dlt654-2006火电机组寿命评估技术导则（送审稿） 47页

'DL/T—20062006--实施2006--发布中华人民共和国国家发展和改革委员会发布火电机组寿命评估技术导则Thetechnicalguideforthelifeassessmentofunitsinfossil-fuelpowerplantDL/T654—2006中华人民共和国电力行业标准ICSXX.XXXFXX备案号：XXXX-2006II DL/T—2006目次前言II1范围12规范性引用文件13技术术语24机组进行寿命评估的条件25机组寿命评估所需资料36机组部件寿命评估步骤及程序87蒸汽管道及高温联箱的寿命评估技术108锅炉汽包、汽水分离器的低周疲劳寿命估算129汽轮机高压转子、再热机组的中压转子的低周疲劳寿命估算1310承受疲劳－蠕变交互作用部件寿命的评估1311锅炉高温过热器、再热器蠕变寿命估算1312带缺陷汽包、汽水分离器及低温联箱的安全性评定与剩余寿命估算1413带缺陷汽轮机、汽轮发电机转子大轴的安全性评定与剩余寿命估算1414寿命评估报告17附录A(资料性附录)几种低合金耐热钢的k、m值18附录B(资料性附录)电站常用材料的低周疲劳参数和低周疲劳寿命曲线21附录C(资料性附录)用于缺陷评定的超深波探伤记录表28附录D(资料性附录)电站常用材料的断裂韧性30附录E(资料性附录)电站常用材料的疲劳裂纹扩展速率da/dN33附录F（资料性附录）关键部件寿命评估举例35II DL/T—2006前言本标准是根据中国电力企业联合会部门文件标综[2004]9号文关于转发国家发该委2004年电力行业标准项目计划的通知安排而制定的。火电机组的安全运行一直是电厂生产中最为关注的问题，不但涉及安全，而且与机组的经济性密切相关，随着调峰机组的增加和超临界、超超临界机组的发展，在更为苛刻条件下服役的机组的运行安全性和重要部件的寿命问题日益突出，而开展机组的状态检修则必须以高温关键部件状态评估和寿命评估为基础，故世界工业发达国家在火电机组的寿命评估方面开展了广泛深入的研究，制订了一些相应的标准规程。我国目前超过30年以上役龄的老旧机组除少量作退役报废处理外，大部分仍在继续运行，而调峰机组和超临界、超超临界机组的迅猛发展，以及机组的状态检修的开展，使机组运行的风险日益突出。因此，火电机组进行寿命评估，是保证机组安全运行的重要措施。本标准依据我国电站金属材料工作者几十年来积累的对机组寿命评估的经验，参照国外有关火电机组部件寿命评估方法和有关标准，提出了我国火电机组寿命评估的基本步骤、常用的评估方法，为火电机组的安全运行提供技术上的依据。本标准主要针对在役机组的关键部件，如蒸汽管道、锅炉汽包及压力容器、汽轮机和发电机转子等的安全运行寿命进行评估，同时也提出了对锅炉受热面管子的寿命评估方法。对于新建机组，应注意关键部件的设计、制造、监造、安装、运行、检修及改造等技术资料的收集保存，以便为以后的寿命评估提供完整的资料和可靠的依据。本标准附录A、附录B、附录C、附录D、附录E和附录F是资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由电力行业电站金属标准化技术委员会归口并解释。本标准起草单位：西安热工研究院有限公司。本标准主要起草人：李益民贾建民史志刚姚兵印。II DL/T—20061范围本导则规定了火力发电厂超期服役机组热力部件要进行寿命评估的基本原则，提出了寿命评估的基本步骤，推荐了常用的寿命评估方法，并给出若干关键部件寿命评估实例。本导则适用于火力发电厂50MW（含50MW）以上机组的热力机械部件，50MW以下的超期服役机组应按国家有关能源政策处理，但如仍要使用，亦应进行寿命评估。企业自备电站、地方电站的火电机组可参照执行。2规范性引用文件下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方，应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB2038——91金属材料延性断裂韧度JⅠc试验方法GB/T2039——1997金属拉伸蠕变及持久试验方法GB2358——94裂纹张开位移（COD）试验方法GB4161——84金属材料平面应变断裂韧度试验方法GB6398——86金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法GB6399——86金属材料轴向等辐低循环疲劳试验方法GB9222——88水管等炉受压元件强度计算GB/T19624—2004在用含缺陷压力容器安全评定DL438——2000火力发电厂金属技术监督规程DL439——91火力发电厂高温紧固件技术导则DL/T440——2004在役电站锅炉汽包的检验及评定规程DL/T441——2004火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督导则DL505——1992汽轮机焊接转子超声波探伤规程DL/T616——1997火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则DL/T652——1998金相复型技术工艺导则DL/T674——1999火电厂用20号钢珠光体球化评级标准DL/T694——1999高温紧固螺栓超声波检验技术导则DL/T714——2000汽轮机叶片超声波检验技术导则DL/T717——2000汽轮发电机组转子中心孔检验技术导则DL/T773——2001火电厂12Cr1MoV钢球化评级标准DL/T785——2001火力发电厂中温中压管道（件）安全技术条件DL/T786——2001碳钢石墨化检验及评级标准DL/T787——2001火力发电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准DL/T818——2002低合金耐热钢碳化物相分析技术导则DL/T882——2004火力发电厂金属专业名词术语DL/T930——2004整锻式汽轮机实心转子体超声波检验技术导则43 DL/T—2006DL/T939——2005火力发电厂锅炉受热面管监督检验技术导则DL/T940——2005火力发电厂蒸汽管道寿命评估技术导则JB/T1581-1996汽轮机、汽轮发电机转子和主轴锻件超声波探伤方法JB4730——1998承压设备无损检验JB／T10326——在役发电机护环超声波检验技术标准ASME——86锅炉和压力容器规范，规范实例N—47，高温工作条件下的I类部件ASME——89锅炉和压力容器规范，第2卷第8章（SectionVIII，Division2）TRD300——92蒸汽锅炉强度计算TRD301——92承受内压的圆筒TRD508——92按持久强度值计算的构件的补充检验1技术术语本标准采用下列技术术语1.1基本负荷机组承担电网中的基本负荷，年超行小时超过5000h的机组。1.2调峰机组承担电网调峰负荷的机组，可为原设计的调峰机组，也可是由基本负荷机组改为调峰运行的机组，通常又分为中间负荷机组与尖峰负荷机组。1.3机组寿命机组寿命有设计寿命、安全运行寿命和经济寿命，本导则中所指机组寿命为安全运行寿命。1.4超期服役机组运行时间超过20万（含20万h）以上的带基本负荷的机组或超过设计的疲劳循环次数的调峰机组。1.5低温联箱低温连箱指水冷壁、省煤器等服役温度不超过400℃的联箱。1.6以下术语名词见DL/T882－2004关键部件一般部件或称有影响的部件断裂力学疲劳低周疲劳蠕变持久强度2机组进行寿命评估的条件4.1机组进行寿命评估的条件根据其历史的运行情况和现状以及在电网中的地位，经技术、经济比较分析后确定。4.2对机组及关键性部件，根据其运行历程和现状检查结果，有下列情况之一时应进行寿命评估。a）时已运行20万h（含20万h）以上的带基本负荷的机组。43 DL/T—2006b)对于曾提高参数（相对于设计参数）运行的机组，其进行寿命评估的运行时间应适当提前。c)对于运行20万h的机组，若对其有关系统进行过改造，更换了一些一般性部件但未对关键部件进行更换，当继续运行时（包括移地使用）需根据实际情况进行寿命评估。d)对于设计的调峰机组，当超过设计（规定的起停）循环周次后，应对汽包、汽轮机转子，特别是高压转子进行低周疲劳寿命估算；对由基本负荷机组改为调峰运行的机组或频繁启动、参数波动较大的锅炉，应对高温联箱（≥450℃）进行蠕变－疲劳寿命估算。e）部件有裂纹或严重的超标缺陷时，首先应做消缺处理，若消缺难度大或不能及时消除时，不论其运行时间长短，均应用断裂力学的方法，进行安全性评估和剩余寿命评估。f）蒸汽管道寿命评估的条件见DL／T940－2005g)汽包、集箱的实测壁厚小于理论计算壁厚时，应进行壁厚强度校核。1机组寿命评估所需资料1.1了解掌握机组部件的主要失效机理（见表1）表1机组各部件的主要损伤机理部件名称损伤机理蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损其他关键性部件锅炉汽包汽水分离器√√√高温过热器集箱高温再热器集箱集汽集箱√√√√高温氧化水冷壁集箱省煤器入口集箱下降管√√主蒸汽管道高温再热蒸汽管道导汽管大口径三通√√√高温氧化汽轮机高、中压转子√√√高压汽缸√√√汽轮机低压转子汽轮发电机转子√√低压转子叶轮√护环√√√43 DL/T—2006表1（续）部件名称损伤机理蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损其他一般性部件过热器管再热器管√√√√√√高温氧化锅炉水冷壁管√√√√√锅炉省煤器管√√汽轮机末级叶片√√冲蚀阀门√√√螺栓√√√应力松弛除氧器√√√√高压加热器√√√√1.1机组设计、运行、检修资料为了对机组和部件进行寿命评估，必须收集机组和部件的设计、制造、安装、运行、历次检修及对关键部位的检验与测试记录、事故工况、更新改造等资料，尽可能全面、详细。其主要内容如下：a)部件设计资料：包括设计依据、部件材料及其力学性能、制造工艺、结构几何尺寸、强度计算书、管道系统设计资料等；b)部件出厂质量保证书、检验证书或记录等；c)机组安装资料，重要安装焊口的无损检查资料，主要缺陷的处理记录，主蒸汽管道安装的预拉紧记录等；d)机组投运时间，累计运行小时数；e)机组典型的负荷记录（或代表日负荷曲线），最大出力及调峰运行方式；f)机组热态、温态、冷态启、停次数及启、停参数，强迫停机和甩负荷、发电机短路次数、锅炉灭火次数等；g)机组事故史和事故分析报告；h)运行压力、温度典型记录，是否有过长时间的超设计参数（温度、压力等）运行；i)机组历年可靠性统计资料；j)维修与更换部件记录；k)历次检修检查记录、腐蚀状况检查和管子的支吊系统检查记录等；l)机组未来的运行计划。1.2机组的现状检查对确定要进行寿命评估的机组，首先应对机组的现状进行检查。关键性部件及一般性部件的检查项目及内容见表2。如果在评估前近期已对该机组作过检查或全面性的普查，则可视需要补充作一些有针对性检查43 DL/T—2006表2机组进行寿命评估前的现状检查部件名称检查项目及内容锅炉部件汽包汽水分离器内外部表面腐蚀、裂纹、划痕、沟槽等检查；筒体角变形、焊缝错边量和筒体圆度检查，筒体、封头壁厚测定；焊缝、母材的金相检验（按DL/T652－1998执行）与硬度测定；筒体纵、环焊缝UT，接管座角焊缝PT或MT、UT，筒体内壁开孔边缘PT（按JB4730－1998执行）。详细检测参照DL/T440－2004执行。高温过热器集箱集汽集箱高温再热器集箱外观检查；封头环焊缝UT，接管座角焊缝PT或MT、UT，（按JB4730－1998执行）；筒体、封头壁厚和孔桥间变形测量，筒体蠕胀测量（按DL/T441—2004执行）；微观金相组织检查（按DL/T652－1998执行）和硬度测定。水冷壁集箱外观检查；封头环焊缝UT，接管座角焊缝PT或MT、UT，（按JB4730－1998执行）；筒体、封头壁厚测量；硬度测量。导汽管外观检查；弯管外弧侧外表面PT或MT，内表面UT，管座对接焊缝UT（按JB4730－执行）；直管段、弯管外弧侧壁厚测量，弯管圆度测量；直管段和弯管微观金相组织检查（按DL/T652－1998执行）和硬度测定。主蒸汽管道高温再热蒸汽管道外观检查；焊缝（环焊缝或纵焊缝）UT；弯管（弯头）外弧侧外表面PT或MT，内表面UT；疏水管、仪表管管座PT或MT（按JB4730－1998执行）；直管段、弯管和焊缝微观金相组织检查（按DL/T652－1998执行）和硬度测定；直管段、弯管外弧侧壁厚测量，弯管（弯头）圆度测量；蠕胀测量（按DL/T441—2004执行）；支吊架系统检查（按DL/T616－XXXX执行）。43 DL/T—2006受热面管子管子表面氧化、腐蚀、磨损宏观检查；管子外径和向火侧壁厚测量；向火侧内壁氧化层厚度测量；割管进行拉伸、硬度和微观金相组织检查，对于T91类管子，应作透射电镜检查。汽轮机部件高、中压转子转子表面裂纹（特别是调节级凹槽及前轴封弹性槽）、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；中心孔和转子调节级凹槽及前轴封弹性槽无损探伤（按DL/T717－2000执行），对于焊接转子还应对焊缝进行无损探伤（按DL/T505－93执行）；转子体轴端面和调节级处轴颈及叶轮硬度测定，低压转子转子表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；转子体中心孔无损探伤（按DL/T717－2000执行），对于焊接转子还应对焊缝进行无损探伤（按DL/T505－93执行）。叶轮键槽处无损探伤，特别是低压转子末三级叶轮键槽；与叶根相连的部位外表面的UT、MT。叶片叶片外表面裂纹、侵蚀、点蚀坑检查；叶根UT，拉筋孔PT，低压转子末三级叶片边缘司太立合金镶焊焊缝UT或MT、PT（按DL/T714－2000执行）。汽缸内外壁缺陷及裂纹D宏观检查，必要时进行PT；轴颈部位缸体和调节级部位缸体硬度测定。螺栓螺栓外表面裂纹、咬蚀、碰伤等外观检查；螺纹根部的UT（按DL/T694－1999执行）；硬度和微观金相组织检查；详细的检测按DL439—91火力电厂高温紧固件技术导则执行除氧器水箱、除氧头内外部表面腐蚀、裂纹、划痕、沟槽等检查；水箱、除氧头纵、环焊缝UT，水箱加强圈、支撑焊缝PT（按JB4730－2000执行）；水箱、除氧头筒体和封头壁厚测量，筒体不圆度测量；支座状况检查。高压加热器壳体内外部表面腐蚀、裂纹、划痕、沟槽等检查；壳体环焊缝的UT或PT（按JB4730－2000执行）；壳体筒体和封头壁厚测量。43 DL/T—2006发电机转子转子表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；转子体中心孔及变截面处无损探伤（按DL/T717－2000执行）。硬度测定。护环表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；护环的UT（按JB/T10326－2000执行）；硬度测定。注：UT—超深波探伤；PT—表面滲透探伤；MT—表面磁粉探伤。1.1评估部件寿命时所需的材料性能数据a)材料性能及微观组织特征：进行部件寿命评估，根据其主要损伤机理，主要考虑表3所列的材料性能及微观组织特征。表3寿命评估时所需的材料性能部件名称材料性能无超标缺陷的部件带超标缺陷的部件汽包、汽水分离器力学性能：材料的拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度，低周疲劳特性。物理性能：强性模量，泊松比，线膨胀系数，比热容，热导率。力学性能：材料的拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度，断裂韧性，疲劳裂纹扩展速率。物理性能：强性模量，泊松比，线膨胀系数，比热容，热导率。主蒸汽管道高温再热蒸汽管道高温集箱力学性能：材料的拉伸、冲击性能，硬度，持久蠕变、低周疲劳性能或蠕变一疲劳交互作用特性。微观组织特征：取样或复型金相检查母材、焊缝材料的微观组织损伤、蠕变孔洞与裂纹等。物理性能：（同汽包）。力学性能：材料的拉伸、冲击性能，硬度，高温断裂韧性、裂纹扩展速率。微观组织特征：取样或复型金相检查母材、焊缝材料的微观组织、蠕变孔洞与裂纹等。物理性能：（同汽包）高温过热器管高温再热器管力学性能：材料的拉伸、硬度，持久蠕变、低周疲劳性能或蠕变一疲劳交互作用特性。微观组织特征：取样检查材料的微观组织损伤、蠕变孔洞与裂纹等。——汽轮机高、中压转子力学性能：材料力学性能：材料43 DL/T—2006拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度，低周疲劳、蠕变或蠕变-疲劳交互作用特性。物理性能：（同汽包）。拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度，断裂韧性，疲劳裂纹扩展速率。物理性能：（同汽包）。汽轮发电机转子汽轮机低压转子力学性能：材料拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度，低周疲劳；若为焊接转子，还应考虑焊缝的上述性能。力学性能：材料拉伸、冲击性能，硬度，脆性转变温度、断裂韧性，疲劳裂纹扩展速率。护环力学性能：室温拉伸、冲击性能，硬度。力学性能：室温拉伸、冲击性能，硬度，断裂韧性，应力腐蚀开裂门槛值，应力腐蚀裂纹扩展速率。b）材料性能数据的获得：在条件许可的情况下，应在部件服役条件最苛刻的部位取样进行相关的材料性能试验；若直接在部件上取样有困难，可选用与部件材料牌号相同、工艺相同的原材料进行试验（至少有一组试验应在与部件工作温度相同的温度下进行）；如在短时间内不能取得实际试验数据，可参考相同牌号材料已积累的数据的下限值。对于由试验获得的原始材料的性能，当用于部件寿命评估时，应考虑其性能在高温、应力作用下随时间的延长而劣化的情况和数据的分散度、小试样与部件的尺寸效应、频率效应等。1.1部件受力状态分析可采用以下方法确定部件危险部位的应力a)解析法。即有理论计算公式，例如管道、压力容器筒体焊缝处的内压应力。b)有限元素法。对于任何部件的任一部位，依据受力模型和边界条件，均可用有限元素法计算该部位的应力。c）经验公式计算。对于有的部件某些部位的应力，没有计算的理论公式，此时可参照有关经验公式确定该部位的应力。例如，DL/T940中确定管道弯头部位最大环向应力的经验公式。d)残余应力的确定。当在部件的缺陷评定中需确定评定部位的残余应力时，例如汽包下降管角焊缝部位，可依据有关试验研究资料经验的估算，也可用盲孔法进行试验应力测量。2机组部件寿命评估步骤及程序机组部件寿命评估的步骤采用三级评估法。a）Ⅰ级评估――基本评估；b）Ⅱ级评估――较精确评估。当Ⅰ级评估的部件寿命小于部件已运行的时间时进行Ⅱ级评估；c）Ⅲ级评估――精确评估。当Ⅱ级评估的部件寿命小于部件已运行的时间时进行Ⅲ级评估。2.1三个等级评估所需资料(见表4)表4三个等级评估所需资料Ⅰ级评估Ⅱ级评估Ⅲ级评估设计、制造和安装资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料电厂及制造厂资料43 DL/T—2006运行历程电厂记录电厂记录电厂记录事故、维修记录电厂记录电厂记录电厂记录温度和压力设计或实际运行值实际运行或测量值实际运行或测量值运行工况记录或额定检测详细检测部件几何尺寸设计制造资料测量测量是否取样否否是微观组织现场复型试验现场复型试验现场复型+实验室试验（不可取样的部件除外）材料特性查阅资料,取最低值查阅资料,取最低值试验测定,取最低值（不可取样的部件除外）1.1关键部件寿命评估程序图1和图2示出了关键部件寿命评估程序框图。对带超标缺陷的部件，其安全性评定主要考虑缺陷部位的安全性。收集机组、部件有关资料、数据机组、部件的现状检查部件受力分析部件材料性能的选取与获得由材料的微观状态评价材料的老化损伤应力解析法评定寿命由材料的微观状态评价材料的老化损伤综合分析、给出评估结果部件寿命损耗更换提出机组未来的运行监督措施寿命结束图1无超标缺陷部件寿命评定框图43 DL/T—2006收集机组、部件有关资料、数据机组、部件的现状检查部件材料性能的选取与获得无损探伤、确定缺陷的性质、几何特征及尺寸部件缺陷部位的受力分析缺陷简化计算当量裂纹尺寸a计算容许当量裂纹尺寸ama＜am降参数运行待修复或报废计处剩余寿命提出机组未来的监督运行措施a≥am图2带超标缺陷部件寿命评定框图1蒸汽管道及高温联箱的寿命评估技术1.1管道的内压应力和热应力计算见DL/T940－2005。1.2等温线外推法材料的恒温蠕变持久试验温度按部件的工作温度选取。在恒定的温度下，不同试样的加载应力与断裂时间可用（1）式描述（1）43 DL/T—2006式中：σ——试样的加载应力，MPa；tr——断裂时间，h；k、m——由试验确定的材料常数。当确定了部件的最大应力之后，即可按DL/T940－2005用等温线外推法估算蒸汽管道及高温联箱的寿命。蒸汽管道及高温联箱常用材料及不同状态下的k、m见附录A。1.1L—M参数法L—M参数是时间和温度二者相结合的参数，以P表示，有如下关系：(2)式中：tr——断裂时间，h；T——试验温度，K；C——材料常数。a)确定材料的L—M参数选部件工作温度及其附近3个温度（通常相差50℃），在每一温度下至少进行5个应力水平的拉伸持久试验。按（3）式对试验数据进行多元线性回归求解出C值（3）式中：C0、C1、C2、C3、C4—拟合系数。依据拟合出的公式，绘制材料的单对数坐标曲线。b）10CrMo910钢的L-M参数公式可由（4）式表示（4）式中：T——列氏温度，°R；（5）t—试验温度，℃。曲线见图3。c)12Cr1MoV钢的L-M参数公式可由（6）式表示（6）式中：T—热力学温度，K曲线见图4所示。d)依据按7.1确定的部件工作条件下的最大应力，由曲线上查得最大应力对应的参数；e)将获得的参数代入式（4）或式（6），即可获得部件在工作温度下的蠕变寿命，也可按式（3）拟合的系数，依据部件的工作温度和最大应力确定部件蠕变断裂寿命。f）P91、P92钢的L-M参数曲线见DL/T940－2005附录A。43 DL/T—2006图310CrMo910钢的曲线图412Cr1MoV钢的曲线1.1θ法见DL/T940－2005中附录B。1.2材料微观组织老化及蠕变孔洞的评定见DL/T940－2005中的5.4。2锅炉汽包、汽水分离器的低周疲劳寿命估算参照GB9222－88附录D对汽包进行低周疲劳寿命估算。2.1危险部位的应力应变分析对锅炉不同运行工况下汽包下降管部位的内压应力和热应力的计算按照GB9222－88附录D执行：计算工况：冷态启停热态启停温态启停变负荷运行若锅炉启停过程中仅有上述工况中的1项、2项或3项，则只计算其中的中的1项、2项或3项。2.2汽包的疲劳寿命曲线汽包的低周疲劳寿命曲线可用应力－循环周次或应变－循环周次表示。GB9222－88附录D中提供了汽包的疲劳寿命曲线，也可根据不同材料和不同强度级别的材料参照附录B中的曲线执行。2.3汽包的低周疲劳寿命评估根据对锅炉不同运行工况下汽包下降管部位的交变应力范围及应力幅值、汽包材料的疲劳寿命曲线，利用累积损伤安全准则式（7）估算汽包疲劳寿命损耗。43 DL/T—2006（7）式中ni、Nfi——分别为i工况下汽包的运行循环周次和疲劳失效循环周次。当D≤1时，汽包的疲劳寿命结束。1汽轮机高压转子、再热机组的中压转子的低周疲劳寿命估算1.1危险部位的应力应变分析对机组不同运行工况下汽轮机高压转子、再热机组的中压转子调速级附近区段的离心应力和热应力进行计算。计算工况：冷态启停热态启停温态启停变负荷运行若机组启停过程中仅有上述工况中的1项、2项或3项，则只计算其中的中的1项、2项或3项。1.2转子材料的疲劳寿命曲线转子材料的低周疲劳寿命曲线也可用应力－循环周次或应变－循环周次表示。不同资料提供的转子不同材料的低周疲劳寿命曲线见附录B。1.3转子的低周疲劳寿命评估根据对机组不同运行工况下转子危险部位交变应力范围及应力幅值、转子材料的疲劳寿命曲线，利用累积损伤安全准则式（7）估算转子的疲劳寿命损耗。当D≤0.7时，转子的疲劳寿命结束。2承受疲劳－蠕变交互作用部件寿命的评估对于承受疲劳—蠕变交互作用下的高温工程部件，如调峰机组的汽轮高压转子，蒸汽管道、锅炉的高温联箱等部件，用线性累积损伤法则评估其损伤度D。2.1部件的疲劳寿命损耗计算对于转子、高温联连箱等部件的疲劳寿命损耗估算按9进行。2.2蠕变寿命损耗计算对于转子、高温联箱等部件的疲劳寿命损耗估算按7进行。2.3疲劳－蠕变交互作用寿命估算利用线性累积损伤式（8）估算部件的疲劳—蠕变寿命损耗。（8）式中：Nfi、tri——分别为i工况下部件的低周疲劳失效循环周次和蠕变持久破坏时间；ni、ti——分别为i工况下部件运行的循环周次和蠕变保持时间。D值与疲劳、蠕变损伤份额有关。蒸汽管道常用钢材12Cr1MoV和10CrMo910（2.25Cr-1Mo）的疲劳－蠕变交互作用曲线见DL/T940-2005中图1。3锅炉高温过热器、再热器蠕变寿命估算43 DL/T—20061.1向火侧内壁氧化层厚度和管子壁厚的测量对于低合金耐热钢制过热器、再热器管，利用超声波检测向火侧内壁的氧化层厚度和管子的壁厚。1.2管子金属温度的估算依据检测的管子向火侧内壁的氧化层厚度和锅炉运行时间，用式（9）估算管子的金属温度（537℃～648℃）。(9)式中x——向火侧内壁氧化层厚度，mils；T——列氏温度，°R，列氏温度与摄氏温度的关系见式（5）；t——管子的运行时间，h。1.3计算管子的环向应力依据检测的管子向火侧金属厚度，用式（10）估算管子的环向应力。(10)式中：σθ——环向应力，MPa；P——管道正常运行下的压力，MPa；D0——蒸汽管道外径，mm；S——蒸汽管道壁厚，mm；1.4评估管材的微观组织老化及蠕变损伤依据检测的管子向火侧内壁的氧化层厚度、管子的爆裂事故历程及部位，割取损伤最严重的管段，在实验室进行管样的拉伸性能和硬度试验、微观金相组织观察、显微镜下测量向火侧内壁氧化层厚度。依据试验结果，对管样的微观组织老化及蠕变损伤作出评估。1.5寿命评估a)依据式（9）和式（10）估算的管子的金属温度和环向应力，用等温线外推法或L-M参数法估算管子的蠕变寿命。b）依据管样的微观组织老化及蠕变损伤程度、用等温线外推法或L-M参数法估算出管子的蠕变寿命，对管子的蠕变寿命作出综合评估。2带缺陷汽包、汽水分离器及低温联箱的安全性评定与剩余寿命估算2.1无损检测要求a）参与汽包、汽水分离器及低温联箱的安全性评定的无损检测人员必须是Ⅲ级（高级）人员。b）汽包、汽水分离器及低温联箱的无损检测必须给出单个缺陷的二维尺寸（缺陷长度和壁厚方向的自身高度），单个缺陷之间的间距，详细的要求见附录C。2.2缺陷评定方法带缺陷汽包、汽水分离器及低温联箱的安全性评定与剩余寿命估算参照GB/T19624—2004“在用含缺陷压力容器安全评定“执行。3带缺陷汽轮机、汽轮发电机转子大轴的安全性评定与剩余寿命估算3.1无损检测要求43 DL/T—2006a）参与汽轮机、汽轮发电机转子大轴安全性评定的无损检测人员必须是Ⅲ级（高级）人员。b）汽轮机、汽轮发电机转子大轴的无损检测必须给出单个缺陷的三维尺寸（缺陷轴向、周向和径向尺寸），单个缺陷之间的间距，详细的要求见附录C。1.1应力强度因子法1.1.1汽轮机、汽轮发电机转子大轴的安全性评定与剩余寿命估算方法主要为应力强度因子法（主要考虑垂直于裂纹面的应力引起的Ⅰ型（张开型）开裂。1.1.2材料的断裂韧性KⅠc的获得a)按GB4161测定材料的断裂韧性KⅠc。当试件尺寸不满足平面应变要求时，可按GB2038—91测定材料的延性断断裂韧性JⅠc值，然后按式（11）由JⅠc换算为KⅠcKⅠc=（11）式中：E——材料弹性模量，MPa；υ——材料的泊松系数，通常取0.3。也可按GB／T2358—94测定材料的裂纹张开位移δ0.05值，然后按式（12）由δ0.05换算为KⅠc（12）式中：σs——材料的屈服强度；E、υ——同（11）式。附录D（提示的附录）列出了一些电站用钢的KⅠc、δ0.05和JⅠc值。b)当无法直接测试材料的断裂韧性KⅠc时（例如转子大轴），可查阅有关资料；当无KⅠc数值时，可通过查阅材料的延性断断裂韧性J1C值，然后通过式（11）换算为KⅠc。c）对获得的材料的断裂韧性KⅠc除以1.2作为计算评估的数值。1.1.3缺陷的规则化和表征对于超声波检测的小于或等于Ф5mm当量的埋藏缺陷，对其面积放大2.25倍；对于超声波检测的小于或等于Ф10mm当量的埋藏缺陷，对其面积放大1.5倍；对于超声波检测的大于Ф10mm当量的埋藏缺陷，按检测尺寸进行缺陷的规则化。对于非圆形体积的缺陷，缺陷的规则化和表征参照GB/T19624—2004执行。1.1.4缺陷部位的应力强度因子KⅠ可根据缺陷的几何形状、尺寸、位向、缺陷部位的应力类型和大小来确定部件缺陷部位的应力强度因子KⅠ，（13）式中：σ——部件缺陷部位无缺陷时的应力，MPa。应考虑外载引起的应力、残余应力、热应力及部件几何形状引起的应力集中等。a——规则化后的裂纹尺寸，mm；Y——几何形状因子。转子大轴缺陷规则化后裂纹尖端的应力强度因子KⅠ的表达式可参照中国航空研究院编写的“应力强度因子手册”（科学出版社，1981）或其它资料来确定，也可由专业计算人员确定。1.1.5转子缺陷的安全性判定当KⅠ≥0.6KⅠc时，为不可接受的缺陷。43 DL/T—20061.1应变能密度理论1.1.1应变能密度理论（S准则）见（14）式(14)式中(15)(16)(17)(18)k＝3—4μ（平面应变情况）；G——材料的切变模量；μ——材料的泊松系数；θ——从裂纹延长线量起的裂纹尖端的极角。材料的临界值Sc与断裂韧性KⅠC的关系见（19）式：（19）复合应力强度因子K*I见（20）式（20）1.1.2转子缺陷的安全性判定当K*I＜0.6KⅠC时，缺陷不会发生一次性断裂。1.2带缺陷转子的疲劳剩余寿命估算1.2.113.4.1按照GB6398—86测定材料的疲劳裂纹扩展速率（21）式中△K——应力强度因子变化范围；D、a——由试验确定的材料常数。附录D给出了若干电站常用钢的值及疲劳裂纹扩展门槛值△Kth。1.2.2确定部件缺陷部位的应力的强度范围△K(参照13.2.4中KⅠ的确定方法)（22）式中△σ——部件缺陷部位无缺陷时的循环应力范围，MPa。应考虑外载引起的应力、热应力、部件几何形状引起的应力集中等；不考虑静态应力，如残余应力、离心应力等。a、Y——同（13）式。1.2.3判定裂纹是否会扩展当△K<△Kth时，裂纹不扩展；43 DL/T—2006当△K≥Kth时，用（23）式计算缺陷的疲劳裂纹扩展剩余寿命Nrem（周次）（23）式中a0——初始裂纹尺寸，mm；aN——临界裂纹尺寸，mm。△K、D、a——同（21）式对于计算的Nrem取20倍安全系数，即为带缺陷部件的剩余寿命。附录F（提示的附录）给出了关键部件寿评估的举例。1寿命评估报告评估报告的主要内容应包括：1.1机组概况；14.2现状检查情况：一般性部件的检查情况及处理意见，关键性部件的检查情况和专项试验的结果。14.3部件寿命评估结果：应包括选取的材料性能、危险部位的应力分析结果、评估方法或判据。14.4对机组继续使用的建议与监督措施：包括运行方式，参数限制，重点监督的部件及部位，再次进行寿命评定的预定计时间等。43 DL/T—2006附录A(资料性附录)几种低合金耐热钢的k、m值表A1几种低合金耐热钢在不同状态下的k、m值材料材料制造厂工作参数运行时间h试验温度℃试样数量个最长试验点时间h系数k指数m温度℃压力MPa12MX主蒸汽母管直管段前苏联5109.816946151085837.5253.5－0.07495主蒸汽母管弯管段2557566>6000265.1－0.07139主蒸汽母管直管纵向255756915066275.5－0.09506主蒸汽母管弯管纵向26103248379278.0－0.06620主蒸汽母管弯管横向261032910663282.4－0.0580112MX前苏联5109.8原始段51094143.8496.4－0.06107主蒸汽管监督段纵向1076751015446.8294.2－0.07200主蒸汽管监督段横向10767575681.6282.2－0.06514主蒸汽管监督段焊缝10767584888279.3－0.07898主蒸汽母管弯头9032983119.8301.2－0.04702主蒸汽母管直管段13700103268.7273.2－0.0792212MX主蒸汽管弯管外弧纵向前苏联5109.9207512.951095960.6292.9－0.10458主蒸汽管弯管外弧横向510814956.5238.8－0.08074主蒸汽管弯管外弧横向54075012.5266.3－0.01232主蒸汽管直段横向510107831.7305.6－0.0993015123.9主蒸汽管直管段捷克5409.4125000540711389302.9－0.07653主蒸汽管焊缝88173269.9－0.08251主蒸汽管弯管5409.416500054099416.5257.5－0.0778515123,9主蒸汽管监督段纵向捷克5409.813760454011>16056251.4－0.05972主蒸汽监督段横向67471.1316.6－0.03802主蒸汽管焊缝103862.4270.1－0.09202主蒸汽管弯管纵向109156.2255.4－0.0701943 DL/T—2006表A1（续）材料材料制造厂工作参数运行时间h试验温度℃试样数量个最长试验点时间h系数k指数m温度℃压力MPa10CrMo910主蒸汽监督段德国5409.83513254083993252.9－0.09007主蒸汽管焊缝84788.5253.5－0.0919410CrMo910主蒸汽监督段德国5409.8101557.45406>10000246.7－0.108325606>10000205.9－0.1029310CrMo910主蒸汽直管段德国5409.81060005401016529227.4－0.01035主蒸汽弯管段1014188.4237.4－0.1028410CrMo910主蒸汽母段德国5409.810659254058277226.1－0.09140主蒸汽管焊缝96488.5176.0－0.0553112CrIMoV主蒸汽管监督段前苏联5409.85484954012>7071292.6－0.09524106000207071234.0－0.0642112CrIMoV主蒸汽管监督段前苏联5109.89000054074517238.5－0.06918主蒸汽管弯头11066082614.3234.1－0.06747炉侧主蒸汽管道140690812343.6225.6－0.05835机侧主蒸汽管道170548718024.2248.5－0.0614212CrIMoV主蒸汽管监督段前苏联5409.810179454094634.2227.1－0.0621615453976048.3234.1－0.0675212CrIMoV主蒸汽管监督段前苏联5409.8153291540710395146.5－0.03954主蒸汽管焊缝8>13428250.9－0.110012CrIMoV日本川崎钢铁公司原始段51066164478.7－0.1032054056007.4389.8－0.1052157068422277.2－0.0934012Cr1MoV主汽管直段心部前西德原始段540109723.4418.9－0.12704外壁610138.6395.1－0.09516内壁611090.8401.8－0.0997712Cr1MoV主汽管直段心部前西德原始段540812618.2472.5－0.13117外壁814882.6395.4－0.10659内壁810321.8458.7－0.1248512Cr1MoV主汽管直段心部前西德原始段58077027.8276.2－0.1106861074266.1227.8－0.1207043 DL/T—2006表A1（续）材料材料制造厂工作参数运行时间h试验温度℃试样数量个最长试验点时间h系数k指数m温度℃压力MPa12Cr1MoV主汽管直段心部前西德原始段58074978.7337.7－0.1374461073422.2259.8－0.1456512Cr1MoV高温过热器管1）5409.0210672857082256141.9－0.06615T91高温过热器管(T91-T91焊管)1）日本川崎钢铁公司原始管6307>16000256.0－0.10972T91-102对接焊管1）日本川崎钢铁公司原始管610511000281.0－0.09884P91母材正火+回火原始管550258.5－0.0522575270.1－0.0844P91母材正火+回火56513.73000056584376323.5－0.0699P91焊接接头焊后760℃保温2h炉冷550251.0－0.0564575231.3－0.0726P91焊接接头焊后780℃保温1.5h自冷56513.73000056578024294.9-0.0754注2)56513.73000056589150263.6-0.0923P91焊接接头焊后760℃保温6h炉冷5654109315.0-0.0672F11正火+回火540136133363.3-0.0659555113145319.8-0.0657570187858288.7-0.0706备注：1）——爆管试验结果；2）——该组试样拉伸强度较低，具体数值见DL/T940－2005附录A，表A.1。43 DL/T—2006附录B(资料性附录)电站常用材料的低周疲劳参数和低周疲劳寿命曲线B1电站常用材料的低周疲劳参数表B1若干种材料的低周疲劳参数材料热处理工艺试验温度℃RP0.2(σ0.2)MPaRm(σb)MPabc试验条件30Cr2MoV940~950℃鼓风冷却，680~700℃回火205357250.00466964-0.07310.2819-0.5588Z向，r=-1,△，N5F=(0.05~0.88)Hz4504175250.00463880-0.09791.0982-0.79855003734540.00449849-0.10471.7341-0.88415503474210.00330611-0.07080.8241-0.7703450~5500.00404764-0.09021.1311-0.8131P2模型叶轮热疲劳4416370.00253-0.10000.7250-0.9800温度循环(300~500℃),保持时间1h，N028CrNiMoV950℃油淬700℃回火205847530.00242-0.05301.0338-0.7594梯形波,Z向，拉压保持时间1min，Nfr=-1,△，Nff=0.0067Hz19Mn5920℃正火620℃回火203375200.00438880-0.09200.3960-0.5520Z向，r=-1,△，Nff=(0.05~0.877)HzBHW35920℃正火630℃回火205196470.005121019-0.07820.3288-0.5650BHW35（焊缝）920℃正火630℃回火206530.006321170-0.10500.1111-0.4600Z向，r=-1,△，Nff=(0.083~0.6667)Hz15CrMo204550.00487962-0.11000.3990-0.5300Z向，r=-1,Nf,△,f=(0.125~1.39)HzSA299锻件正火253155400.0018-0.06820.1903-0.5184Z向，r=-1,Nf,△,f=(0.3~0.5)Hz43 DL/T—2006表B1(续)材料热处理工艺试验温度RP0.2(σ0.2)MPaRm(σb)MPabc试验条件12CrlMoV正火+回火203755090.00345-0.06780.6114-0.6389Z向，r=-1,Nf,△,f=(0.1~0.625)Hz10CrMo910运行10.8万小时的主蒸汽管道材料20294520Z向，r=-1,Nf,△,f=(0.28~2.45)Hz5402013340.00270452-0.08780.1398-0.47082Cr13叶片取样205567180.00520-0.09550.9235-0.8052Z向，r=-1,Nf,△,3.5%NaCl盐雾,应变速率=0.0041/sec1000℃油淬700℃回火205637370.00517-0.08590.7933-0.6634Z向，r=-1,Nf△,f=(0.125~1.08)Hz16MnR焊缝区20385（母板）588(母板)0.00597-0.07250.8380-0.6150D向，r=-1,△,N20熔合区0.00680-0.10101.9060-0.7580P91母材20550670～6850.0059-0.09721.325-0.7740Z向，r=-1,Nf△,应变速率4×10－3/S5503654100.00372-0.07961.252-0.7875753503750.00229-0.06251.098-0.788P91焊接接头焊后760℃保温2h炉冷20453660～7000.0054-0.0973.4264-0.8675550330375-0.05311.221-0.764575310335-0.06281.753-0.80620#热轧20430980-0.12000.3600-0.54001040(40)锻造206211540-0.14000.6100-0.57001045(45)淬火、回火(647℃)207241227-0.09501.0000-0.6600热拔2010621450-0.10000.2200-0.5100注：Z向—轴向应变控制，D向一径向应变控制，△—三角波加载，r—应变比（r＝εmin／εmax）；f一频率，Nf-破断循环周次，N5-稳定拉伸载荷下降5%时的循环周次；N0一叶根出现1mm长裂纹时的循环周次，N20—稳定拉伸载下降20%时的循环周次。B2低周疲劳（ε－Nf）曲线B2.1由试验确定ε－Nf曲线可用B1式描述材料的低周疲劳曲线（B1）式中：——应变幅,；——疲劳强度系数，MPa；43 DL/T—2006——材料弹性模量，MPa；——疲劳强度指数；——疲劳延性系数；——疲劳延性指数；Nf——失效循环数。B2.2用通用斜率方程确定εa—Nf曲线也可用式（B.2）确定材料的低周疲劳曲(B2）、Nf——同(B.1）式；σb—材料的抗拉强度，MPa;εf—材料断裂真应变，ψ—材料的断面收缩率，%；E—材料的弹性模量，MPa；B2.3确定材料的应力一寿命（Sa—Nf）设计疲劳寿命曲线在工程部件的疲劳寿命评估中，通常用应力一寿命（Sa—Nf）曲线估算部件的疲劳寿命。a）确定材料的虚拟应力一寿命（Saq—Nf）曲线(B3）b)对虚拟应力—寿命曲线进行平均应力修正(B4）式中：σy——材料的屈服强度。c)对平均应力修正后的—Nf曲线，分别对应力和寿命取2和20的系数。并取最低值连成光滑曲线，则为设计的疲劳寿命曲线，B3和B4中给出了相关标准中压力容器疲劳设计曲线和转子的疲劳设计曲线。B3压力容器用钢的疲劳寿命曲线43 DL/T—2006图B1GB9222推荐的锅筒常用材料的低周疲劳设计曲线(≤375℃)图B2英国BS5500压力容器疲劳设计曲线(≤375℃)图B3美国ASME压力容器疲劳设计曲线图B4ГОСТ压力容器疲劳设计曲线(≤371℃)(≤375℃)43 DL/T—2006图B5德国TRD301压力容器疲劳设计曲线B4汽轮机转子钢的拉压疲劳寿命曲线图B630Cr2MoV钢制转子的疲劳设计曲线43 DL/T—2006图B7前苏联P2M钢制转子的疲劳设计曲线图B8GEC公司提供的汽轮机转子疲劳寿命曲线图B9Timo转子疲劳寿命曲线图B10西屋公司提供的汽轮机转子疲劳寿命曲线B6转子钢的扭转低周疲劳应变一寿命曲线转子钢的扭转低周疲劳应变一寿命关系为（B5）式中：——扭转应变幅,；2Nf——循环反向数；A、B、——材料常数。表B2列出了三类材料的扭转应变疲劳常数。图B16为NiCrMoV钢制发电机转子的疲劳设计曲线。43 DL/T—2006表B2三类材料的扭转应变疲劳常数材料剪切模量G，MPaABCrMoV827600.0059-0.0521.69-0.64NiCrMoV806700.0055-0.0541.69-0.62NiMoV827600.0048-0.0431.24-0.59图B11NiCrMoV钢制发电机转子的疲劳设计曲线附录C(资料性附录)用于缺陷评定的超深波探伤记录表C1压力容器缺陷评定超声波探伤记录表表C1压力容器缺陷超声波探伤记录表记录编号：第页共页使用单位容器名称容器材料43 DL/T—2006容器规格探伤部位坡口型式仪器型号探头试块探伤灵敏度实测厚度耦合剂检测标准探伤部位、缺陷分布及编号示意图缺陷编号定位线距定位线距离（mm）距表面距离（mm）指示长度（mm）自身高度（mm）波幅ø1×6±dB距焊缝边缘距离（mm）缺陷性质备注检验：记录：年月日C2转子缺陷评定超深波探伤记录表表C2转子缺陷超深波探伤记录表记录编号：第页共页使用单位机组型号转子名称中心孔直径转子材料探伤部位仪器型号探头试块探伤灵敏度耦合剂43 DL/T—2006检测标准验收标准探伤部位、缺陷分布及编号示意图缺陷编号定位线距定位线轴距（mm）距定位线周距（mm）距表面距离（mm）轴向长度（mm）周向长度（mm）径向长度（mm）波幅ø1×6±dB缺陷性质备注检验：记录：年月日附录D(资料性附录)电站常用材料的断裂韧性D1转子类常用钢在室高温下的屈服强度和断裂韧性KⅠC值表D1转子类常用在室高温下的屈服强度和断裂韧性KⅠC值43 DL/T—2006材料牌号热处理状态Rp0.2(σ0.2),MPaKⅠC,MPa主要用途16MnR钢板热轧274.4~313.6138.4~155.9压力容器15MnVR钢板热轧401.896.7-105.4压力容器18MnMoNbR退火+回火558.6121.5～143.8压力容器40号钢860℃正火294.071.3轴类40号钢860℃正火294.062.0轴类45号钢860℃正火294.062.9～64.8轴类45号钢860℃正火317.5~355.784.3～91.1轴类45号钢860℃正火509.6100.8轴类45号钢850℃淬火550℃回火512.597.0～104.5轴类15MnV840℃水淬650℃回火392.0186.0轴类12CrMoV900℃正火630℃回火245.0163.4～166.2蒸汽管道12CrlMoV540℃，8.8MPa压力下运行104h后220.5~318.572.9～164.9蒸汽管道25CrlMoV1040℃正火680℃回火744.873.2～97.0紧固件30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2~568.4136.7～158.7汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2~568.4151.9～163.7汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2~568.4135.8～156.6汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2~568.4137.6～146.6汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火329.2~568.4127.1～134.9汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火646.841.2～48.4汽轮机高压转子30Cr2MoV940℃空冷700℃回火548.8130.2～155.0汽轮机高压转子28CrNi3MoV850℃油淬650℃回火965.5140.7汽轮机转子28CrNi3MoV850℃油淬650℃回火916.3131.8汽轮机转子30Cr2MoV588.065.1～77.5汽轮机高压转子34Ni-Cr-Mo-V637.0~686.0151.9～173.6汽轮机转子43 DL/T—2006表D1(续)材料牌号热处理状态Rp0.2(σ0.2),MPaKⅠC,MPa主要用途Cr12MoIV1/4705.668.2汽轮机转子30Cr2MoV588.045.0汽轮机高压转子1.25Cr-1Mo0.25V铸钢343.068.2汽缸17CrMolV490~539.043.4～50.2汽轮机焊接转子35CrNi2MoV637.0~686.0106.3汽轮机低压转子34CrMolA850℃油淬620回火646.887.4～93.9汽轮机低压转子34CrMolA490.0～548.875.6～98.6汽轮机低压转子34CrMolA715.492.1汽轮机低压转子ЗИ415670℃，20小时再回火686.0～705.665.4～126.2燃气轮机涡轮盘34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火627.2～656.6144.2～158.1发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火558.683.4～109.7发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火725.2148.8～155.0发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火872.2～911.4102.0～140.7发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火617.4～686.0116.6～151.0发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火666.4～715.4115.3～163.7发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火715.4149.4发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火539.0102.0～133.9发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火686.0132.1～160.0发电机转子34CrNi3Mo850℃淬火500℃回火548.877.5发电机转子43 DL/T—2006D2常用压力容器钢在室高温下的屈服强度和临界裂纹展开位移δ值表D2常用压力容器钢在室高温下的屈服强度和临界裂纹展开位移δ0.05(δc)值钢号板厚mm材料状态Rp0.2(σ0.2),MPaδ0.05(δc)mmδ0.05(δc)平均值mm20g16热轧313.60.114～0.1470.12620钢管13.5热轧274.40.207～0.2260.21616MnR60热轧294.00.176～0.1870.18216Mn（稀土）16369.50.106～0.1230.11415MnVR20热轧401.80.076～0.0890.08115MnVN20调质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调质741.90.10～0.110.1020CrNi3MoV调质774.20.091～0.120.101Cr13调质637.00.091～0.1030.098马氏体时效不锈钢842.80.078～0.0850.0811Cr18Ni9Ti60245.00.240～0.2650.25219Mn565热轧345.50.193～0.3260.250BHW3590正火+回火529.20.196～0.2960.243110541.50.122～0.1550.14212CrlMoV50喷水调质416.00.1860.18622K(自动焊焊接接头)90焊后退火254.90.268～0.280(W)0.20～0.21(FL)0.2700.205249.90.18～0.20(M)0.1919Mn5（电渣焊焊接接头)）90正火+回火326.00.124(W)0.115(FL)0.1240.11516MnR（电渣焊焊接接头)）38311.60.117～0.158(W)0.165～0.20(HAZ)0.1370.18218MnMoNbR(自动焊焊接接头)60焊后自次序，650C退火441.0（母材）0.131～0.137(M)0.059～0.062(W)0.087～0.113(HAZ)0.1340.0600.1018MnMoNbB(自动焊缝)90正火+回火0.032～0.107(W)0.038～0.058(W)0.070.048BHW35(电渣焊缝)110443.50.120(W)0.120注：M—母材；FL—焊缝熔合线；WC—焊缝中心；HAB热影响区43 DL/T—2006附录E(资料性附录)电站常用材料的疲劳裂纹扩展速率表E1电站常用材料的疲劳裂纹扩展速率钢号热处理制度试验条件da/dNmm/次△Kth,MPa25Cr2NiMoV热影响区900℃油淬680回水焊缝中心热影响区熔合线f=36~220Hz，r=01.18×10-8(△K)3.404.17×10-8(△K)2.084.64×10-10(△K)3.447.54×10-10(△K)3.513.14×10-10(△K)3.436.28~6.515.24~7.916.38~8.245.56~10.70Ni-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(△K)3.137.2×10-9(△K)3.01.49×10-7(△K)2.72.26×10-8(△K)2.5634CrMolA860℃淬油650℃回火△K=12~315.67×10-9(△K)2.9734CrNi3Mo860℃加热780℃预冷、淬油650℃回火△K=25~622.2×10-8(△K)2.430Cr2MoV940℃空冷680℃炉冷f=160Hz△K≥12f=0.01Hz△K≥271.76×10-8(△K)2.441.89×10-7(△K)2.0825Cr2Ni4MoV840℃喷水冷却600℃回火1.65×10-9(△K)3.266.51ЭИ4152.25×10-8(△K)2.68ZG20CrMoVr=1/31.03×10-12(△K)5.3437.617CrMolV调质焊缝中心边缝中心f=38~220Hz,r=0f=38~220Hz,r=0f=38~220Hz,r=01.18×10-8(△K)2.582.36×10-8(△K)3.152.67×10-8(△K)3.2640860℃正火△K=19~501.04×10-9(△K)3.045860℃正火△K=11~231.63×10-8(△K)2.7523.119Mn5920℃正火620℃回火（母材、焊缝、熔合线）f=12Hz,20℃△K=19~57f=12Hz,20℃△K=19~571.55×10-8（△K）3.412.13×10-9（△K）3.24A533,GRADEBCLASS1母材、焊缝、热影响区f=10Hz8.2×10-9（△K）2.2（上限）A514,GRADEABS4360-50D母材、焊缝、热影响区f=0.1~5Hz,316℃f=0.25~30Hzr=0.08~0.7Kmax<15MPa(中心表面裂纹板)1.6×10-6（△K）3.01.36×10-8（△K）4.2C-Mn钢母材、焊缝、热影响区1.9×10-9(△K)3.0BHW35920C正火，630回火1.92×10-9（△K）2.643 DL/T—2006表E1(续)钢号热处理制度试验条件da/dNmm/次△Kth,MPa22K焊缝材料r=0水中1.13×10-12（△K）5.254.2×10-12（△K）5.256.3×10-11（△K）5.2520SiMn焊缝材料1.95×10-9（△K）3.366.44~11.28A-533B5.17×10-9（△K）3.06SA508,CLSS2,3空气中，亚表面缺陷水反应堆环境，表面缺陷r=0~0.254.75×10-9（△K）3.7266.76×10-9（△K）3.726SYT-NSTY-RSTY-N轧态轧态退火r=0.1r=0.09r=0.085.63×10-10（△K）4.02.87×10-10（△K）4.054.58×10-8（△K）2.4514MnMoNbB920C淬火，620C回火△K=31~622.61×10-8（△K）2.518MnMoNb正火调质筒体八字裂纹，r=0，内压疲劳试验5.44×10-9（△K）3.01.36×10-8（△K）2.716MnR,20gf=1.3~2.5次/min4.2×10-9（△K）3.1512CrNiMoV930C正火930淬火610C回火△K=22~625.96×10-8（△K）2.44注：1.表中△K的单位为MPa2.r——应力比（R）3.f——频率4.碳钢和碳锰钢：△Kth＝190（1－0.76r）对其它钢材：△Kth＝222（1－0.85r），当R>0.1时；△Kth=191，当r≤0.1时。43 DL/T—2006附录F（资料性附录）关键部件寿命评估举例F1主蒸汽管道的蠕变寿命估算例（见DL/T940－2005中附录D）F2汽包的低周疲劳寿命估算F2.1概况某电厂一台F220／100－W型锅炉汽包1974年1月投运，至2003年12月累计运行约19万小时，启停炉553次，估算该台汽包的低周疲劳寿命。汽包的主要技术参数如下：工作温度：320℃工作压力：11.47MPa超水压试验压力：14.34MPa汽包由5个筒节和2个封头组成，4个主下水管。汽包的内直径为1600.0mm，取用壁厚90.0mm，实测最小壁厚87.2mm。根据GB/T9222-88附录D“水管锅炉锅筒低周疲劳寿命计算”，汽包的低周疲劳寿命估算主要考察主下降管部位的低周疲劳寿命，即图F2.1中所示筒体轴向截面上的接管内转角A处。图F2.1汽包主下降管结构型式及几何尺寸F2.2主下降管部位的温差分析锅炉在启动和停炉过程中，汽包筒体存在着三种温差：径向温差、周向温差和纵向温差。因汽包可自由膨胀，故纵向温差应力可略。根据该台锅炉的运行规程，锅炉启动中汽包壁的温升速率不大于2℃／min，上下壁温差不大于50℃。考虑到锅炉启动中汽包温升瞬态的不稳定性，偏安全考虑，计算中汽包壁的温升速率按2.5℃／min考虑。a）径向温差分析依GB/T9222-88附录D，汽包筒体径向内外壁温差δT由(F2.1)式计算：(F2.1)43 DL/T—2006式中符号和意义见GB/T9222-88附录D（后述公式中的符号和意义同样见GB/T9222-88附录D）。将汽包材料的有关物性参数（表F2.1）、锅炉的启停参数和汽包的几何尺寸代入（F2.1）式，可得停炉和启动时汽包内外壁温差δT分别为18.4℃和16.0℃。b）周向温差分析参照GB/T9222-88附录D和实际运行工况，锅炉在启动和停炉过程中，汽包的上、下壁温差一般不超过50℃。在计算谷值应力时，ΔT取为50℃，计算峰值应力时，ΔT取为10℃。c）材料物性参数汽包用钢为19Mn5，材料在不同温度下的物性参数见表F2.1，计算时进行线性插值得到不同温度下的物性参数。表F2.1材料的物性参数20℃100℃200℃300℃400℃导热系数λ（W/m·℃）43.143.144.441.939.4线膨胀系数α（10-6/℃）12131314定压比热Cp（kj/kg·℃）0.460.500.500.540.62弹性模量E（105Mpa）2.102.112.041.961.87弹性模量E（105Mpa）2.101.851.75密度ρ（kg/m3）7.85×103F2.3主下降管部位的应力计算F2.3.1汽包主下降管处的应力分析与计算a）内压应力筒体薄膜应力(F2.2)内压应力引起的三个主应力分量由下式计算：环向应力(F2.3)轴向应力(F2.4)法向应力(F2.5)b）径向温差热应力环向热应力(F2.6)轴向热应力(F2.7)法向热应力(F2.8)c）周向温差热应力环向热应力（F2.9）轴向热应力(F2.10)法向热应力(F2.11)43 DL/T—2006F2.3.2汽包下降管处的应力指数对于插入式焊接下降管，其内压应力、径向温差应力和周向温差应力指数见表F2.2。表F2.2下降管部位的应力指数内压引起的应力指数径向温差热应力指数周向温差热应力指数环向=3.1K2θ=1.6K3θ=-1轴向=-0.2=1.6=-1法向00F2.3.3应力计算与合成结果a）应力计算结果依据式（F2.2）～（F2.11）计算的汽包主下降管管口的内压应力和热应力见表F2.3。表F2.3锅炉各种运行工况下汽包主下降管管口应力计算结果（MPa）锅炉启动安全阀定鉈正常水压试验超水压试验内压应力环向σθp峰值348.5364.6348.5435.7谷值0000轴向σzp峰值-22.5-23.5-22.5-28.1谷值0000法向σrp峰值-11.4-12.0-11.4-14.3谷值0000径向温差热应力环向σθT峰值73.373.3谷值-62.5-62.5轴向σzT峰值00谷值00法向σrT峰值00谷值00周向温差热应力环向σθH峰值-10.3-10.3谷值-50.4-50.4轴向σzH峰值00谷值00法向σrH峰值00谷值00b）峰谷值应力合成43 DL/T—2006锅炉不同运行工况下汽包下降管管口的应力峰谷值合成结果见表F2.4。表F2.4锅炉不同运行工况下汽包下降管管口的内压应力和热应力峰谷值合成结果（MPa）锅炉启动安全阀定鉈正常水压试验超水压试验环向峰值合成应力σf1411.5427.6348.5435.7环向谷值合成应力σg1-112.9-112.900轴向峰值合成应力σf2-22.5-23.5-22.5-28.1轴向谷值合成应力σg20000法向峰值合成应力σf3-11.64-12.0-11.4-14.3法向谷值合成应力σg30000c）主应力差值峰值主应力差值σf12=σf1—σf2(F2.12)σf23=σf2—σf3(F2.13)σf31=σf3—σf1(F2.14)谷值主应力差值σg12=σg1—σg2(F2.15)σg23=σg2—σg3(F2.16)σg31=σg3—σg1(F2.17)d）主应力差波动范围Δσ12=│σf12—σg12│(F2.18)Δσ23=│σf23—σg23│(F2.19)Δσ31=│σf31—σg31│(F2.20)e）交变应力范围Δσ=max{Δσ12,Δσ23,Δσ31}(F2.21)f）应力幅值σa=Δσ/2(F2.22)依据式（F2.12）～（F2.22）进行应力合成计算，所得结果见表F2.5。F2.4汽包低周疲劳寿命估算a)应力幅σa的修正对于锅炉不同运行工况下计算的汽包主下降管管口部位的应力幅σa，利用（F2.23）式予以修正：（F2.23）式中：——低周疲劳曲线给出的弹性模量，=2.06×105MPa；——该工况最高介质温度下考核点处材料的弹性模量，=1.83×105MPa。b）锅炉不同运行工况下汽包的疲劳损伤率43 DL/T—2006附录B图B.1为汽包的疲劳设计曲线。依据锅炉某一运行工况下汽包下降管处的值，在疲劳曲线上查出其相对应疲劳寿命Nf。然后依据锅炉在该运行工况下的实际启停次，即可计算出该工况下的疲劳损伤率（见表F2.6）。表F2.5锅炉各种运行工况下汽包主下降管管口应力合成结果（MPa）锅炉启动安全阀定鉈正常水压试验超水压试验主应力差值峰值σf12434.0457.1371.0463.8σf23-11.1-11.5-11.1-13.8σf31-422.9-439.6-359.9-450.0谷值σg12-112.9-112.900σg230000σg31112.9112.900波动范围主应力差Δσ12546.9564.0371.0463.8Δσ2311.111.511.113.8Δσ31535.9552.5359.9450.0交变应力范围546.9564.0371.0463.8应力幅值273.5282.0185.5231.9表F2.66号炉汽包低周疲劳寿命计算结果修正应力幅值实际启停次数许用循环次数损伤率锅炉启动307.955330000.18433安全阀定鉈317.46029000.02069正常水压试验185.560140000.00429超水压试验231.9670000.00086累积损伤0.21017c）汽包的累积疲劳损伤汽包的累积低周疲劳寿命损耗用线性累积损伤法则来估算，（F2.24）式（F2.24）式中：ni、Nfi—分别为某种工况下实际循环周次和该工况下的失效循环周次；用（F2.24）式算出锅炉在不同运行工况下汽包总的累积疲劳寿命损耗结果见表F2.6。由表F2.6可见，汽包低周疲劳寿命损耗约为0.21。F3汽轮机转子的缺陷评估某电厂一台505MW汽轮机高压转子，经大轴中心孔超声波探伤，发现在距低压端轴向750mm～970mm、角度15°～35°范围内存在着11个当量直径在Ф2mm～Ф4.2mm的缺陷，缺陷深度12mm～47mm。所查缺陷中有的超标，对缺陷进行断裂力学评估。43 DL/T—2006F3.1评定主要技术参数汽轮机转速：3000r／min超速试验转速:3360r/min主蒸汽压力：9.0MPa(自动主汽门前）主蒸汽温度：535°C（自动主汽门前）转子材料：30Cr2MoV材料拉伸强度:屈服强度σs＝523.3MPa，抗拉强度σb＝705.6Mpa。F3.2缺陷的规则化和表征所检缺陷的相邻位置见图F3.1，表F3.1中给出了缺陷的超声波检测当量尺寸。依据标准正文“13.2.3缺陷的规则化和表征”，对所测得的缺陷面积扩大2.25倍，由此获得检测缺陷的计算当量裂纹尺寸见表F3.1。对于缺陷的复合、规则化和表征参照GB/T19624—2004执行。图F3.1转子低压端缺陷的分布及尺寸表F3.1转子缺陷的规则化与表征缺陷号距低压端距离(mm)距中心孔表面深度(mm)角度(°)检测当量尺寸(mm)计算的当量尺寸(mm)缺陷合并后的当量尺寸(mm)123475075080082032.8518.4819.1620.0065353515Ф2.3Ф2.0Ф2.0Ф2.0Ф3.45Ф3.00Ф3.00Ф3.005684084026.6920.003535Ф2.5Ф2.0Ф3.75Ф3.00Ф10.1786012.3235Ф3.0Ф4.50Ф4.58987090014.0021.001515Ф2.8Ф2.0Ф4.20Ф3.00101197097046.5033.002530Ф4.2Ф2.3Ф6.30Ф3.45Ф18.4由表F3.1可见，10号缺陷的当量尺寸最大；7号缺陷距中心孔表面最近，且检测43 DL/T—2006当量尺寸仅次于10号缺陷，从直观上分析这两个缺陷较为严重。F3.3缺陷部位的应力分析F3.3.1由离心力引起的切向应力σt和径向应力σj(F3.1)(F3.2)式中μ——材料的泊松比，0.3；γ——材料密度，7.85g／cm3；g——重力加速度，9.80m/s2；ω——转子的角速度，由3000r/min和3360r/min换算；RW——缺陷处转子外半径，162.5m；Rn——缺陷处中心孔半径，61.5mm；R——缺陷在转子径向的位置。在机组正常运行和超速试验条件下，将有关数据代入（F3.1）和（F3.2）式，得到转子缺陷处的切向应力和径向应力见表F3.2。表F3.2转子缺陷处的σt、σj和τ缺陷号5、6710、115、6710、115、6710、11应力类别σt（MPa）σj（MPa）τ（MPa）正常运行13.514.911.82.61.83.2913.411.316.5超速试验16.518.714.83.32.24.0发电机短路13.514.911.82.61.83.293879.1115.5F3.3.2由扭矩引起的剪应力τa）额定功率下的剪应力转子缺陷处由于扭矩产生的剪应力（F3.3）式中：M——扭矩，Nk=发电机功率，Wp——抗扭截面摸缺陷处的量，Dn——转子中心孔直径，12.3cm；Dw——转子外直径，32.5cm。将有关数据代入（F3.3）式，可得大轴缺陷处的剪应力（见表F3.2）。b）发电机短路时的剪应力当发电机短路时，发电机扭矩突然增加，取发电机短路时扭矩为额定功率时扭矩的743 DL/T—2006倍，由此计算的大轴缺陷处的剪应力也在表F3.2中给出。F3.3.3弯曲正应力由于5号与6号复合缺陷、10号与11号复合缺陷及7号缺陷均处于低压端轴承部位，故弯曲正应力忽略不计。F3.3.4残余应力根据转子制造资料，汽轮机大轴热处理后的残余应力不应超过50MPa，偏于安全的估算，假设残余切向应力σtr、径向应力σjr和轴向应力σzr各为50MPa。F3.3.5热应力由于缺陷处于转子低压端750-970mm区段内（见图F3.1所示）,温度较低，且基本无温度变化，故不考虑温度应力的作用。F3.4缺陷处的应力强度因子K*I将三维尺寸的体积性缺陷简化为如图F3.1所示的面缺陷，于是，由离心力引起的环向应力σt垂直于裂纹面，使裂纹呈张开型破坏（Ⅰ型），由离心力引起的径向应力σj使裂纹呈滑开型破坏（Ⅱ型），由扭转引起的剪应力τ使裂纹面撕开（Ⅲ型），计算KІ、KⅡ与KⅢ。F3.4.1KІ、KⅡ与KⅢa)计算KІ对于如图F3.1所示的圆片状裂纹，环向应力σt垂直于裂纹面引起I型开裂，其应力强度因子为（F3.4）式中σ——由离心力引起的切向应力σt和切向残余应力σtr之和；a——裂纹半长，为圆片状裂纹半径，mm。b)计算KⅡ由于径向应力相对于切向应力和剪应力很小，故不考虑其效应，KⅡ≈0。c)计算KⅢ在扭矩作用下，转子缺陷处的Ill型应力强度因子为（F3.5）式中τ——由扭矩引起的剪应力，MPa；a——同（F3.4）式。将不同工况下的应力代入（F3.4）和（F3.5）式，即可获得转子缺陷处的应力强度因子。F3.5缺陷处的复合应力强度因子K*I由标准正文的（14）～（20）式计算复合应力强度因子K*I。由（15）式可见，只有当θ=0°时，a11取最小值，即应变能密度取值最小，取为θc。将材料的切变模量G、泊松系数μ代入（15）～（18）式，并取θ=0°，即可获得（14）式中的a11、a12、a22和a33。再将由（F3.4）和（F3.5）式计算的KІ、KⅢ代入，取KⅡ＝0，即可获得缺陷部位的最小应变能S。43 DL/T—2006将G和S代入正文（20）式，即可获得缺陷部位的复合应力强度因子K*I（表F3.3）表F3.3转子缺陷处的复合应力强度因子K*I工况缺陷号KIKⅢa11a33S（N/mm）K*I（N/mm3/2）（N/mm3/2）（×10-7）正常运行5、6252.853.23.978879.947180.028244266.47172.630.03.978879.947180.012749179.010、11332.188.73.978879.947180.051692360.4超速试验5、6264.93.978879.947180.028005264.97182.73.978879.947180.013281182.710、11348.23.978879.947180.048241348.2发电机短路5、6252.8372.43.978879.947180.163249640.97172.6210.33.978879.947180.055720374.210、11332.1620.93.978879.947180.4265001040.0F3.6断裂评定F3.6.1材料的断裂韧性查有关资料，30Cr2MoV钢的断裂韧性值KIC=2881.2N/mm3/2。F3.6.2断裂评定表F3.4给出了机组各种工况下转子不同缺陷的应力强度因子K*Ⅰ和断裂韧性值KIC的比较。由表F3.4可见：最危险的工况是发电机短路，最危险的缺陷是由10与11号两缺陷复合后的缺陷。此时K*Ⅰ的最小安全系数为2.8，满足K*I＜0.6KIC。故现存的缺陷不会引起一次性断裂，需计算疲劳裂纹扩展寿命。该机组1986年投运至2001年评估已运行15年，1998年与2000年先后对缺陷进行了检测，未见明显变化。表F3.4转子缺陷的安全性评定缺陷号5、6710、115、6710、115、6710、11正常运行超速试验发电机短路K*I(N/mm3/2)2661793602651833486413741040KIC/K*I10.816.18.010.915.88.34.57.72.843 DL/T—200644'