GB∕T-金属和 的腐蚀服役中检出的应力腐蚀裂纹的重要性评估导则英文版
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1范围
本文件为设备服役中检出应力腐蚀裂纹且对结构完整性影响进行评估时,提供适当的步骤导则。在认识到失效后果的情况下,宜使用恰当的基于风险管理的方法进行这种评估。本文件只是导则，对具体应用不做详解。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其 版本(包括所有的修改单)适用于本文件。ISO-6金属和 的腐蚀应力腐蚀试验第6部分:恒载荷和恒位移下的预裂纹试样的制备和应用(Corrosionofmetalsandalloys-Stresscorrosiontesting-Part6:Preparationanduseofprecrackedspecimensfortestsunderconstantloadorconstantdisplacement)
ISO-9金属和 的腐蚀应力腐蚀试验第9部分:渐增式载荷或渐增式位移下预裂纹试样的制备和应用(Corrosionofmetalsandalloys-Stresscorrosiontesting-Part9:Preparationanduseofprecrackedspecimensfortestsunderrisingloadorrisingdisplacement)
3原理
在设备定期检查计划期间检出裂纹时,大多数情况下将会在较短的时间内启动修复,移除该部件或者去除受损部分并重新焊接。然而有时修复的机会受限,需要保持体系正常运行至下一次停机以减少生产损失,在有些应用场合中，只要做好预测裂纹演变.确定检查间隔以及评估失效可能性的工作方案,也可:考虑允许裂纹存在。
这种评估可与失效结果评估相结合,形成基于风险的检查方法。与裂纹短期或长期共存要面临的挑战是确定裂纹何时开始.建立其与服役条件包括瞬态的关系(即评估裂纹是否会持续扩展或仅仅是对服役条件特殊波动的--点响应),评价力学驱动力.表征裂纹起源和扩展所涉及的材料状态,评估实验室数据库.并使用断裂力学或其他概念将其转换成可认知的服役运行条件。
4裂纹性质和起源的表征首先是对裂纹进行一个完整的物理评估.确定其形状和尺寸,应当注意缺陷尺寸评估的不确定度，因为这些数值要用于有限元/断裂力学分析。这宜包括对裂纹位置及其与局部应力集中、焊接点、缝隙(如紧固件和法兰盘部位)的相关性.以及裂纹路径细节的评估。如果显示出不止一条裂纹,宜注意裂纹密度,裂纹之间的间隔和裂纹未来可能的连接。此外,宜对表面状态做均匀腐蚀或点蚀损伤方面的
5服役状况和系统历史的确定
5.1应力
5.1.1运行应力通常从设计过程就能知道运行应力,实际上有时还要加上起关键作用的残余制造应力。要注意,有时由于制造过程控制不当,所制作的部件与设计图存在差异,会导致应力高于设计值。这使得截面发生变化的地方的应力高于设计者预想值。例如年Ferrybridge的低压涡轮轴发生失效的原因是机加工不良而导致中心轴应力消除槽的半径小于设计值。如果加工标记未磨掉，会产生其他问题,造成局部应力升高和局部腐蚀位置增加.
5.1.2残余应力可采用多种方法原位表征服役中的残余应力,其中X射线衍射法(XRD)使用最普遍,然而其采样的材料厚度小于10pμm,因此粗糙表而会造成误导性结果。对于一些相对好安装的组件也可使用原位中子衍射法.但成本很高。可通过逐层钻孔法获得残余应力的深度变化数值,但它具有破坏性,尽管只.是局部也需要修复。可移动部件有更多的测评空间,XRD和电化学抛光也能进行残余应力的深度剖析。对残余应力深度分布的非破坏性剖析需要将部件放到同步加速器辐射源所在的地方.这意味着只限于可拆卸部件。在无法测量时,根据位置或许可认为母材或焊接金属的残余应力数值是在有效屈服应力水平(考虑多轴应力状态)。然而该屈服应力需要根据材料的加工硬化程度和可能的局部变形程度来仔细评估。对于关键应用,可能需要采用实物模型用X射线衍射法评估残余应力和冷加工。焊后热处理会释放残余应力,但并不总是能完全或充分地释放。管道或容器的液压试验也能释放残余应力,且与施加的压力成比例。由于应力腐蚀裂纹扩展速率在第二阶段与应力强度因子(K)无关,或受K值影响很小(见第7章),所以在大于Kiscc(Kxc:I型裂纹的应力腐蚀破裂临界应力强度因子)的情况下分析时,表征残余应力上可以有些自由度,但是要意识到在计算失稳断裂的临界裂纹尺寸时就会存在不确定度。
5.2服役环境
5.2.1总体情况预期的服役环境通常都已很好地得到表征(温度.水化学.气体分压、总压力),但是在许多服役失效调查中的一-个重要障碍是缺乏运行者对可能发生过的环境瞬变做出客观阐述。
5.2.2偏离正常运行条件冷凝器泄漏、离子交换失效、化学清洗的残留物、冷却水失效(导致温度升高)、氧气进入等的几率都需要客观地评估,在这方面工厂运行者存在的侥幸心理会严重阻碍寻求实际解决方案。宜仔细检查操作记录来评价发生偏离的程度。担心温度的瞬时升高或服役环境的变化,在于其可将系统状态移到能激活应力腐蚀破裂(SCC)的区城,否则无需担心。因此.在评估裂纹的重要性时,宜检查相关材料在环境中的暴露史,并且评估有多少数据可用于预测偏离之后恢复到正常温度或化学条件下裂纹扩展的可能性及扩展速率。通常这些数据是有限的。
6材料特性注:首先确保实际上的相关材料与设计阶段的规定相符。有很多因素会最终影响材料的服役表现。
6.1冷加工在制造期间或表面加工/打磨时，会在材料中引入冷加工。在很多实验室测试中,通常将试样湿磨至良好的表面光洁度,典型情况是Ra数值小于1pm.主要目的是保证数据的可重复性且避免表面冷
6.2焊接假设射线检测评估已经确保焊接部位没有重要的物理缺陷,那么焊接段的裂纹扩展情况主要与残余应力、硬度、局部显微组织和/或微观化学变化有关,尽管接头几何形状可能对力学驱动力和局部环境化学有影响。要关心实际情况可能会与焊接工艺评定情况有偏差,这涉及焊接件显微组织和微观化学变化及对应力腐蚀破裂的影响，比如热输人太高和焊料不足可能导致在晶界或在析出粒子、拉长并聚集的夹杂物和局部硬斑点处发生敏化。这些特性不易进行原位测量。原则上电化学动电位再活化法(EPR)可检测敏化.这取决于能否在部件上完成。可拆卸部件上可做金相检测.同样涡流和巴克豪森噪声能检测硬斑点,但二者都需要表面抛光,最适合于可拆卸部件。
6.3老化
6.3.1时效(热老化)在高温下长时间运行的材料可能经历时效(热老化)引发的显微组织和微观化学变化.这通常会增加应力腐蚀敏感性。常见的实例包括铸造不锈钢发生铁素体的调幅分解及伴随的显薯硬化.沉淀硬化不锈钢如17-4PH的时效。经验表明,一旦硬度值超过HV,在水环境中环境促进破裂的风险增加，实践上硬度高于HV时肯定会发生破裂失效。另一个问题是奥氏体不锈钢(特别是C含量超过0..03%且未被Nb或Ti稳定化的材料)的热致敏化.它是由于在超长的服役或缓慢冷却时,温度在C(或更低温度下发生低温敏化)~C范围内,铬的碳化物在晶界处的沉淀所致。此外,在高压/中压涡轮机部件等例子中,显微组织变化可导致韧性的降低.从而减小失稳断裂所需的临界缺陷尺寸。
7Kecc与裂纹扩展速率的预测注:服役条件的复杂性和对应的裂纹扩展动力学不确定性要对裂纹容限理念做--种非常保守的处理。如果认为后果并非关键.则在许多情况下通过进--步监测所检测到的裂纹获得最相关的裂纹扩展数据。这也有作为实验室预测基准的价值。最常用的方法是表征材料的Ksc值并且判断裂纹是否超过该临界值的限制。
7.1Kscc显然,如果检测到的裂纹被视为应力腐蚀裂纹,那么其已经超过了某临界值。然而该数值可能是线弹性断裂力学(LEFM)并不适用的平整表面.腐蚀坑或浅缺陷处萌生裂纹的临界值(见图1)。在这些情况下, 认为Kscc是随后的裂纹持续扩展(或裂纹停止扩展)的临界值。
8结构完整性评估因为裂纹扩展机制固有的复杂性，所以对裂纹正在扩展的设备分析需要专门技能、专业知识和经验。该分析涉及裂纹增长规律的断裂评估和数值积分的使用。步骤一:基于测量的检测值或基于反映了检测中不确定性的 值,对初始裂纹尺寸进行断裂评估。如果证明部件是可接受的，即它完好地位于图10所示的失效评估图(FAD)边界内,比如裂纹深度与贯穿壁厚度相比较小，则宜考虑补救措施以防止裂纹的进一步扩展。补救措施可包括降低应力使
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