMPa斷裂韌性值范圍δcrmm平均值δcr20g16熱軋313.60.114～0.1470.12620鋼管13.5熱軋274.40.207～0.2260.21616MnR60熱軋294.00.176～0.1870.18216Mn(稀土)16熱軋369.50.106～0.1230.11415MnVR20401.80.076～0.0890.08115MnVN20調(diào)質(zhì)553.70.080～0.0880.08418MnMoNbR(批1)50退火+回火558.60.101～0.1310.11818MnMoNbR(批2)50退火+回火455.70.120～0.1300.12514MnMoNbB16859.50.058～0.0740.06414CrMnMoVB調(diào)質(zhì)741.90.10～0.110.1020CrNi3MoV調(diào)質(zhì)774.20.091～0.120.101Cr13調(diào)質(zhì)637.00.091～0.1030.098馬氏體時效不銹鋼842.80.078～0.0850.081厚壁原子能壓力容器用鋼666.40.22～0.2750.2601Cr18Ni9Ti60245.00.240～0.26519Mn565熱軋345.50.193～0.3260.250BHW3590正火+回火529.20.196～0.2960.243110541.50.122～0.1550.14212Cr1MoV50噴水調(diào)質(zhì)4160.1860.18622K(自動焊縫)90焊后退火254.90.268～0.280(WC)0.20～0.21(FL)0.2700.20522K(母材)90焊后退火249.90.18～0.200.1919Mn5(電渣焊縫)90正火+回火326.00.124(WC)0.115(FL)16MnR(電渣焊縫)38311.60.117～0.158(WC)0.165～0.20(HAZ)0.1370.18218MnMoNbR(自動焊縫)60焊后自次序，650℃退火441.0(母材)0.131～0.137(M)0.059～0.062(WC)0.087～0.113(HAZ)0.1340.06050.1018MnMoNbR(電渣焊縫)90正火+回火，調(diào)質(zhì)0.032～0.107(WC)0.038～0.058(WC)0.070.048BHW35(電渣焊縫)110443.50.120(WC)注：M—母材；FL—焊縫熔合線；WC—焊縫中心；HAB—熱影響區(qū)附錄E(提示的附錄)若干種材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN數(shù)據(jù)表E1若干種材料的da/dN數(shù)據(jù)鋼號熱處理制度試驗(yàn)條件da/dNmm/次ΔKth25Cr2NiMoV熱影響區(qū)υ=36～220Hz，R=01.18×10-8(ΔK)3.40900℃油淬4.17×10-8(ΔK)2.086.28～6.51680℃回火焊縫中心4.64×10-10(ΔK)3.445.24～7.91熱影響區(qū)7.54×10-10(ΔK)3.516.38～8.24熔合線3.14×10-10(ΔK)3.435.56～10.70Ni-Cr-MoCr-MoCr-Mo-VNi-Mo-V淬火+回火淬火+回火淬火+回火淬火+回火R=1/7R=1/7R=1/7R=1/74.5×10-9(ΔK)3.137.2×10-9(ΔK)3.01.49×10-7(ΔK)2.72.26×10-8(ΔK)2.5634CrMo1A860℃淬油650℃回火ΔK=12～315.67×10-9(ΔK)2.9734CrMi3Mo860℃加熱780℃預(yù)冷、淬油650℃回火ΔK=25～622.2×10-8(ΔK)2.430Cr2MoV940℃空冷υ=160Hz1.76×10-8(ΔK)2.44680℃爐冷ΔK≥12υ=0.01Hz1.89×10-7(ΔK)2.08ΔK≥2725Cr2Ni4MoV840℃噴水冷卻600℃回火1.65×10-9(ΔK)3.266.51ЭЦ4152.25×10-8(ΔK)2.68ZG20CrMoVR=1/31.03×10-12(ΔK)5.3437.617CrMo1V調(diào)質(zhì)υ=38～220Hz，R=01.18×10-8(ΔK)2.58焊縫中心υ=38～220Hz，R=02.36×10-8(ΔK)3.15邊縫中心υ=38～220Hz，R=02.67×10-8(ΔK)3.2640860℃正火ΔK=19～501.04×10-9(ΔK)345860℃正火ΔK=11～231.63×10-8(ΔK)2.7523.119Mn5920℃正火υ=12Hz，20℃1.55×10-8(ΔK)3.41620℃回火ΔK=19～57(母材、焊縫、熔合線)υ=12Hz，320℃2.13×10-9(ΔK)3.24ΔK=19～57A533，GRADEBCLASS1母材、焊縫、熱影響區(qū)υ=10Hz8.2×10-9(ΔK)2.2(上限)A514，GRADEABS4360—50D母材、焊縫、熱影響區(qū)υ=0.1～5Hz，316℃1.6×10-6(ΔK)3υ=0.25～30Hz1.36×10-8(ΔK)4.2R=0.08～0.7(中心表面裂紋板)C-Mn鋼母材、焊縫、熱影響區(qū)1.9×10-9(ΔK)3BHW35920℃正火，630℃回火1.92×10-9(ΔK)2.622K焊縫材料R=01.13×10-12(ΔK)5.254.2×10-12(ΔK)5.25(上限)水中6.3×10-11(ΔK)5.2520SiMn焊縫材料1.95×10-9(ΔK)3.366.44～11.28A—533B5.17×10-9(ΔK)3.06SA508，CLASS2，3空氣中，亞表面缺陷水反應(yīng)堆環(huán)境，表面缺陷R=0～0.254.75×10-9(ΔK)3.7266.76×10-9(ΔK)3.726SYT—NSTY—RSTY—N軋態(tài)R=0.15.63×10-10(ΔK)4.0軋態(tài)R=0.092.87×10-10(ΔK)4.05退火R=0.084.58×10-8(ΔK)2.4514MnMoNbB920℃淬火，620℃回火ΔK=31～622.61×10-8(ΔK)2.518MnMoNb正火筒體八字裂紋，R=05.44×10-9(ΔK)3調(diào)質(zhì)(內(nèi)壓疲勞試驗(yàn))1.36×10-8(ΔK)2.716MnR，20gυ=1.3～2.5次/min4.2×10-9(ΔK)3.1514SiMnCrNiMoV930℃淬火610℃回火ΔK=15.5～625.90×10-8(ΔK)2.4412CrNiMoV930℃正火930℃淬火610℃回火ΔK=22～625.96×10-8(ΔK)2.44注：1.表中ΔK的單位為；2.R—應(yīng)力比(R=σmin/σmax)；3.υ—頻率；4.碳鋼和碳錳鋼：ΔKth=190(1-0.76R)；對其他鋼材：ΔKth=222(1-0.85R)，當(dāng)R＞0.1時；ΔKth=191，當(dāng)R≤0.1時附錄F(提示的附錄)幾種典型部件及材料的設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線F1壓力容器用鋼的疲勞壽命曲線圖F1～圖F4示出了幾個國家標(biāo)準(zhǔn)中提供的壓力容器的典型設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線，圖F5～圖F7為2.25Cr-1Mo(10CrMo910)和AISI316、AISI304不銹鋼在不同溫度下的應(yīng)變—壽命疲勞曲線。圖F1ASME壓力容器設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F2ГOCT的設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F3TRD301壓力容器設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F4BS5500壓力容器設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F52.25Cr1Mo鋼的應(yīng)變設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F6AIS316不銹鋼的應(yīng)變設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線圖F7AIS304不銹鋼的應(yīng)變設(shè)計(jì)疲勞壽命曲線F2轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子鋼的疲勞壽命曲線F2.1以扭轉(zhuǎn)變形為主的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其低周疲勞的應(yīng)變—壽命關(guān)系為(F1)式中：γa——扭轉(zhuǎn)應(yīng)變幅；2Nf——循環(huán)反向數(shù)；A、B、b′、C′——均為材料常數(shù)。表F1列出幾種轉(zhuǎn)子鋼的A、B、b′、C′值。表F1幾種鋼的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變疲勞常數(shù)材料材料扭轉(zhuǎn)常數(shù)剪切模量GMPaAb′BC′CrMoV827600.0059-0.0521.69-0.64NiCrMoV806700.0055-0.0541.69-0.62NiMoV827600.0048-0.0431.24-0.59圖F8NiCrMoV鋼扭轉(zhuǎn)應(yīng)變疲勞壽命曲線圖F9西屋公司的轉(zhuǎn)子疲勞壽命曲線圖F10GEC公司的轉(zhuǎn)子疲勞壽命曲線圖F11Timo疲勞壽命曲線圖F8為NiCrMoV鋼典型的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變—壽命曲線。F2.2汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命曲線對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼的疲勞壽命曲線分為應(yīng)力—壽命和應(yīng)變—壽命兩種曲線，前者見圖F9，后者見圖F10～圖F12。圖F12蘇聯(lián)P2M鋼的疲勞壽命曲線附錄G(提示的附錄)關(guān)鍵部件壽命評估舉例G1主蒸汽管道主蒸汽管道通常在高溫高壓或中溫中壓條件下運(yùn)行，主要的失效方式為蠕變損傷，其壽命評估廣泛采用以持久強(qiáng)度為主的綜合分析法。某廠一臺HG—410/100—7型鍋爐，過熱蒸汽壓力為9.8MPa，溫度540℃。主蒸汽管道材料為前西德的10CrMo910鋼，規(guī)格為φ273×22，1975年12月底投運(yùn)，至1992年1月，機(jī)組累計(jì)運(yùn)行101557.4h，監(jiān)督段最大蠕變變形為0.908%，需對主蒸汽管道作壽命評估。G1.1收集資料按導(dǎo)則正文4.2.1條收集機(jī)組或部件設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行資料。G1.2部件現(xiàn)狀檢查按導(dǎo)則正文4.2.2條進(jìn)行主蒸汽管道現(xiàn)狀檢查。G1.3壁厚校核按下式計(jì)算管道的理論壁厚：(G1)式中： pjs——計(jì)算壓力，MPa(表壓)(p=9.8MPa)；Dw——管子外徑，mm(Dw=273mm)；n——縱焊縫減弱系數(shù)(對無縫鋼管取1)；［σ］——材料的許用應(yīng)用，MPa(按標(biāo)準(zhǔn)取54.6MPa)。由式(G1)計(jì)算的SL=22.5mm。管道需要的最小壁厚Smin=SL+C。C為考慮管道的腐蝕減薄與鋼管的下偏差負(fù)值之和，對在役管道，只考慮腐蝕減薄量，一般取0.5mm，故：Smin=22.5+0.5=23.0(mm)實(shí)測管子的最小壁厚為19.5mm，小于計(jì)算的最小壁厚(23.0mm)，故該主蒸汽管道不滿足壁厚要求。G1.4對監(jiān)督段割管取樣進(jìn)行力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)檢查G1.4.1微觀結(jié)構(gòu)分析微觀分析表明，管道的金相組織為粒狀貝氏體+鐵素體，晶界碳化物呈串鏈狀，數(shù)量較多。有些晶界上存在單個蠕變孔洞(1～2μm)，管子表面有1～2個晶粒深的沿晶裂紋。說明該管道材料已出現(xiàn)明顯的蠕變損傷。另外，鋼中Cr、Mo元素有16.42%和73.06%已進(jìn)入碳化物中，碳化物相以M23C6和M6C為主，這標(biāo)志著管道材料的老化程度已較嚴(yán)重。G1.4.2蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)對割管材料在540℃和560℃下分別進(jìn)行蠕變斷裂試驗(yàn)，用最小二乘法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到540℃下的持久強(qiáng)度計(jì)算公式為：σ=246.7(tr)-0.10832(G2)式中：σ——應(yīng)力，MPa；tr——斷裂時間，h。G1.5應(yīng)力分析管系結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析表明，管系危險截面在鍋爐蒸汽出口的水平段處(即監(jiān)督段部位)，其內(nèi)壓折算應(yīng)力σzs為(G3)式中：S——測定的最小壁厚(19.5mm，已考慮了腐蝕減薄量)；η——基本許用應(yīng)力修正系數(shù)(對無縫管取1)。G1.6剩余壽命估算G1.6.1通常，按持久強(qiáng)度外推法估算管道壽命。按持久強(qiáng)度外推法估算管道壽命時，安全系數(shù)n=1.5，但研究表明n可以降低至1.3～1.4，繼續(xù)服役的最小安全裕度可取1.2。由此估算得該管道在不同安全系數(shù)下的剩余壽命分別為n=1.5時tr=6353hn=1.3時tr=23807hn=1.2時tr=49852hG1.6.2由微觀組織來看，晶界出現(xiàn)蠕變孔洞，碳化物呈串鏈狀，已有73.06%的Mo已進(jìn)入碳化物中，故材料的蠕變老化損傷嚴(yán)重。G2帶缺陷汽包的安全性評定與剩余壽命估算經(jīng)對汽包焊縫進(jìn)行探傷發(fā)現(xiàn)有不少超標(biāo)缺陷(如裂紋、夾雜、氣孔等)時，需要采用斷裂力學(xué)方法對缺陷進(jìn)行安全性評定。DL440—91《在役電站鍋爐汽包的檢驗(yàn)、評定及處理規(guī)程》中推薦首先進(jìn)行評定，當(dāng)評定為不可接受的缺陷時，再進(jìn)行挖補(bǔ)處理。汽包的缺陷評定可參照《CVDA—1984壓力容器缺陷評定規(guī)范》進(jìn)行，評定程序見正文圖2。某電廠有一臺型號為DG—300/100—4鍋爐，汽包工作壓力為11.27MPa，溫度320℃。汽包材料為19Mn5，內(nèi)徑1600mm，壁厚90mm，由4個筒節(jié)和兩個封頭拼焊而成。該臺爐1976年投運(yùn)，1990年7月檢修期間，對汽包縱、環(huán)焊縫進(jìn)行了超聲波探傷，共發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷442個，最嚴(yán)重缺陷在縱3焊縫的熔合線處。該缺陷性質(zhì)定為裂紋，長100mm，自身高度為1