低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则(DOC)
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中华人民共和国国家发展和改革委员会公告
2005年第45 号
根据《标准化法实施条例》的规定,我委组织对已实施5年以上的行业标准进行了复审,决定废止YB/T327-1963《耐火材料用铝土矿石分类及技术条件》等61项黑色冶金行业标准、DL/T 504-1992《电力工程规划设计任务来源代码》等39项电力行业标准、YS/T 14-1991《异质外延层和硅多晶层厚度测量方法》等项等46项有色金属行业标准、SY/T 5020-1997《钻井泵用锥柱螺纹》等16项石油天然气行业标准、MT377—1995《电雷管用绝缘电线》等8项煤炭行业标准、XB/T 101-1995《高稀土铁矿石》等11项稀土行业标准(具体标准编号及名称见附件),现予公布,自公布之日起生效。
中华人民共和国国家发展和改革委员会
二OO五年七月二十六日
附件:
废止181项黑色冶金、电力、有色金属、煤炭、石油天然气、
稀土行业标准编号及名称。
金属蠕变试验程序1 范围1.1 本程序适用于外贸产品用金属材料在恒定拉伸负荷及一定温度下测定作为时间函数的变形量的测量方法(蠕变试验)。
本程序也包括对试验设备的基本要求。
2 参考资料2.1 ASTM标准:E4 试验机的校准方法E6 力学试验方法相关术语标准定义E83 引伸计的校验和分级标准方法E139金属材料的蠕变、蠕变—断裂和持久强度试验的推荐标准试验方法E1012 试样在拉伸载荷下校正同轴度的方法2.2 其它标准:GB/T 2039 金属拉伸蠕变及持久试验方3 术语3.1 定义在ASTM E6定义的第E节中给出与蠕变试验相关的定义和术语。
与力学性能试验方法相关的术语,适用于本程序中使用的术语。
仅用于本程序的特定术语,按下面规定的意义使用。
3.2 术语3.2.1 轴向应变-指离试样轴线等距离处在两相对侧面测量的变形平均值。
3.2.2 弯曲应变-是试样表面应变与轴向应变之差。
通常它围绕着沿试样平行距部分而逐点发生改变。
3.2.2.1 最大弯曲应变-是试样平行距部分内弯曲应变的最大值。
它可根据在两个不同纵向位置从三个圆周部位测出的应变值计算出来。
3.2.3 蠕变-指在施加一个保持恒定的负荷以后发生的与时间有关的应变。
3.2.4 蠕变试验的目的:在通常低于试验期间引起断裂的应力下测量所产生的蠕变和蠕变速度,因为最大的变形量只有百分之几,因此需要灵敏的引伸计。
4 设备4.1 试验机4.1.1 试验机的准确度应在ASTM E4“试验机的校准方法”中规定的允许范围内,并按照周期要求每年进行一次检定。
4.1.2 应注意保证负荷尽可能沿轴线施加于试样上。
要得到完全的轴向对中是困难的,特别是当拉杆和引伸杆穿过炉子端部填料的情况下,但是,试验机和夹具应能对精确加工的试样加荷,从而使最大弯曲应变不超过轴向应变的10%,这是根据试验机所检定的最低负荷和零负荷时的应变读数计算的。
注1——这一要求是为了限制试验设备引起试验期间发生过大的弯曲。
金属材料传导蠕变、蠕变断裂和应力断裂的标准试验方法1、适用范围1.1、本标准适用于在恒定温度和恒定拉伸载荷下,测量材料由时间函数决定的变形量(蠕变试验)和加载后的断裂时间(断裂试验)。
同时还规定了对试验设备的基本要求。
需要参考产品的规范,来确定试验的数量和最长试验时间。
1.2、本标准列出了各试验报告中必须包括的内容。
这是为了确保相关感兴趣的组织都能获得这些有用且容易获得的信息。
由于以下原因,报告必须认真对待:(1)采用不同的试验方法获得的试验结果并不相同,因此必须具体说明使用了那种试验方法;(2)实验报告中缺少详细信息往往会妨碍后续研究中重要试验变量的确定;(3)由于持久试验的时间很长,一般很少重复试验,并且很难保证一些变量始终保持在推荐范围以内。
一份详细的报告,并不需要包括所有不在控制精度范围内的试验数据1.3、本标准不包括缺口试样的试验,这些试验在E292中有详细规定1.4、本标准不包括短时试验,短时试验在E21中有详细规定。
1.5、本标准中所有单位都采用国际单位。
1.6、本标准不对所有的安全问题负责,使用本标准的用户有责任建立必要的安全保障并根据需要,对标准的适用范围限制进行调整。
2、引用标准2.1、ASTM标准:E4测试仪的负荷校准E6机械试验方法的有关术语E8金属材料的拉伸试验方法E21金属材料的高温抗拉试验方法E29使用试验数据中重要数字以确定对规范的适应性E74检验试验机力示值用测力仪的校准E83伸长仪的检验和分类E177ASTM试验方法中精密度和偏倚术语的使用E220用比较技术校准热电偶的标准试验方法E292材料断裂时间的凹口张力试验E633空气中1800°F(1000°C)作蠕变和应力断裂试验使用热电偶的规则E1012在拉伸负载下试样调直的验证2.2、军事标准MIL-STD-120量规检验3、术语3.1、定义:E6部分的术语与蠕变试验相关的术语的定义应该适用于实践。
低合金高强度结构钢1、范围适用于一般结构和工程用低合金高强度结构钢钢板、钢带、型钢、钢棒等。
2、相关标准2.1 产品标准GB/T 706 热轧型钢GB/T 11263 热轧H型钢及部分T型钢GB/T 714 桥梁用结构钢GB/T 19879 建筑结构用钢板GB/T 6725 冷弯型钢2.2 通用标准YB/T 081 冶金技术标准的数值修约与检测数据的判定原则GB/T 5313 厚度方向性能钢板GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法GB/T 232 金属材料室温弯曲试验方法GB/T 1791 低合金高强度结构钢GB/T 2975 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样的制备3、取样方法3.1 钢材各项检验的检验项目、取样数量、取样方法、和试验方法应符合表1的规定。
表1 型钢拉伸、弯曲试验取样数量、取样方法及试验方法表1 钢材检验项目、取样数量、取样方法、和试验方法3.2 型钢取样方法3.2.1 按图1在型钢腿部切取拉伸、弯曲和冲击样坯。
如型钢尺寸不能满足要求,可将取样位置向中部位移。
应在钢产品表面切取弯曲样坯,弯曲试样应至少保留一个表面,当机加工和试验机能力允许时,应制备全截面或全厚度弯曲试样。
注1 对于腿部有斜度的型钢,可在腰部1/4处取样(见图1b和d),经协商也可从腿部取样进行机加工2 对于腿部长度不相等的角钢,可从任一腿部取样。
3.2.2 对于腿部厚度不大于50mm的型钢,当机加工和试验机能力允许时,应按图2a切取拉伸样坯;当切取圆形横截面拉伸样坯时,按图2b规定。
对于腿部厚度大于50mm的型钢,当切取圆形横截面样坯时,按图2c规定。
图1 型钢取样位置图2 在型钢腿部厚度位置切取拉伸样坯的位置3.1钢板取样方法3.2.1 应在钢板宽度1/4处切取拉伸,如图3所示。
3.2.2 对于纵轧钢板,当产品标准没有规定取样方向时,如钢板宽度不足,样坯中心可以内移。
3.2.3 应按图A10在钢板厚度方向切取拉伸样坯。
低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则DL_T551-94低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则DL/T 551—94The Technical Guidelines for the Creep Cavity Inspectionof Low Alloy Heat Resistant Steels中华人民共和国电力工业部1994-08-03批准1994-12-01实施1 主题内容与适用范畴1.1 本导则规定了低合金耐热钢蠕变孔洞检验的试样制备、复膜方法、孔洞识别以及孔洞定量参数的测定等检验技术工艺。
1.2 本导则适用于火力发电厂经长期运行后的低合金耐热钢高温蒸汽管道、管件、集箱等采纳金相显微镜的蠕变损害检验,如15Mo、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、2.25Cr-1Mo等钢种,9%Cr、12%Cr及奥氏体不锈钢的蠕变损害检验,可参照使用。
1.3 检验蠕变孔洞的目的在于测定钢中蠕变损害程度,并为推测管道、管件和集箱等高温部件的剩余寿命提供依据。
2 技术术语2.1 蠕变损害金属部件在一定的温度和连续应力作用下产生缓慢的蠕变变形,由此导致金属材料微观组织和宏观组织上的不连续性,例如蠕变孔洞和蠕变裂纹等,以及蠕变强度下降的现象。
2.2 单个蠕变孔洞个别或少量晶界上的孔洞,要紧分布在与主应力垂直的晶界上。
2.3 方向性蠕变孔洞优先分布在与主应力垂直的晶界上,数量较多但未成链串状。
2.4 链状蠕变孔洞孔洞在晶界上呈链状。
2.5 微观蠕变裂纹1个或几个晶粒长的晶间裂纹。
2.6 蠕变孔洞参数蠕变孔洞的计量参量,如孔洞平均直径dcp、孔洞面积率f和孔洞密度ρcp等。
2.7 金相覆膜金相样品表面经浸蚀产生表面浮雕,并以塑性物质膜印复制,再用于观看的一种间接样品。
3 检验部位的选择3.1 按照管道及管件金属的蠕变损害分布规律,检验部位应选在部件应力集中区域或应力较大区域,如弯管外弧外表面、蒸汽阀门阀壳变截面处、变径管的过渡区、三通肩部和腹部、管系应力危险点及几何尺寸不连续处。
金属材料蠕变性能及其检测方法就金属力学性能而言,大家平时接触最多的是常温下的单向拉伸试验,得到的是我们熟悉的应力-应变曲线。
但是在能源、化工、冶金、航空航天等领域,很多零部件必须长期在高温条件下服役,如电厂超超临界火电机组运行参数可达26.25MPa,600℃。
对于在此条件下服役的金属材料,如果仅以常温短时静载下的力学性能作为设计选材依据显然是不够的,因为在高温服役环境下材料的力学性能会发生显著变化。
材料在工作应力小于该工作温度下材料的屈服强度的情况下,在长期服役过程中也会发生缓慢而连续的塑性变形(即蠕变现象)。
小时候家里通常会用一种灯丝灯泡,就是图1所示的这种。
这种灯泡在长时间燃点之后,往往会发现有些灯泡的灯丝有弯曲下垂现象,这其实就是灯丝长时间处于高温环境、在自重作用下的一种蠕变现象。
一、什么是蠕变高温下金属力学行为的一个重要特点就是产生蠕变。
所谓蠕变,就是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地发生塑性变形的现象。
[1]严格来说,蠕变可以发生在任何温度,所谓的温度“高”或“低”是一个相对概念,是相对于金属熔点而言的,故采用“约比温度(T/Tm )”(T 为试验温度, Tm 为金属熔点,采用热力学温度表示)来表示更合理。
通常,当T/Tm >0.3时,蠕变现象才会比较显著,如通常碳钢超过300℃、合金钢超过400℃出现蠕变效应。
说到蠕变机理,金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散等机理进行的。
[1]可以简化理解成高温环境为金属材料提供了额外的热激活能,使得位错、空位等缺陷更活跃,更容易克服障碍;在长期应力作用下缺陷的移动具有一定方向性,使得变形不断产生,发生蠕变。
当缺陷累计到一定程度,在晶粒交会处或者晶界上第二相质点等薄弱位置附近形成空洞,萌生裂纹并逐渐扩展,最终导致蠕变断裂。
想要很好的认识蠕变现象,还要从典型蠕变曲线开始说起。
与我们平时熟悉的材料应力-应变曲线相比,金属的蠕变还需要考虑温度和时间两个因素。
中华人民共和国电力行业标准DL/T551—94低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则The Technical Guidelines for the Creep Cavity Inspectionof Low Alloy Heat Resistant Steels中华人民共和国电力工业部1994-08-03批准1994-12-01实施1主题内容与适用范围1.1本导则规定了低合金耐热钢蠕变孔洞检验的试样制备、复膜方法、孔洞识别以及孔洞定量参数的测定等检验技术工艺。
1.2本导则适用于火力发电厂经长期运行后的低合金耐热钢高温蒸汽管道、管件、集箱等采用金相显微镜的蠕变损伤检验,如15Mo、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、2.25Cr-1Mo等钢种,9%Cr、12%Cr及奥氏体不锈钢的蠕变损伤检验,可参照使用。
1.3检验蠕变孔洞的目的在于测定钢中蠕变损伤程度,并为预测管道、管件和集箱等高温部件的剩余寿命提供依据。
2技术术语2.1蠕变损伤金属部件在一定的温度和持续应力作用下产生缓慢的蠕变变形,由此导致金属材料微观组织和宏观组织上的不连续性,例如蠕变孔洞和蠕变裂纹等,以及蠕变强度下降的现象。
2.2单个蠕变孔洞个别或少量晶界上的孔洞,主要分布在与主应力垂直的晶界上。
2.3方向性蠕变孔洞优先分布在与主应力垂直的晶界上,数量较多但未成链串状。
2.4链状蠕变孔洞孔洞在晶界上呈链状。
2.5微观蠕变裂纹1个或几个晶粒长的晶间裂纹。
2.6蠕变孔洞参数蠕变孔洞的计量参量,如孔洞平均直径d cp、孔洞面积率f和孔洞密度ρcp等。
2.7金相覆膜金相样品表面经浸蚀产生表面浮雕,并以塑性物质膜印复制,再用于观察的一种间接样品。
3检验部位的选择3.1根据管道及管件金属的蠕变损伤分布规律,检验部位应选在部件应力集中区域或应力较大区域,如弯管外弧外表面、蒸汽阀门阀壳变截面处、变径管的过渡区、三通肩部和腹部、管系应力危险点及几何尺寸不连续处。
3.2金属组织变化区域,如焊缝熔化金属区域和热影响区。
3.3运行时经常超温的部位。
4试样制备4.1粗磨4.1.1用砂轮机磨出供金相检验用的小平整面,打磨深度原则上以去除氧化脱碳层为准。
4.1.2用磨光机或其他工具打磨出约20mm×30mm的光面区,有的部位因位置限制或尺寸限制可适当减小。
4.2精磨4.2.1采用金相精磨机或手工磨制,亦可采用取得同样效果的其他类似方法进行。
4.2.2精磨程度:砂纸粒度由粗到细,每道砂纸的打磨方向换30°~90°,以前道砂纸磨痕全部消失为准。
4.3初浸蚀4.3.1浸蚀液为4%的硝酸酒精溶液。
4.3.2浸蚀时间约10s。
4.3.3清洗。
4.4抛光与浸蚀4.4.1基本方法4.4.1.1采用抛光-浸蚀交替重复进行,以抛光-浸蚀为1次,共需进行4次。
4.4.1.2抛光方法有机械抛光和化学抛光。
4.4.1.3抛光后浸蚀剂为2%硝酸酒精溶液。
前3次浸蚀时间每次约10s,最后1次浸蚀时间约30s。
4.4.1.4在抛光浸蚀中,除采用2%硝酸酒精外,尚可采用2%硝酸酒精+4%盐酸酒精溶液混合液。
4.4.2机械抛光浸蚀工艺4.4.2.1可用任何一种机械抛光方法,如用中厚绒布加抛光膏或抛光粉进行抛光。
4.4.2.2机械抛光-浸蚀方法a.用6μm膏剂(或抛光粉)进行抛光2~3min,然后用2%硝酸酒精浸蚀;b.用3μm膏剂在中厚绒布上进行抛光,抛光时间是a的2倍,然后用2%硝酸酒精浸蚀,重复3次。
4.4.3化学抛光-浸蚀工艺4.4.3.1抛光液配方:蒸馏水100mL,双氧水(30%)40mL、草酸(A·R)1)2.5~3.0g,氢氟酸(A·R)3~3.5mL。
配制程序:蒸馏水+草酸搅拌+双氧水搅拌+氢氟酸搅拌。
注:1)A·R指分析纯。
4.4.3.2化学抛光-浸蚀程序a.采用塑料制抛光液瓶,边滴溶液边擦拭,擦拭次数为30~60次/min为宜;b.第1~3次抛光时间每次约60s,浸蚀时间每次约10s;c.第4次抛光时间约60s,浸蚀时间约30s;d.第4次抛光后的清洗→浸蚀→清洗→吹干程序动作要迅速,抛光面上不得出现银白色灰雾区。
4.4.3.3抛光和浸蚀时间可视部件温度高低适当调整。
5金相覆膜5.1覆膜材料5.1.1用厚度为0.5~1mm的无色或深色有机玻璃片作为覆膜片,溶剂为三氯甲烷 (A·R) 。
5.1.2用厚度约为80μm醋酸纤维纸作为覆膜片,溶液为丙酮(A·R)。
5.2覆膜制作5.2.1覆膜片与金相检查面间充以溶剂,对有机玻璃片溶解3~4s后稍加压力,加压时间为2~3min。
5.2.2干燥时间应根据覆膜材料和工件温度的高低决定,对有机玻璃片在正常温度下干燥时间一般不少于2h。
5.2.3待溶剂干燥后小心将覆膜取下。
5.3覆膜观察可直接或喷镀后在光学显微镜下观察蠕变孔洞,并测定其参数。
6蠕变孔洞的识别6.1受检试样应能正确清晰地显示蠕变孔洞,实物试样上需能发现最小尺寸为0.5μm的孔洞,覆膜上则为1μm。
6.2蠕变孔洞识别原则6.2.1晶界是优先生成蠕变孔洞的部位,晶界上析出的碳化物和其他杂质都能促进蠕变孔洞的形成。
6.2.2蠕变孔洞多发生在与最大主应力轴垂直或成一定角度的晶界上。
6.2.3蠕变孔洞外形轮廓圆滑,多呈圆形或椭圆形。
6.2.4蠕变孔洞黑度大,一般内部无任何细节显示。
6.3注意在形态和分布上来区别蠕变孔洞与夹杂物、碳化物和石墨等脱落所形成的孔洞及抛光所形成的孔洞。
夹杂物、碳化物脱落孔洞及抛光形成的孔洞与最大主应力方向无关且呈无规律分布。
7蠕变孔洞定量参数测定7.1测定方法和技术要求7.1.1可采用金相显微镜或图相仪测定。
7.1.2孔洞分析测量可使用金相显微镜载物台上的测微计,对所选择的测定区进行平移扫描测量。
7.1.3测定时采用的金相显微镜放大倍数为400倍。
7.2蠕变孔洞参数的测定计算7.2.1孔洞平均直径d cp(μm)为多个孔洞直径的平均值。
所测孔洞数应不少于50个。
对椭圆形孔洞以长短轴的平均值作为孔洞直径的近似值。
7.2.2孔洞面积率f(%)7.2.2.1采用网格计点法,按下式计算(1)式中:P i——网格交点落在孔洞上的点数;P r——测量网格交点总数。
需测60次,取平均值。
7.2.2.2采用面积法测量,按下式计算(2)式中:S c——孔洞在该视域中所占的面积;S r——该视域的总面积。
用图相仪测定,至少10次以上,取平均值。
7.2.3孔洞密度ρcp(mm-2)按下式计算(3)式中:S r——测量视域面积;n——视域面积内孔洞数。
测6次,取平均值。
7.3由金相覆膜上测得的蠕变孔洞参数可能与实际工件上测得的蠕变孔洞参数有如下偏差:a.覆膜上测得的孔洞面积率f数值比实际工件上的f约小20%。
b.覆膜上测得的孔洞平均直径数值d cp比实际工件上的d cp约小5%~15%,且孔洞直径愈大,其偏差愈大。
7.4蠕变损伤评级可按单个蠕变孔洞、方向性蠕变孔洞、链状蠕变孔洞、微观蠕变裂纹和宏观蠕变裂纹等级别评定。
________________附加说明:本导则由中华人民共和国电力工业部提出。
本导则由电力工业部部电站金属材料标准化技术委员会归口。
本导则由甘肃省电力试验研究所、武汉水利电力大学、电力工业部热工研究院负责起草。
本导则主要起草人员:唐齐德、梁焕文、吴非文。
低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则DL/T551—94编写说明1编写目的近年来,火电厂高温部件寿命管理和寿命预测有了深入的发展,使金属监督对保证火电厂安全运行有了进一步的主动性。
对于诸如主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、导汽管及其管件、过热器管、再热器管及其集箱等关键高温部件有多种蠕变寿命预测方法,国外较普遍使用的一种方法是检查蠕变孔洞的方法。
该方法认为,上述高温部件的蠕变损伤是蠕变孔洞萌生和发展的机制,其原理是将蠕变孔洞发展的各阶段与金属的蠕变曲线对应起来,从而可间接决定上述高温部件的剩余蠕变寿命。
这个方法的优点是:①以无损的金相检验方法检查蠕变损伤,易于在电厂进行。
②检验点可以很多,可作普遍检查,不受取样的限制。
③可以发现局部部位因应力过高而造成的蠕变损伤,对工件中存在的局部蠕变损伤检查十分有利。
但是,蠕变孔洞检验存在两点较大的困难:①如何制备合格的试样,准确地显示蠕变孔洞;②如何把蠕变孔洞与夹杂物、碳化物脱落以及抛光等工艺中所造成的空洞区别开来。
为此,编写此工艺导则的目的在于制定一个规范化的工艺制度,以保证蠕变孔洞能得到正确的显示。
另外,导则中也提出了识别蠕变孔洞的原则。
这个工艺导则的编制是在几个起草单位的科学试验后提出的,并综合有关电力试验研究所、电厂、电力修造厂、电力建设研究所和电力工业部热工研究院等有关专业同志的意见后修改而成。
本工艺导则的作用不仅使火力发电厂高温部件的蠕变孔洞检验工艺操作规范化、统一化和科学化,而且也可使电力系统各单位所进行的蠕变孔洞检验结果及本单位历次检验结果有可比性。
此工艺导则适用的对象是低合金耐热钢,即目前火力发电厂中最普遍用于主蒸汽管道、过热器管及集箱等高温蒸汽管道及管子的钢材,对9%Cr钢和12%Cr钢及奥氏体不锈钢可参照使用。
2关于一些具体条款的说明(1)第3章检验部位的选择选择的原则是火力发电厂高温部件的温度最高处、高应力区及应力集中处,在这些部位,由于应力和温度较高,会造成较大的蠕变变形和过早的蠕变损伤和破坏。
另外,焊缝区域和热影响区也作为优先选择的检验部位而列入导则中,因为这些部位金属组织与母材有较大的区别,是一个薄弱环节。
(2)第4章试样制备导则中采取4次抛光-浸蚀的反复制样方法,目的在于获得正确的蠕变孔洞显示。
在抛光时,会产生两种现象:一是孔洞被变形层金属盖住而显示不出,二是大量出现虚假的空洞。
采用有限次数的反复抛光和浸蚀,可以去掉变形层的覆盖,同时也不致扩大空洞和出现虚假孔洞。
抛光工艺中并列了化学抛光工艺和机械抛光工艺,这是因为正确地执行这两种工艺中的任一种均可达到目的,但为了不产生抛光变形层及抛光孔洞,我们建议用化学抛光工艺较好。
另外,化学抛光也可使碳化物粒子脱落的机会减少,可以更有效地减少虚假孔洞的产生。
(3)第6章蠕变孔洞的识别这是一个极为重要的条款,导则中列举的识别原则是根据晶间蠕变孔洞生成机制和对孔洞的观察经验而制定的,主要的原则是:1)火电厂大部分高温部件由于其运行温度和应力水平与相应钢的R型蠕变机制的温度和应力范围相吻合,因而蠕变孔洞一定产生于晶界上,而不会在晶内。
个别由于应力较大而产生的W型蠕变由于在三晶界交界处生成楔形裂纹,其特征明确,很易识别。
2)蠕变孔洞优先产生于与外加应力相垂直的晶界上,其次才在与外加应力有一定角度的晶界上产生。