2023火电机组寿命评估技术导则

火电机组寿命评估技术导则目 次前 言 II范围 1规范引文件 1术语1寿命估条件 2寿命估流和序 2寿命估基工作 3寿命估告 6锅筒汽分器寿评估 6蒸汽道高集的命估 7低温箱寿评估 8汽轮、电转大的寿估 8锅炉温热、热管的变命估 10关键件命估例 10附录A(料性)部的主损11附录B(资性) 电常用的周劳数低周劳命线 12附录C(资性)电常用的温裂19附录D(料性)电常用的温劳纹展率 23附录E(资性)常用的)—曲线 25附录F(资料性录)关键件命估例 29IPAGEPAGE10火电机组寿命评估技术导则范围本文件规定了火电机组金属部件寿命评估的基本原则、基本步骤及常用的寿命计算方法。本文件适用于火力发电厂50MW（含50MW）及以上火电机组金属部件的寿命评估，50MW以下的火电机组可参照执行。（）GB/T2039 GB/T4161 属料面应断度KⅠC试方法GB/T6398 属料劳试验劳纹展GB/T15248 金材向等低环劳验GB/T16507.4 4GB/T19624 GB/TDL/T438 DL/T440 DL/T441 DL/T939 DL/T940 力发厂汽管寿评技导则DL/TXXXX 缺高高压道构全评导NB/T25030 核厂机转寿评导则下列术语和定义适用于本文件。3.1机组设计寿命unitdesignlife目前火电机组通常为常规强度设计而非有限寿命设计，火电机组设计寿命按经验确定为30年或累计运行20万小时。3.2预期运行时间safelife3.3剩余寿命remaininglife预期运行时间减去部件已累积运行的时间或疲劳循环次数。3.4超期役组extended serviceunit投运30年或累计运行20万小时（含20万小时）以上的机组。3.5关键部件criticalcomponents指发生事故时迫使机组持续的停运，危及人身安全，修理、更换费用高、时间长的部件。是进行机组寿命评估的主要对象。3.6一般部件或有影响部件generalcomponents/influencecomponents根据机组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）3020（20）b）根据机组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：）DL/T940锅筒寿命评估的条件按DL/T440。缺少关键信息或运行历程表明不适合I缺少关键信息或运行历程表明不适合I级评估识别损伤模式收集机组、部件相关资料及数据Ⅰ级评估剩余寿命≥预期运行时间？否Ⅰ级评估剩余寿命≥预期运行时间？是提出未来的运行监督措施和检修计划Ⅱ级评估剩余寿命≥预期运行时间？是否否提出未来的运行监督措施和检修计划Ⅱ级评估剩余寿命≥预期运行时间？是否Ⅲ级评估剩余寿命≥预期运行时间？是否改造或更换改造或更换图1三级评估法流程图Ⅰ级评估——基本评估。当实际运行参数处于设计范围内时，通过基本资料分析、设计参数下的应力分析和现有材料性能数据确定部件的寿命。当金属监督检验发现异常、发生过显著超Ⅱ级评估——较精确评估。当不适用Ⅰ级评估或Ⅰ级评估出的剩余寿命小于预期运行时间Ⅲ级评估——精确评估。当Ⅱ级评估出的剩余寿命小于预期运行时间时，应进行Ⅲ级评。表1 三等评所资料数据等级Ⅰ级评估Ⅱ级评估Ⅲ级评估基本特征详细程度最低较详细最详细设计、制造、安装和检验资料电厂记录电厂记录电厂记录运行历程资料电厂记录电厂记录电厂记录事故、维修记录资料电厂记录电厂记录电厂记录是否现状检查否是是是否取样否否是温度和压力数据设计值实际运行实际运行尺寸数据查阅资料测量测量微观组织数据查阅资料现场金相现场金相+取样金相材料性能数据查阅资料现场硬度，其余性能查阅资料现场硬度+取样进行蠕变持久或疲劳等试验应力分析计算分析计算分析计算分析或有限元分析依据对应方法计算寿命应力分析材料力学性能数据的获取寿命评估的程序见图2依据对应方法计算寿命应力分析材料力学性能数据的获取收集机组、部件相关资料及数据收集机组、部件相关资料及数据材料微观组织检查材料微观组织检查现状检查综合评估综合评估给出剩余寿命寿命结束材质老化损伤评定提出未来的运行监督措施和检修计划更换图2寿命评估程序图寿命评估需要下列资料：（）部件的主要损伤机理按附录A确定，根据部件的主要损伤机理选择合适的寿命评估方法。2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；（由试验获得的原始材料的性能数值，当用于部件寿命评估时，应考虑其性能在高温、应表2 件命估的材数据部件名称材料数据锅筒汽水分离器力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆性转变温度、低周疲劳特性、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨胀系数、比热容、热导率主蒸汽管道高温集箱力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、持久强度、低周疲劳性能或蠕变一疲劳交互作用特性、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率、蠕变裂纹扩展速率、蠕变-疲劳交互作用裂纹扩展速率微观组织：取样或复型金相检查母材、焊接接头特征区域的微观组织损伤与蠕变裂纹等物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨胀系数、比热容、热导率高温过热器管高温再热器管力学性能：拉伸、硬度、持久强度微观组织：取样检查材料的微观组织损伤与蠕变裂纹等汽轮机高、中压转子力学性能：拉伸与冲击性能、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、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨胀系数、比热容、热导率汽轮发电机转子汽轮机低压转子力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆性转变温度、低周疲劳、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率；若为焊接转子，还应考虑焊接接头特征区域的上述性能3表3 状查目部件名称检查项目及内容锅炉部件锅筒汽水分离器内外部表面腐蚀、裂纹、划痕、沟槽等检查；筒体焊缝错边量和筒体椭圆度测量，筒体、封头壁厚测量；焊缝、母材的金相检验与硬度测试；PTMT附件与筒体连接焊缝PT。高温过热器集箱高温再热器集箱集汽集箱外部表面裂纹、划痕、沟槽和管座角焊缝裂纹等宏观检查；筒体环焊缝UT，接管座角焊缝PT或MT、UT；筒体、封头壁厚和孔桥间变形测量，筒体蠕胀测量（L/441的要求执行；微观金相组织检查和硬度测试低温集箱外部表面裂纹、划痕、沟槽和管座角焊缝裂纹等宏观检查；封头环焊缝UT，接管座角焊缝PT或MT、UT；筒体、封头壁厚测量；硬度测试导汽管外部表面裂纹、划痕、沟槽和管座角焊缝裂纹等宏观检查；PTMTUTUT；直管段、弯管外弧侧壁厚测量，弯管椭圆度测量；直管段和弯管微观金相组织检查和硬度测试主蒸汽管道高温再热蒸汽管道外部表面裂纹、划痕、沟槽和管座角焊缝裂纹等宏观检查；（弯头PTMT；直管段、弯管和焊缝微观金相组织检查和硬度测试；直管段、弯管外弧侧壁厚测量，弯管（弯头）椭圆度测量；蠕胀测量；支吊架系统检查受热面管高温过热器/再热器、省煤器和水冷壁均应进行管子表面缺陷、氧化、腐蚀、磨损等宏观检查及外径和壁厚测量；高温过热器/再热器异种钢焊接接头应进行UT或相控阵超声检测；高温过热器/再热器应进行管子向火侧内壁氧化层厚度测量；高温过热器/再热器应割管进行拉伸、硬度和微观金相组织检查（应包括异种钢焊接接头9192汽轮机部件高、中压转子必要时进行PT；中心孔的UT、涡流检测及内窥镜检查；无中心孔的实心转子的无损检测；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；中心孔的UT、涡流检测及内窥镜检查；无中心孔的实心转子的无损检测；焊接转子焊缝无损检测叶轮叶轮表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；键槽处无损检测，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；叶片表面的PT、UT；UTMTPT汽缸内外壁缺陷及裂纹的宏观检查，必要时进行PT；高温区段缸体的硬度测试除氧器UT水箱、除氧头筒体和封头壁厚测量，筒体椭圆度测量；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；壳体环焊缝和进水管角焊缝的UT或PT；壳体筒体和封头壁厚测量；内部加热管泄漏检查。发电机部件转子转子表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；转子体的无损检测。硬度测试护环护环表面裂纹、腐蚀、划痕、碰伤等外观检查；UTPT注：UT—超声检测；PT—滲透检测；MT—磁粉检测。依据部件及其危险部位来选择采用以下方法之一进行应力分析：X寿命评估报告的主要内容应包括：况等；按照GB/T16507.4锅筒、汽水分离器危险部位的计算工况包括锅炉冷态启停、温态启停、热态启停、变负GB/T15248由试验数据获得的疲劳曲线为试验疲劳曲线，计算疲劳寿命时，应将应变幅取安全系数2，或将寿命取安全系数20B。分别计算锅炉不同启停工况下锅筒、汽水分离器危险部位的交变应力范围及应力幅值，（1）nNi式中：

Di1

（1）NfiNNi、Nfi——i工况下，锅筒的启停循环周次和疲劳失效循环周次；D——疲劳损伤分数。D≥0.75（材料的断裂韧度δδ0.2BL或J0.2BL值按照GB/T21143C。GB/T19624（2GBT6398D。式中:

da/

B(K

（2）△K——应力强度因子变化范围；B、n——由试验确定的材料常数。a（3a式中：

KKmaxKmin

（3）△σ——KmaxKmin——Y当△K<△KthK≥△Kth展寿命Nrem（周次），取20倍安全系数后即为缺陷的疲劳裂纹扩展寿命，基于评估结果，在必要时采取修复或更换措施。aaaNN 0 N 0N

（4）式中：

rem

B(K)naa0mm；aN。按照DL/T940GB/T16507.4蠕变对于承受蠕变-DL/T9408.1节进行。nn（5）nnD

Niti式中：

i1Nfi

i1tri（5）Ni、Nfi—i工况下，部件的启停循环周次和疲劳失效循环周次；ti、tri—i工况下部件的运行时间和持久断裂时间；D—与蠕变、疲劳损伤份额有关。12Cr1MoV10CrMo910（2.25Cr-1Mo）P91DL/T940，由交互作用曲线和两直角坐标轴所围成的区域之内为安全区，该区域之外为非安全区。）材料的断裂韧度δ、δ0.2BL或J0.2BL值按照GB/T21143B。DL/TXXXX含缺陷蒸汽管道及高温集箱的蠕变或蠕变-疲劳扩展寿命估算按照DL/TXXXX执行。8.1GB/T16507.4按照第8.2节对含缺陷低温集箱的安全性进行评定。按照第8.3节对含缺陷低温集箱的缺陷疲劳扩展寿命进行评估。汽轮机高、中压转子的疲劳寿命评估主要对转子在热应力和离心力作用下的低周疲劳寿命进行估算，发电机转子的疲劳寿命评估主要对转子在离心力和扭矩作用下的疲劳寿命进行估算。NB/T25030对机组不同运行工况下汽轮机高、中压转子大轴调节级或第一级附近区段用有限元法进汽轮机高、中压转子大轴危险部位的应力计算工况包括机组冷态启停、温态启停、热态启停及变负荷运行；若机组启停过程中仅有上述工况中的几项，则按实际存在的启停方式进行计算。GB/T15248B。根据机组不同运行工况下转子大轴危险部位热应力、离心应力的交变应力范围及应力幅（1）D≥0.70D＜0.70蠕变9.2D=1Ф5mm2.25Ф10mm1.5Ф10mm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按照GB/T19624KⅠCGB/T4161GB/T21143J0.2BL或δ0.2BL（6）（7）KⅠC。式中：

E12J0.2BL E12J0.2BL /0.98

(6)E——材料的弹性模量，MPa；μ——材料的泊松系数，通常取0.3。m1.5R E2p0.20.05(注：J0.2BL纲取m1.5R E2p0.20.05式中：

KC

（7）Rp0.2—材料的屈服强度，MPa。m（注：δ0.2BL量取m，由式(7)的KⅠc量为MPa 。ma应力强度因子法评估缺陷的安全性时，应力主要考虑垂直于裂纹面的应力引起的Ⅰ型开（8）KⅠKⅠa式中:σ——缺陷部位的应力；a——裂纹尺寸；

KY

（8）Y——与裂纹尺寸、形状、裂纹处结构几何参数及边界条件有关的形状修正系数。KⅠ≥0.6KⅠCKⅠ＜0.6KⅠC（S--Ⅱ-（14）Sa

K2

KK2a

K2aK2

(9)11

12

22

33 a11

116G1

coscos

(10)a22

116G1

sin2cos(k1)cos)cos)(3cos

(11)(12)式中：

a334G

SC

(k

2KC2

(13)（14）G——材料的切变模量；k——常数，在平面应变情况下，k＝3-4μ；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。S≥SCS＜SC按照第8.3节对含缺陷汽轮机、发电机转子大轴的疲劳扩展寿命进行评估。DL/T438和DL/T9397～64℃。5 lg(x/n)8.4351

(15)式中：

T 9 0.003860.000283lg

491.67T——摄氏温度，℃；x——向火侧内壁氧化层厚度，mm；t——管子的运行时间，h；n12Cr1MoV10CrMo910n1；材料G102时，n0.98；材料为T91T92时，n0.8。（16）。式中：

P(D0S) 2S

(16)P——管子正常运行下的压力，MPa；D0——管子外径，mm；S——管子实测金属厚度，mm。割取内壁氧化层最厚的管样进行拉伸和硬度试验、微观组织观察，依据试验结果，对管子进（15）（16）估算的管子的金属温度和环向应力，按DL/T940P(σ)—σE。依据管子的材质老化损伤程度和计算出的管子蠕变寿命，对管子的剩余蠕变寿命作出综合评估。关键部件寿命评估举例参见附录F。附录部件的主要损伤机理A.1 A.1。表A.1部件的主要损伤机理部件名称主要损伤模式蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损其他关键部件锅炉锅筒汽水分离器下降管√√√高温过热器集箱高温再热器集箱集汽集箱√√√高温氧化主蒸汽管道高温再热蒸汽管道导汽管高温大口径三通√√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√√√一般或有影响部件过热器管再热器管√√√√√√√高温氧化锅炉水冷壁管√√√√√水冷壁集箱省煤器入口集箱√√锅炉省煤器管√√√汽轮机末级叶片√√冲蚀高温阀门√√√高温螺栓√√√应力松弛除氧器√√√√高压加热器√√√√附录电站常用钢的低周疲劳参数和低周疲劳寿命曲线C.1表C.1电站常用钢的低周疲劳参数材料热处理工艺试验温度℃RP0.2(σ0.2)MPaRm(σb)MPa'/Ef'fb'fc试验条件205357250.00466964-0.07310.2819-0.55884504175250.00463880-0.09791.0982-0.798530Cr2MoV940~950℃鼓风冷却，680~700℃回火Z向，r=-1,△，N5f=(0.05~0.88)Hz5003734540.00449849-0.10471.7341-0.88415503474210.00330611-0.07080.8241-0.7703450~5500.00404764-0.09021.1311-0.8131P2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,Z1min，Nfr=-1,△，f=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)Hz12CrlMoV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20294520Z 向，r=-1,Nf,△,f=(0.28~2.45)Hz材料热处理工艺试验温度℃RP0.2(σ0.2)MPaRm(σb)MPa'/Ef'fb'fc试验条件5402013340.00270452-0.08780.1398-0.47082Cr13叶片取样205567180.00520-0.09550.9235-0.8052Z 向，r=-1,Nf,△,3.5%NaCl盐雾,应 变 速 =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0.00680-0.10101.9060-0.758020550670～0.00590-0.09721.325-0.7740P91685母材5503654100.00372-0.07961.252-0.787Z向，r=-1,Nf5753503750.00229-0.06251.098-0.788△,P91焊接接头2h冷20453660～7000.00540-0.0973.4264-0.8675应变速率4×10－3/S550330375-0.05311.221-0.764575310335-0.06281.753-0.80620#热轧20430980-0.12000.3600-0.540040#锻造206211540-0.14000.6100-0.570045#(647℃)207241227-0.09501.0000-0.6600热拔2010621450-0.10000.2200-0.510030CrlMo1V取自3根300MW转子室温6668040.00541-0.08041.8230-0.8255104905570.00466-0.08560.5635-0.7165384705240.00375-0.06970.8176-0.755材料热处理工艺试验温度℃RP0.2(σ0.2)MPaRm(σb)MPa'/Ef'fb'fc试验条件1100℃×18室温7258620.0045877-0.0492950.94727-0.70974h油冷，Z向，r=-1,Nf5500.0040492-0.0708730.25705-0.63018FB2570℃×36h炉冷，680℃×12h6204484660.0036099-0.0718070.37738-0.67218△,应变速率8×10－3S-1炉冷注：Z向—轴向应变控制，D向一径向应变控制，△—r—应变比（r＝εn／εaxf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。材料的应变范围寿命（εa－Nf）应变寿命曲线（εa－Nf）εa－Nf曲线用式(C.1)回归材料的低周疲劳曲线。ff式中：ff

a

(NE f

'(N)c

（C.1）a—应变幅,a(minmax)/2；f'—疲劳强度系数，MPa；fb—疲劳强度指数；f'—fc—Nf—失效循环数。εa—Nf曲线在缺少εa－Nf曲线试验的情况下，可采用式（C.2）确定材料的低周疲劳曲线。a E f f 3.5(N)-0.12a E f f

（C.2）式中：Rm—抗拉强度，MPa；1εf—f。

ln1材料的应力一寿命（Sa—Nf）a）确定材料的虚拟应力一寿命（Saq—Nf）曲线E'ffSeqff

E f(N2

)bE'(N)c

(C.3）S'S

(RmRp0.2)

(C.4）式中：）

a

RmSeqRP0.2—屈服强度，MPa。aS'—Nf220（SaNfC.～图C.10aC.1-C.6。10000E=195000MPa用于抗拉强度为≤552MPaSSMPa用于抗拉强度为793~896MPa10010101

102

103

104

105

106循环周次

107

108

109

1010

1011C.1 ASME（≤371℃）图C.2 ГОСТ25859压力容器疲劳设计曲线(≤375℃)图C.3 GB/T16507.4锅筒常用钢材的低周疲设曲线(≤375℃)E=2.09×105E=2.09×105MPaC类型DEFF2GG2W1S,MPaS,MPa10102

103

104

105

106

107

108图C.4 英国BS5500压力容器疲劳设计曲线铁素钢≤350℃，奥氏体钢≤430℃)10000应力范围应力范围a,MPa22100℃200℃300℃400℃500℃600℃100102 103 104 105 106失效循环周次Na图C.5 德国TRD301压力容器疲劳设计曲线10000应力范围f应力范围fa,MPa

2fa=0.8Rm+(173150-0.8Rm)N-0.547

aRm,MPaa100080060022100103 104 105 106 107循环周次N图C.6 欧盟EN12952锅炉承压部件疲劳设曲线C.7-C.11。C.730Cr2MoVC.8P2M（30Cr2MoV）钢制转子的疲劳设计曲线图C.9 转子疲劳命曲线 图C.10 西屋公司提供的汽机子疲劳寿命曲线图FB2转子疲劳命曲线用式(C.5)回归材料的扭转低周疲劳应变一寿命曲线。a f D(2N)b'F(2Na f

（C.5）式中：a——扭转应变幅,a(maxmin)/2；max、min——最大、最小扭转应变幅；2Nf——循环反向数；D、F、b'、c'——由试验确定的材料常数。表C.2列出了三类材料的扭转应变疲劳常数。图C.12为NiCrMoV钢制发电机转子的疲劳曲线。表C.2 三类材料的扭应变疲劳常数材 料剪切模量G，MPaDb'Fc'CrMoV827600.0059-0.0521.69-0.64NiCrMoV806700.0055-0.0541.69-0.62NiMoV827600.0048-0.0431.24-0.59图C.12 NiCrMoV钢制发电机转子的疲劳计线附录电站常用钢的室温断裂韧度值B.1电站常用钢的室温断裂韧度KⅠC值见表B.1。表B.1电站常用钢的断裂韧度KⅠC值材料牌号热处理状态Rp0.2(σ0.2),MPaKⅠC,MPam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18MnMoNb正火+回火465～570100.6～136.0压力容器电渣焊后正火+回火——79.6压力容器自动焊后回火——85.1压力容器40#860℃正火294.071.3轴类40#860℃正火294.062.0轴类45#860℃正火294.062.9～64.8轴类45#860℃正火317.5~355.784.3～91.1轴类45#860℃正火509.6100.8轴类45#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℃，9.8MPa压力下运行5×104h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329.2~568.4127.1～163.7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30Cr2MoV588.065.1～77.5汽轮机高压转子Cr12Mo1V1/4705.668.2汽轮机高压转子25Cr2Ni4MoV900℃±10℃油淬，680℃±10℃均温3h后炉冷至250℃715.0133.8汽轮机低压转子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汽轮机低压转子表B.1(续)材料牌号热处理状态Rp0.2(σ0.2),MPaKⅠC,MPam主要用途34CrMolA715.492.1汽轮机低压转子28CrNi3MoV850℃油淬，650℃回火965.5140.7汽轮机低压转子28CrNi3MoV850℃油淬，650℃回火916.3131.8汽轮机低压转子34Ni-Cr-Mo-V637.0~686.0151.9～173.6汽轮机低压转子25Cr2NiMoV淬火回火815133.9汽轮机焊接转子17CrMolV490~539.043.4～50.2汽轮机焊接转子34CrNi3Mo850℃淬火，500℃回火617.4～911.483.4～140.7发电机转子30Cr2Ni4MoV125.8发电机转子1.25Cr-1Mo-0.25V铸钢343.068.2汽缸ЗИ415670℃，20h再回火686.0～705.665.4～126.2燃气轮机涡轮盘缺陷部位的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型开裂模型见图B.1。a）Ⅰ型开裂（）b）Ⅱ型开裂（）c）Ⅲ型开裂撕裂型）图B.1缺陷部位的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型开裂模型B.2δB.2表B.2电站常用压力容器钢的临界裂纹张开位移δ0.05(δc)值钢号板厚mm材料状态Rp0.2(σ0.2),MPaδ0.05(δcmm20g16热轧313.60.114～0.14720钢管13.5热轧274.40.207～0.22616MnR60热轧294.00.176～0.18716Mn（稀土）16369.50.106～0.12319Mn565热轧345.50.193～0.32619Mn5940℃正火，570℃回火3610.163电渣焊焊缝3860.1160.209自动焊焊缝3590.0820.13919Mn5（电渣焊缝)）90正火+回火326.00.124(WC)0.115(FL)15MnVR20热轧401.80.076～0.08915MnVN20调质553.70.080～0.08818MnMoNbR(批1)50退火+回火558.60.101～0.13118MnMoNbR(批2)50退火+回火455.70.120～0.13014MnMoNbB16859.50.058～0.07414CrMnMoVB调质741.90.10～0.1120CrNi3MoV调质774.20.091～0.121Cr13调质637.00.091～0.103马氏体时效不锈钢842.80.078～0.0851Cr18Ni9Ti60245.00.240～0.265BHW3590正火+回火529.20.196～0.296110541.50.122～0.15512CrlMoV50喷水调质416.00.13～0.1822K(自动焊焊接接头)90焊后退火254.90.268～0.280(W)0.20～0.21(FL)249.90.18～0.20(M)16MnR（电渣焊缝)）38311.60.117～0.158(W)0.165～0.20(HAZ)18MnMoNbR(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)18MnMoNbR(电渣焊焊接接头)90正火+回火,调质0.032～0.107(W)0.038～0.058(W)BHW35(电渣焊缝)110443.50.120(W)P91管道焊缝28.6焊后一次回火812.00.015～0.025(W)28.6焊后二次回火492.00.186(W)注：M—母材；W—焊缝；FL—熔合区；HAZ—热影响区。B.3电站常用钢的延性断裂韧度J0.2BL（JⅠC）值见表B.3。表B.3电站常用钢的延性断裂韧度J0.2BL（JⅠC）值钢号板厚mm材料状态Rp0.2(σ0.2),MPaJ0.BL（JⅠC）kJ/m220g16热轧153.916MnR60热轧294.086.7～109.815MnVR20热轧401.842.3～51.912Cr1MoV540℃，9.8MPa力下运行5×104h后119.0～123.0BHW35110正火+回火500～57595.7～133.418MnMoNbR50退火+回火558.660.7～94.114MnMoNbB16859.540.5～56.414CrMnMoVB调质741.991.6～92.120CrNi3MoV调质774.284.3～127.440Cr850℃油淬，560℃回火139.830Cr2MoV转子调质535.024.7/20℃44.0/100℃92.6/200℃91.2/300℃417.5123.5/450℃373.4122.1/500℃346.9119.6/550℃30Cr2Ni4MoV125.871.028CrMoNiVE950℃油火700℃回火47.01Cr18Ni9Ti73.0马氏体时效不锈钢842.861.7～70.6附录电站常用钢的室温疲劳裂纹扩展速率D.1站用的温劳裂扩速率da dN见表D.1。表D.1站用的温疲裂扩速率da dN钢号热处理制度试验条件da/dN，mm/次△KthMPa m热影响区900℃油淬680℃回f=36~220Hz，r=01.18×10-8(△K)3.404.17×10-8(△K)2.086.28~6.5125Cr2NiMoV火焊缝中心热影响区熔合线4.64×10-10(△K)3.447.54×10-10(△K)3.513.14×10-10(△K)3.435.24~7.916.38~8.245.56~10.70Ni-Cr-Mo淬火+回火r=1/74.5×10-9(△K)3.13Cr-MoCr-Mo-VNi-Mo-V+回火淬火++r=1/7rr7.2×10-9(△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)2.4f=160Hz1.76×10-8(△K)2.4430Cr2MoV940℃空冷680℃炉冷△K≥12f=0.01Hz1.89×10-7(△K)2.08△K≥2725Cr2Ni4MoV840℃喷水冷却600℃回火1.65×10-9(△K)3.266.5117CrMolV调质焊缝中心边缝中心f=38~220Hz,r=01.18×10-8(△K)2.582.36×10-8(△K)3.152.67×10-8(△K)3.2640Cr850℃油淬，560℃回火1.72×10-10△K）4.436.9228CrMoNiVE950℃淬火，700℃回火5.56×10-9△K）2.798.0730Cr2Ni4MoV1.65×10-9△K）3.288.04ЭИ4152.25×10-8(△K)2.6840860℃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,320℃△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,GRADE BS4360-50D母材、焊缝、热影响区f=0.1~5Hz,316℃f=0.25~30Hzr=0.08~0.7Kmax<15MPam1.6×10-6（△K）3.01.36×10-8（△K）4.2(中心表面裂纹板)C-Mn钢母材、焊缝、热影响区1.9×10-9(△K)3.0表E.1(续)钢号热处理制度试验条件da/dN次△KthMPa mBHW35920C正火，630回火1.92×10-9（△K）2.613MnNiMoNb930C正火，630回火6.97×10-10△K）2.75ZG20CrMoVr=1/31.03×10-12(△K)5..347.620g2.1×10-8（△K）2.496.68r=01.13×10-12（△K）5.2522K焊缝材料水中4.2×10-12（△K）5.25(上限)6.3×10-11（△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）3.736.76×10-9（△K）3.73SYT-N轧态r=0.15.63×10-10（△K）4.0轧态退火r=0.09r=0.082.87×10-10（△K）4.054.58×10-8（△K）2.4514MnMoNbB920C淬火，620C回火△K=31~622.61×10-8（△K）2.518MnMoNb正火筒体八字裂纹，r=0，内5.44×10-9（△K）3.0调质压疲劳试验1.36×10-8（△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）2.441Cr18Ni9Ti6.54×10-10（△K）4.03注：表中△KMPam；r——应力比（r＝σmin／σmax）;3.f——频率;4.碳钢和碳锰钢：△Kth＝190（1－0.76r）其它钢材：△Kh＝22185r，r01；△Kth191，r0.1。附录电站常用钢的P()—曲线E.1电站常用钢的P()—曲线见图E.1-E.9。T12CT12C=18.4403908317.017.518.018.519.019.520.0230210190170150130应力应力MPa90705030P()/1000T12曲线10CrMo91010CrMo910(T22)C=17.72024310230210190170150130应力应力MPa9070503016.0

16.5

17.0

17.5

18.0P()/1000

18.5

19.0

19.5

20.0T22曲线12Cr1MoVGC12Cr1MoVGC=25.2190192322.0 22.5 23.0 23.5 24.024.5P()/100025.0 25.5 26.0 26.5 27.0230210190170150130应力应力MPa90705030E.3 12Cr1MoVG曲线X20CrMoV12-1CX20CrMoV12-1C=23.6613031617.017.518.018.519.019.520.0230210190170150130应力应力MPa90705030P()/1000E.4 X20CrMoV12-1曲线ASTMP91/T91CASTMP91/T91C=26.6489624324.024.525.025.526.026.527.027.528.028.529.029.530.0230210190170150130应力应力MPa90705030P()/1000E.5 P91/T91—曲线250250230210190170ASTMP92/T92C=23.503199831501301109070503022.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 P()/100025023021019017012Cr2MoWVTiBC=27.756896241501301109070503025.025023021019017012Cr2MoWVTiBC=27.756896241501301109070503025.0 25.5 26.0 26.5 27.027.5P()/100028.0 28.5 29.0 29.5 30.0应力MPa应力MPaG102—曲线250230210 TP304H190 C=13.47916163170150130应力应力MPa9070503013.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

18.0TP304H曲线HR3CCHR3CC=16.97828293280260240220200180160应力应力MPa12010080604018.0

18.5

19.0

19.5

20.0P()/1000

20.5

21.0

21.5

22.0HR3C曲线177.84301531530附录F177.84301531530关键部件寿命评估举例F.1主蒸汽管道的蠕变寿命估案例见DL/T940附录D。F.2锅筒的疲劳寿命评估案例F.2.1概况CAROLINA19901220169194296小289100189262626次，估算该台锅筒的低周疲劳寿命。锅筒运行的主要参数如下：设计力： 19.32MPa设计度： 359℃安全门的设计压力20.33MPa/20.43MPa/20.55MPa/20.68MPa水压验力： 19.32MPa水压验度： 不于27℃72A2166.477.8，19752mm21491mm784Φ673.1×57.2mm，材料为GB/T16507.42038环向截面71545轴向截面2038环向截面71545轴向截面Φ815×1351552050210图F2.1 锅筒集中下降的结构型式及实测测（mm）50210锅炉在启动和停炉过程中，锅筒筒体存在着三种温差：径向温差、周向温差和轴向温差。因锅筒可自由膨胀，故轴向温差应力可略。7℃（185℃na）径向温差分析。依据GB/T16507.4，锅筒筒体径向内外壁温差δt由式(F.1)计算：tt0

Ctet/a

(F2.1)tBT507.表2.1（2.12.2。表F2.1 材的性参数100℃200℃300℃359400℃热导率λ（W/m·℃）—47.745.243.542.3定压比热容cp（kJ/kg·℃）—0.5020.5480.5760.595密度ρ（kg/m3）7820表F2.2 锅各运况下径内壁差算结果工况温度变化（℃）饱和压力变化（MPa）启停升负荷锅筒温升/降率（℃/min）径向内外壁温差（℃）启停冷态启停20～3590～19.32≈3001.85/-1.85-54.854.8热态启停150～3591.6～19.32≈2001.85/-1.85-54.754.7调峰运行330～35913.0～19.32≈1600.2/-0.2-5.95.9水压试验无变化0～19.32//00b）GB/T16507.450561256661.710℃。F2.3.1内压应力锅筒筒体的当量薄膜应力按式（F2.2）计算。dm Diepdm2e

（F2.2）内压应力引起的三个主应力分量由式（F2.3）-（F2.5）计算。npK1ndzpK1zdrpK1rd

（F2.3）（F2.4）（F2.5）F2.3.2径向温差热应力径向温差热应力由式（F2.6）-（F2.8）计算。ECnt1K2nCf

（F2.6）zt10

（F2.7）F2.3.3周向温差热应力

rt10

（F2.8）周向温差在集中下降管轴向截面的接管内转角处引起的应力由式（F2.9）-（F2.11）计算。nt20.4K3nEtmaxzt20rt20式（F2.1）～（F2.10）GB/T16507.4F2.3。表F2.3 锅不工应力算果（MPa）

（F2.9）（F2.10）（F2.11）工况冷态启停热态启停调峰运行水压试验内压应力环向σnp峰值328.97313.09313.09313.09谷值025.93210.670轴向σzp峰值-21.22-20.20-20.20-20.20谷值0-1.67-13.590法向σrp峰值-20.30-19.32-19.32-19.32谷值0-1.60-13.000径向温差热应力环向σnt1峰值154.10154.1018.90谷值-154.10-154.10-18.90轴向σzt1峰值0000谷值0000法向σrt1峰值0000谷值0000周向温差热应力环向σnt2峰值-1.08-1.08-1.080谷值-13.48-13.48-6.660轴向σzt2峰值0000谷值0000法向σrt2峰值0000谷值0000F2.3.4应力的合成与计算合成主应力由内压和温差引起的合成主应力按式（F2.12）-（F2.14）计算，合成主应力均取内压应力和热应力的极值。主应力差值

1npnt22zpzt23rprt2

（F2.12）（F2.13）（F2.14）以σpi、σvi（i=1、2、3）标记峰、谷值主应力计算值，在计算出每一种工况下的峰、谷值主应力后，按式（F2.15）-（F2.20）计算主应力差值。峰值主应力差值：p12p1p2p23p2p3p31p3p1

（F2.15）（F2.16）（F2.17）谷值主应力差值：

v12v1v2v23v2v3v31v3v1

（F2.18）（F2.19）（F2.20）主应力差波动范围按式（F2.21）-（F2.23）计算。12p12v1223p23v2331p31v31

（F2.21）（F2.22）（F2.23）交变应力范围交变应力范围按式（F2.24）计算。,23,31

（F2.24）应力幅值应力幅值按式（F2.25）计算。

a/2

（F2.25）式（F.12）～（F.22）中符号和意义见GB/T16507.4。将表F2.1中的数值代入式（F2.12）-（F2.25）进行计算，结果见表F2.4。表F2.4 锅不工应力成果（MPa）工况冷态启停热态启停调峰运行水压试验合成主应力环向峰值σp1481.99466.11330.91313.09谷值σvg1-167.58-141.65185.110轴向峰值σp2-21.22-20.2020.20-20.20谷值σv20-1.67-13.590法向峰值σp3-20.30-19.32-19.32-19.32谷值σv30-1.60-13.000主应力差值峰值σp12503.21651.65351.11333.29σp23-0.92-3.500.88-0.88σp31-502.29-648.15-350.23-332.41谷值σv12-167.58-229.82198.710σv230-0.27-0.590σv31167.58230.09-198.110应力差波动范围Δσ12670.79626.28152.41333.29Δσ230.920.810.290.88Δσ31669.87625.48152.12332.41交变应力范围670.79626.28152.41333.29应力幅值335.40313.1476.20166.65F2.4锅筒低周疲劳寿命损耗估算a

E0aE

（F2.26）式中：E0——低周疲劳曲线的钢材弹性模量，E0=206000MPa；Et——设计计算工况最高温度下材料弹性模量，Et=163790MPa。GB/T16507.4Nnini/N（F2.27）计算。mniDm

（F2.27）式中：m——总设计循环工况数；

i1Nini——Ni——（2.272.5。由2.53726年142960.2473DL/T654规定D0.758373474315918468表F2.5 锅低疲耗计结果工况修正应力幅值（P）实际启停次数ni许用循环次数N总损伤率ni/N冷态启停421.8315215000.1013热态启停393.8418916000.1181调峰运行95.8480963000000.027水压试验169.9526290000.0009累积损伤/0.247350MW750mm～970mm15°～35°Ф2mm～Ф4.2mm12mm～47mm。所查缺陷中有的超标，对缺陷进行安全性评定。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材料的室温屈服强度Rp0.2＝523.3MPa材料的室温抗拉强度Rm＝705.6MPa。F3.12.25F1.1。对于缺陷的复合、规则化和表征参照GB/T19624图F3.1 转子低压端的分布及尺寸表F3.1 转缺的化与缺陷号距低压端(mm)距中心孔表(mm)角度(°)检测当量(mm)计算的当量(mm)缺陷合并后的(mm)175032.8565Ф2.3Ф3.45275018.4835Ф2.0Ф3.00380019.1635Ф2.0Ф3.00482020.0015Ф2.0Ф3.00584026.6935Ф2.5Ф3.75Ф10.1684020.0035Ф2.0Ф3.00786012.3235Ф3.0Ф4.50Ф4.5887014.0015Ф2.8Ф4.20990021.0015Ф2.0Ф3.001097046.5025Ф4.2Ф6.30Ф18.41197033.0030Ф2.3Ф3.45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。σt和径向应力σj(3)2 R

2 12R2R2R2Rn wR222 R2Rn wR2

R2t 8g w

3

(F3.1)(3)2 R

2R