ICS 77.060 CCS H 25
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T40339—2021/ISO21601:2013
金属和合金的腐蚀 服役中检出的应力腐蚀裂纹的重要性评估导则
Corrosion of metals and alloysGuidelines for assessing the significances of stress corrosion cracks detected in service
（ISO21601:2013.IDT)
2022-03-01实施
2021-08-20发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T40339—2021/IS021601:2013
目 次
前言
m
范围规范性引用文件
3 原理
裂纹性质和起源的表征服役状况和系统历史的确定 5.1 应力 5.2 服役环境材料特性
4
5
6
6.1 冷加工 6.2 焊接 6.3 老化 6.4 显微组织取向 Kiscc与裂纹扩展速率的预测
7
7.1 K iscc 7.2 低于Kiscc值情况下裂纹扩展速率的预测 7.3 高于Kiscc情况下的裂纹扩展 7.4 非扩展性裂纹 7.5 概率问题 8 结构完整性评估改进服役条件以减缓裂纹扩展·
1.3
13
9
1.5
9.1 改变温度 9.2 减小运行应力 9.3 改变环境/更严格的环境控制参考文献
15 16 16
17 GB/T40339—2021/ISO21601:2013
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件使用翻译法等同采用ISO21601：2013《金属和合金的腐蚀 服役中检出的应力腐蚀裂纹的重要性评估导则》。
与本文件中规范性引用文件的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T15970.6一2007金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第6部分：恒载荷或恒位移下的预裂纹试样的制备和应用（ISO7539-6：2003，IDT) GB/T15970.9一2007金属和合金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的预裂纹试样的制备和应用（ISO7539-9：2003，IDT）
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本文件起草单位：上海材料研究所、冶金工业信息标准研究院、国标（北京)检验认证有限公司、中车
青岛四方机车车辆股份有限公司。
本文件主要起草人：李光福、侯捷、樊志罡、张志毅、孙梦寒、纪开强、翟晓玮、孙晓光、田子健。
II GB/T 40339—2021/IS021601:2013
金属和合金的腐蚀服役中检出的应力腐蚀裂纹的重要性评估导则
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，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO7539-6金属和合金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—StresscorrosiontestingPart6：Preparationanduseof precracked specimens for tests under constant load or constant displacement)
ISO7539-9金属和合金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(CorrosionofmetalsandalloysStresscorrosiontesting—Part9：Preparationand use of precracked specimens for tests under rising load or rising displacement)
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，也可考虑充许裂纹存在。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一点响应），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。
当有爆炸性或灾难性失效的风险时，也可能需要进行破前漏（leakbeforebreak，LBB)评估。但是在实践中，通常是出于运行可靠性的原因，对应力腐蚀进行检查和修复。
本文件的目的是为开发一种包含有裂纹扩展速率控制措施指南的损伤评估技术提供导则。
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
1 GB/T 40339—2021/IS021601:2013
评价。
裂纹的检测有多种方法，包括超声检测、声发射、目视检查、渗透、电磁和电位降等。可通过X射线
断层扫描获得裂纹形状和尺寸的更详细信息，只是这受限于可移动部件并且尺寸也可能受限。可通过形貌观察将裂纹表征为应力腐蚀裂纹，如有显著的裂纹分叉（尽管广泛的分叉可能是有益的，但可能难以做简单的应力分析并要确保裂纹的去除）。大多数情况下，这是根据先前的经验或其他可能的失效方式来做出推断，但是要认识到服役中的载荷与实验室进行的简单静载荷测试常常不一致。因此，可能存在着某种程度的循环载荷或与瞬态温度变化相关的动态应变。很多情况下，可能无法区分应力腐蚀失效机理与氢脆机理。在主要关注裂纹扩展和剩余寿命评估的场合，只要用于评估的实验室数据与具体的服役条件相关，机理的判别可能并不关键。不过，破裂机理的知识能决定解决问题的步骤。
宜注意运行历史，评估可能存在的系统异常对于破裂的发生有多大程度的贡献。
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1975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10m，因此粗糙表面会造成误导性结果。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（Kiscc：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。 5.1.3多轴应力
通常通过确定最大主拉伸应力方向，并假设应力腐蚀裂纹垂直于该方向扩展，来处理多轴应力。事实上这种处理方式肯定过于简化，该领域仍需进一步研究。独立研究表明不宜忽视双轴或三轴应力状态。 5.1.4瞬态（如热瞬变）
通常人们关注热瞬变是在于其将一个循环载荷叠加在静应力上，这可能增加了破裂的风险，此外工
2