ASME标准讲解4(ASME具体材料).ppt

四、ASME具体材料ASME材料所用的标准1精选课件核电建设所用的ASME标准内容(1)Section III,Nuclear Power Plant components,Division 1Subsection NB Class 1 Components(2)Section II,Material Specifications Part A-Ferrous Materials Part B-Nonferrous Materials Part C-Welding Rods,Electrodes and Filler Metals Part D-Properties(3)Section V,Nondestructive Examination(4)Section IX,Welding and Brazing Qualifications(5)Section XI,Rules for In-service Inspection of Nuclear Power Plant Components,Division 12精选课件承压设备材料Pressure retaining material and material welded thereto,except as permitted in NB-4435,and except for welding material,shall conform to the requirements of one of the specifications for material given in Tables 2A and 2B of ASME Code Section II,Part D,Subpart I and to all of the special requirements of Article NB-2000 which apply to the product form in which the material is used,except as they may be modified by the requirements of this Specification.3精选课件其它材料Non-structural attachments,such as insulation supports,name-plates,and temporary attachments,if required,may be noncertified material.Non-pressure retaining material,such as cooling shroud support,alignment pin,stud bolt elongation measuring rods and tools,if any,may be of ASME or other Standards.The following requirements shall be applied,unless otherwise specially or additionally specified in this Specification.a.NB-2210Heat treatment requirementsb.NB-2220Procedure for obtaining test coupons and specimens for quenched and tempered material.4精选课件Fracture toughness requirements for material The following requirements shall be applied,unless otherwise specially or additionally specified in this Specification.a.NB-2310Material to be impact testedb.NB-2320Impact test proceduresc.NB-2330Test requirements and acceptance standardsd.NB-2340Number of impact tests requirede.NB-2350Retestsf.NB-2360Calibration of instruments and equipment 5精选课件Acceptable Material Designation Pressure Retaining Material 6精选课件Non-pressure Retaining Material 7精选课件ASME第卷材料A篇铁基材料标准ASME材料种类太多，这里仅仅结合压水堆反应堆主要设备常用材料进行分析和比较。1.SA-508标准“压力容器用经真空处理的淬火加回火碳钢和合金钢锻件”使用上述标准材料的有反应堆压力容器、蒸汽发生器等，选用其中3级1类钢种。材料属于锰镍钼合金钢。8精选课件2.材料的化学成分元素 3级 C 0.25 Mn 1.201.50 P 0.025 S 0.025 Si 0.150.40 Ni 0.401.00 Cr 0.25 Mo 0.450.60 V 0.05 ASME标准属于通用商业标准，在该标准中列举了很多材料，运用于各个领域。因此是一个比较一般的标准要求。使用于核电材料显然是不能满足使用上的安全要求，以下进行分析和比较。比较的对象一是RCC-M标准，另一是三菱重工公司实际控制的标准。9精选课件RCC-M M2111 承受强辐照的反应堆压力容器筒节用的Mn-Ni-Mo合金钢锻件10精选课件三菱建议书中所列实际控制范围Table 4.1.3.1 Chemical Composition Requirements for SA-508M Gr.3 CL.1Specified value(wt.%)ElementsHeat Product(1)C 0.16-0.20 0.16-0.22Si 0.10-0.30 0.10-0.30Mn 1.20-1.55 1.20-1.60P 0.008 Max.0.008 Max.S 0.006 Max.0.006 Max.Ni 0.50 0.80 0.50 0.80Cr 0.15 Max.0.15 Max.Mo 0.45-0.55 0.43-0.57Cu 0.08(0.05 Max.)(3)0.08(0.05 Max.)(3)Sb 0.002 Max.0.002 Max.Sn 0.010 Max.0.010 Max.As 0.01 Max.0.01 Max.V 0.01 Max.0.01 Max.Al 0.04 Max.0.04 Max.B 5 ppm Max.(3ppm Max.)(3)5 ppm Max.(3ppm Max.)(3)Co 0.02 Max.0.02 Max.11精选课件（1）C的含量 压力容器，稳压器和蒸汽发生器的制造中均需要多段锻件加工后组焊，需要焊接的钢的含碳量不应超过0.23%，这是一般规定，考虑到其合金元素含量较高，还应进一步降低碳的最高含量。RCC-M规范中此类锻件的碳含量均不超过0.20%。12精选课件（2）P、S含量 ASME标准属于通用商业标准，0.025%以下已经是比较高的要求了，但是仍然不能满足核电大锻件的质量要求。RCC-M M2111适用于承受强辐照的反应堆压力容器筒节的可焊Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求是0.008%以下。RCC-M M2112适用于不承受强辐照的反应堆压力容器筒节的可焊Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求是0.012%以下。RCC-M M2113适用于压水堆压力容器过渡段和法兰用的Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求是0.012%以下。RCC-M M2114适用于压水堆压力容器管嘴用的Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求也是0.012%以下。RCC-M M2115适用于制造压水堆蒸汽发生器管板用的可焊18MND5 Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求也是0.012%以下。RCC-M M2116适用于制造压水堆蒸汽发生器支撑环用的可焊18MND5 Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求也是0.012%以下。RCC-M M2119适用于制造压水堆蒸汽发生器用的可焊18MND5 Mn-Ni-Mo合金钢锻件标准对P、S含量的要求也是0.012%以下。P偏高会使材料的低温性能变得很差，会大幅度提高材料的FATT50温度和RTNDT温度，影响系统的水压试验的安全。S含量偏高会破坏材料的高温特性，使热加工困难，同时也影响材料的力学性能指标。但是S含量太低会增加焊接的难度（理论上还没有统一），极低的硫和氢含量母材有可能在焊接中因吸氢而造成局部脆性。现在已经有一些标准规定了含硫量的下限，我的看法是硫控制在0.0020.008%之间比较合适。13精选课件（3）其它残余元素的含量 其它对反应堆压力容器和蒸汽发生器等材料在运行中有影响的残余元素有Al、Cu、Co、As、Sn、Sb、Bi、Pb等，均应该有量的限制。这是制造商控制废钢质量的关键所在，具体数据应在规格书制订时协商决定。14精选课件（4）钢中气体的含量 钢中气体即氮、氢、氧的含量应该有明确的限制。推荐使用氢1.5ppm，氮60ppm，氧40ppm。15精选课件机械性能要求ASME SA-508 对3级1类材料的要求：抗拉强度：550725MPa屈服强度345 MPa标距为50mm的延伸率18%断面收缩率38%在4.4（+40F）夏比冲击的三个试样的最低平均值：20J，一个试样的最低值：14J，一组三个试样中只允许一个试样的数值低于平均值。16精选课件相应RCC标准对机械性能的要求17精选课件三菱的企业要求Requirement for Impact Tests：150J for core shell,104J for the parts other than core shell 18精选课件无损检验要求ASME SA-508在磁粉检验中要求按照A275标准方法进行。符合下列条件应于拒收或予以剔除：1.最大尺寸的显示超过4.8mm 2.4个或更多较大尺寸显示超过1.6mm，且各分割的显示排成一线，两显示的净间隔距离等于或小于1.6mm 3.在任何表面为39mm2内有10个或更多的较大尺寸显示超过1.6mm，并且此区域的较大尺寸不超过150mm。该面积应取在相对于需评定的显示踪迹最不利的部位 19精选课件超声波检验要求超声波检验方法：ASTM A388分纵波检验和横波检验其中横波检验用的标定缺口应开入到内径和外径表面，其深度等于截面公称厚度的3%或最大为9.5mm，长度约为25mm，宽度不大于两倍的深度。ASME标定的缺口明显偏大。因为核岛大锻件的壁厚很厚，AP1000的压力容器壁厚估计在200mm左右，3%的标定缺口深度就有些吓人。RCC-M规定的标准缺口最深不得超过1.5mm 中国的国标GB5310和GB5777均规定最深不得超过1mm 20精选课件晶粒度和非金属夹杂物的检验ASME和RCC-M标准中均没有对材料的晶粒度和非金属夹杂物提出要求。三菱重工建议：Metallographic examination(1)Metallographic examination shall be made of each forging.The specimen for metallographic examination may be taken from at the end of a broken tension test specimen or impact test specimen.(2)Grain size shall be estimated in accordance with ASTM E112-88.Grain size number shall be five(5)or finer.(3)Non-metallic inclusionsNon-metallic inclusion examination shall be performed in accordance with ASTM E45-87.Type A inclusion Grade 1.5Type B inclusion Grade 1.5Type C inclusion Grade 1.5Type D inclusion Grade 1.5 21精选课件ASTM SA-540特殊用途合金钢螺栓连接材料压力容器与顶盖之间的连接螺栓制造中遵循ASTM SA-540标准中B24V 3级类别，现在已经更新到2004版，并与2001版有较多的差别。相同材料若遵循法国标准制造是使用标准：RCC-MM2311 制造压水堆压力容器螺栓用的Ni-Cr-Mo-V合金钢锻造棒材22精选课件Chemical Composition Requirements for SA-540M Gr.B24 Cl 3 and SA540M Gr.B24V Cl.3 Elements MITHIBISHI RCC-M ASME C 0.370.44 0.370.45 0.370.44 Si 0.150.35 0.035 0.150.35 Mn 0.600.95 0.600.95 0.600.95 P 0.010 0.020 0.025 S 0.010 0.010 0.025 Ni 1.552.00 1.552.00 Cr 0.600.95 0.600.95 Mo 0.400.60 0.400.60 Cu 0.20 V(*)0.040.10 0.040.10 23精选课件机械性能和其它B24V3级直径在101.6到203.2之间的力学性能规定值如下：抗拉强度1000PMa，屈服强度895PMa，伸长率12%，断面收缩率40%，布氏表面硬度范围302375，12.2下夏比V型缺口冲击最低平均值47J，一组3个试样中可以有一个试样小于47J，但不得小于34J。以上力学性能与RCC-M标准相近，但是ASME没有规定设计温度左右的高温力学性能试验。在标准的附加要求中，有S1：成品分析；S2：宏观浸蚀试验；S3：超声波试验；S5：断裂转变温度；S6：磁粉检查，但是没有提出具体要求。24精选课件不锈钢和非铁基材料核级设备使用的不锈钢材料较多：反应堆冷却剂使用的主管道使用不锈钢材料，压力容器内部堆焊不锈钢材料。蒸汽发生器的传热管使用镍基690合金，蒸汽发生器管板和下封头内部也堆焊镍基690合金。具体细节从略。25精选课件五、焊接基础焊接性试验材料的焊接性是一个专门名词，与通常的材料焊接性能有一定的区别。在在GB/T3375-1994焊接术语中下的定义是：焊接术语中下的定义是：金属焊接性是指金属材料在限定的焊接施工金属焊接性是指金属材料在限定的焊接施工条件下，焊接成规定设计要求的构件，并满足预条件下，焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。定服役要求的能力。内涵：内涵：1 结合性能结合性能：金属焊接时对缺陷的敏感性。：金属焊接时对缺陷的敏感性。2 使用性能使用性能：焊成的接头在指定的使用：焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。条件下可靠运行的能力。26精选课件电力行业常用焊接性试验1、冷裂纹的测试方法简介冷裂纹的测试方法简介 焊焊接接冷冷裂裂纹纹倾倾向向的的测测定定方方法法很很多多，常常用用的的有有：最最高高硬硬度度法法、斜斜y坡坡口口对对接接裂裂纹纹试试验验法法（“小小铁铁研研式式”抗抗裂裂实实验验）、刚刚性性拘拘束束裂裂纹纹试试验验（RRC试试验验）、拉拉伸伸拘拘束束试试验验(TRC)、插插销销试验等。试验等。按按照照接接头头拘拘束束类类型型可可把把抗抗裂裂试试验验分分为为自自拘拘束束抗抗裂裂试试验验和和外外拘束性抗裂试验两大类。拘束性抗裂试验两大类。自自拘拘束束抗抗裂裂试试验验主主要要评评价价材材料料（焊焊材材）抗抗热热、冷冷裂裂纹纹性性能能，确确定定焊焊接接规规范范(不不开开裂裂时时)及及热热处处理理情情况况（包包括括预预热热、后后热热）。这种试验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。这种试验只是定性地进行。象小铁研试验、窗口试验等。外外拘拘束束性性试试验验适适用用于于定定量量评评定定材材料料的的裂裂纹纹倾倾向向，以以及及可可以以比较深入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。比较深入地进行有关理论研究工作，像插销试验法等。27精选课件2、焊接冷裂纹的产生及危害冷裂纹是焊后冷却较低温度下产生的。对于低合金钢、中碳钢而言，大约在钢的马氏体转变温度MS附近。它是由于拘束应力、淬硬组织和扩散氢的共同作用下产生的。冷裂纹主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳和高碳钢的热影响区，个别情况下，如焊接超高强度钢或某些钛合金时，冷裂纹也出现在焊缝上。危害：接头性能变坏，产生脆性断裂。28精选课件3、冷裂纹的种类延迟裂纹延迟裂纹主主要要特特点点是是：不不在在焊焊后后立立即即出出现现，具具有有延延迟迟现现象象。主主要要取取决决于于钢钢中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。中的淬硬倾向，焊接接头的应力状态合熔敷金属中的扩散氢含量。淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹主主要要特特点点:焊焊后后立立即即开开裂裂，不不受受扩扩散散氢氢的的影影响响，只只在在拘拘束束应应力力的的作用下产生。作用下产生。产产生生原原因因：由由于于冷冷却却时时马马氏氏体体相相变变而而产产生生的的脆脆性性造造成成的的。主主要要取取决决于于钢钢的的淬淬硬硬性性和和拘拘束束条条件件。一一般般采采用用较较高高的的预预热热温温度度和和使使用用高高韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。韧性的焊条基本上可以防止这种裂温。低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应由于某些塑性较低材料，焊后冷至低温时，由于收缩力引起的应变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生成为低塑性脆化裂纹。如：球墨铸铁补焊时，不采取措施而产生白口开裂的现象白口开裂的现象 29精选课件4、延迟冷裂纹的产生机理分析在三种冷裂纹中，延迟裂纹的危害性最大，在三种冷裂纹中，延迟裂纹的危害性最大，最具有普遍性。因此，这里主要介绍这中最具有普遍性。因此，这里主要介绍这中裂纹的产生情况。有关研究证明：钢材的裂纹的产生情况。有关研究证明：钢材的淬硬倾向，焊接接头含氢量及其分布，以淬硬倾向，焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。这三个接时产生冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下是互相联系和相互促进因素在一定条件下是互相联系和相互促进的。的。30精选课件下面就三大因素简单介绍一下。下面就三大因素简单介绍一下。钢钢材材的的淬淬硬硬倾倾向向，主主要要决决定定于于化化学学成成分分、板板厚厚、焊焊接接工工艺艺和和冷冷却却条条件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。件等。钢淬硬后开裂主要有以下的两个方面原因。形成脆硬的马氏体组织形成脆硬的马氏体组织马马氏氏体体的的脆脆硬硬是是因因碳碳饱饱和和固固溶溶在在FeFe种种，使使晶晶格格发发生生较较大大的的畸畸变变而而难难以以变变形形（滑滑移移），这这样样断断裂裂时时将将消消耗耗较较低低的的（很很少少）能能量量。因因此此，马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。马氏体的存在时利于裂纹的形成和扩展。淬硬会形成更多的晶格缺陷淬硬会形成更多的晶格缺陷碳碳在在FeFe中中过过饱饱和和固固溶溶，导导致致严严重重的的晶晶格格畸畸变变，形形成成大大量量的的晶晶格格缺缺陷陷，主主要要是是空空位位和和位位错错。在在不不平平衡衡条条件件下下，位位错错和和空空位位发发生生移移动动和和聚聚集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。集，在达到一定浓度后便形成裂纹源。高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度高强钢的淬硬倾向以热影响区最高硬度H Hmaxmax作为评定指标。作为评定指标。31精选课件小铁研式抗裂试验及断口分析GB4675.1-84GB4675.1-84 蒋应田蒋应田辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学LNPU32精选课件对对于于一一般般低低合合金金钢钢，焊焊后后延延迟迟裂裂纹纹的的出出现现往往往往在在热热影影响响区区，这这与与焊焊缝缝及及热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。热影响区组织变化和氢的扩散过程有关。由由于于一一般般低低合合金金钢钢焊焊缝缝金金属属的的含含碳碳量量低低于于热热影影响响区区，在在冷冷却却时时会会在在较较高高的的温温度度就就发发生生相相变变，即即由由奥奥氏氏体体分分解解为为铁铁素素体体、珠珠光光体体、贝贝氏氏体体以以及及低低碳碳马马氏氏体体等等。在在分分解解同同时时，原原先先溶溶解解在在焊焊缝缝的的很很多多氢氢会会极极力力进进行行扩扩散散和和逸逸出出，当当然然，原原子子氢氢将将会会从从焊焊缝缝向向热热影影响响区区扩扩散散。当当焊焊缝缝由由奥奥氏氏体体转转变变为为铁铁素素体体、珠珠光光体体等等组组织织时时，氢氢的的溶溶解解度度会会突突然然下下降降，而而氢氢在在铁铁素素体体、珠珠光光体体中中的的扩扩散散速速度度很很快快，因因此此氢氢会会被被很很快快地地赶赶到到未未转转变变的的奥奥氏氏体体组组织织中中去去扩扩散散（热热影影响响区区），而而在在热热影影响响区区（奥奥氏氏体体中中）扩扩散散速速度度慢慢，不不能能很很快快地地把把氢氢扩扩散散到到距距熔熔合合线线较较远远的的母母材材中中去去，因因此此在在熔熔合合线线附附近近形形成成了了富富氢氢地地带带。当当滞滞后后相相变变的的热热影影响响区区由由奥奥氏氏体体向向马马氏氏体体转转变变时时（因因焊焊缝缝相相变变超超前前于于热热影影响响区区相相变变），氢氢便便以以过过饱饱和和状状态态残残留留在在马马氏氏体体中中，促促使使这这个个地地区区进进一一步步脆脆化化。如如果果这这个个部部位位有有缺缺口口效效应应（应应力力集集中中、应应变变集集中中），并并且且氢氢的的浓浓度度足足够够高高时时，就就可可能能产产生生根根部部裂裂纹纹或或焊焊趾趾裂裂纹纹。若若氢氢的的浓浓度度更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。更高，可使马氏体更加脆化，也可能产生焊道下裂纹。当当焊焊接接某某些些超超高高强强度度钢钢时时，会会由由于于焊焊缝缝成成分分复复杂杂，导导致致焊焊接接热热影影响响区区相相变变先先于于焊焊缝缝，这这样样，氢氢会会相相反反地地从从热热影影响响区区向向焊焊缝缝扩扩散散，那那么么延延迟迟裂裂纹纹就可能在焊缝上产生。就可能在焊缝上产生。33精选课件冷裂纹的斜冷裂纹的斜y形坡口试验法形坡口试验法此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。此法主要评定碳钢和低合金钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。具体实验方法是：具体实验方法是：首首先先用用被被焊焊材材料料加加工工成成如如图图所所式式的的试试样样，坡坡口口才才用用机机械械切切削削加加工工。然然后后把把两两端端各各60mm范范围围内内先先用用焊焊缝缝固固定定，焊焊接接时时要要注注意意防防止止角角变形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。变形和未焊透。固定焊缝为双面焊接，要保证填满。试试验验焊焊缝缝采采用用手手弧弧焊焊或或自自动动送送进进焊焊条条电电弧弧焊焊，但但要要注注意意焊焊接接时时引引弧弧、熄熄弧弧方方式式并并应应离离开开拘拘束束焊焊缝缝23mm，如如图图2所所示示。试试验验焊焊缝缝可可在在各各种种不不同同温温度度下下施施焊焊，焊焊后后静静止止24h再再检检测测和和解解剖剖。焊焊接接工工艺艺参参数数为为：焊焊条条直直径径4mm，焊焊接接电电流流17010A，电电弧弧电电压压242V，焊焊接接速速度度15010mm/min。检检测测裂裂纹纹可可用用肉肉眼眼和和放放大大镜镜来来观观察察焊焊接接接接头头的的表表面面和和断断面面上上是是否否存存在在裂裂纹纹，并并用用下下述述方方法法分分别别计计算算出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图出表面裂纹率，试样上裂纹长度计算的示意图见图2。34精选课件图表135精选课件36精选课件37精选课件表面裂纹率表面裂纹率：中中Cf表面裂纹率（表面裂纹率（%）lf表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（mm）L试验焊缝长度试验焊缝长度根部裂纹率根部裂纹率：试样先经着色检验，然后拉：试样先经着色检验，然后拉断或弯断。断或弯断。式中式中Cr根部裂纹率（根部裂纹率（%）llr r根部裂纹长度之和（根部裂纹长度之和（mmmm）断面裂纹率断面裂纹率：在在试试验验焊焊缝缝上上切切下下4 46 6块块试试片片，检检查查5 5个个断断面面上上的的裂裂纹纹深度。深度。38精选课件式中式中CS断面裂纹率（断面裂纹率（%）HS5个断面上裂纹深度之和个断面上裂纹深度之和H5个个断断面面焊焊缝缝最最小小厚厚度度之之和和（mm）。）。如如果果保保持持焊焊接接规规范范不不变变而而采采用用不不同同的的预预热热温温度度进进行行试试验验时时，可可以以测测的的防防止止冷冷裂裂纹纹的的临临界界预预热热温温度度，以以此此作作为为冷冷裂纹敏感性的指标之一。裂纹敏感性的指标之一。39精选课件斜斜y坡口对接裂纹试验的特点：坡口对接裂纹试验的特点：接头拘束度大，根部尖角又有应力集中，因此认为试验中表面裂纹率小于20%，则用于生产就是安全的。斜y坡口对接裂纹试验一般用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向。而对于焊缝金属则用直角坡口对接裂纹试验。其实验方法及程序同斜y坡口。40精选课件其它有关焊接性试验的内容GB4675.1-84GB4675.1-84是小铁砚试验，是小铁砚试验，.2.2是最高硬度是最高硬度法试验，也就是焊缝的横切面上画一根通法试验，也就是焊缝的横切面上画一根通过焊缝、热影响区和母材的直线，在直线过焊缝、热影响区和母材的直线，在直线上每相隔一定距离打一点硬度，得到其最上每相隔一定距离打一点硬度，得到其最高硬度。一般希望最高硬度在高硬度。一般希望最高硬度在Hv350Hv350度以下。度以下。.3.3，.4.4等规定了其它一些试验方法，这些等规定了其它一些试验方法，这些试验均应在开发新材料的鉴定试验中完成，试验均应在开发新材料的鉴定试验中完成，以便给具体材料的焊接工艺评定提供技术以便给具体材料的焊接工艺评定提供技术参数选择的依据。参数选择的依据。41精选课件