Irr Me-thode zur Bestimmung der Rest- Gruppe

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1 OK Fachbereichstanclard Januar 1975 De ts rh 0c.''-> - Elektroenergie-Erzeugungsanlagen _ U -0 1 ( LEBENSDAUERUBERWACHUNG IN DAMPFER- Dem.s c;; \} 'io ;:ganlagen UND FüR BEIBDAMPFLEI- 190 _ Irr Me-thode zur Bestimmung der Rest- Gruppe SI'' lebensdauer - Richtlinie - Deskriptoren: Lebensdauerüberwachung; Dampferzeuger; Heißdampfleitungen; Restlebensdauer.. STANDARDS TELL;_ Verbindlich ab D i e s e r S t a n d a r d TGL /02, Abschnitt 5. g 1 1 t nur in Verbindung m1 t INHALTSVERZEICHNIS Seite 1. Allgemeine Bestimmungen Voruntersuchungen Durchzuführende Versuche Ermittlung der Restlebensdauer Maßnahmen für den Weiterbetrieb Zusammenstellung der verwendeten Formelzeichen 7 Fortsetzung Seite 2 bis 12 Verantwortlich: VVB Kraftwerke Cottbus Bestitigt: Generaldirektor der VVB Kraftwerke Cottbus

2 Seite 2 TGL /13 1. ALLGEMEINE BESTIJIMUNGEN 1.1. Die Methode zur Bestimmung der Restlebensdauer ist auf Bauteile aus den Stählen 15 Mo 3 nach TGL und V 12 MCh nach CMTU Cr Mo 4.4 nach TGL und Ch II nach MR.TU Cr Mo 9.10 nach TGL und Ch 1 MF nach MRTU Ch 1 1l nach MRTU anzuwenden, die in Kraftwerksanlagen eingesetzt, frei von Rissen sind und Uber deren Weiterbetrieb entschieden werden soll Die Methode ist ni,cht anwendbar auf - gekrilmmte Teile m1 t einem Radius <. 200 mm, - Bauteile m1 t einer Wanddicke < 3, 5 mm und - Schweißnähte und durch Schweißen und Schneiden beeinflußte Zonen. 2. VORUNTERSUCHUNGEN 2.1. Vor Dµrchführung von Versuchen ist die Restlebensdauer Z1 fur eine Betriebstemperatur fl'b aus Gleichung (1) zu ermitteln. lg Zi, = lg ( GB/ K.. -ÄbB/105> - lg r; b + 5 lg G'B/104/"'b - lg GB/ 105 /4/:. b (1) 2.2. Den Abfall der ZeitstandfestigkeitAGB/ 10 5 fur ein Bauteil ist in Bild 1, ausgehend von der bisherigen Betriebstemperatur T in K und der Beanspruchungsdauer t in h, abzulesen lli.tr Betriebstemperatur, die zwischen den in Bild 1 angegebenen liegen, ist..s 6B tur die nächst niedrigere Temperatur zu entnehmen.

3 Seite 3 TGL /1J 2.4. Die Werte filr die Ze1tstandfestigkeit6'B/ 1 o4/ undb/ 1 o5/tl:._ b sind folgenden Standards bzw. den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen: 15 Mo 3 TGL und/oder MCh wie 15 Mo 3 13 Cr Mo 4.4 TGL und / oder Ch M wie 13 Qr Mo Cr Mo 9.10 TGL und/oder Ch 1 MF Tabelle 1 15.Ch 1M 1 F Tabelle Die Betriebsspannung/;errechnet sich nach TGL /02 Gleichung (1) Versuche zur Ermittlung der Restlebensdauer entsprechend Abschnitt 3 sind nur erforderlich, wenn sich nach Formel (1) eine Restlebensdauer fur das betrachtete Bauteil von Z:[, ( 105h ergibt und/oder das Bauteil folgende Auf'wei tung bzw. Verformung (e n) aufweist: n >2% für die Stähle 15 Mo 3, 13 Cr Mo 4.4, 10 Cr Mo 9.10 (, n > 1% für die Stähle 12 MCh, 15 Ch M, 12 Ch 1 MF, 15 Ch 1 M 1 F. Versuche sind auch durchzuführen, wenn bisher keine Methoden der Lebensdauerüberwachung entsprechend TGL /02 angewandt wurden. J. DURCHZUFilHRENDE VERSUCHE Die nachfolgend beschriebenen Versuche sind durchzuführen, wenn eines der Kriterien entsprechend Abschnitt 2.6. erfüllt ist. Das Probenmaterial ist der Stelle des Bauteiles zu entnehmen, die der höchsten Temperatur ausgesetzt war. Falls die nachfolgenden Abschnitte keine gesonderten Festlegungen enthalten, hat die Entnahme mehrerer Proben für die Ermittlung eines Kennwertes nach Möglichkeit von verschiedenen Orten des Probestückes zu erfoj.gen, z. B. 2 Proben um 180, 3 Proben um 120 versetzt. b

4 Seite 4 TGL / Zugversuch bei Raumtemperatur nach TGL an drei Proben zur Ermittlung der Mittelwerte von6 0, 2 ;bb; ; und 11' Kerbschlagbiegeversuch bei Raumtemperatur nach TGL an drei Proben zur Ermittlung des ak - Mittelwertes Härteprüfung bei Raumtemperatur nach TGL 8648 (Brinell) oder TGL 9556 (Vickers) über den Probestückquerschnitt in zwei verschiedenen Ebenen (je Ebene mindestens 10 Eindrücke). Bei der Festlegung des Mittelwertes sind nur die flinf niedrigsten Härtewerte zu beriicksichtigen Metallographische Untersuchungen bei Raumtemperatur an drei verschiedenen Proben und Anf'ertigung von Aufnahmen mit V= 500 : 1 und 100:1 von den nach der Richtreihe ungünstigsten Gefügebereichen Koerzitivfeldstärke-Messung bei Raumtemperatur an drei Zugproben vor dem Zerreißen. An jeder Probe sind 4 Messungen durchzuführen, wobei die Probe nach jeder Messung um 180 zu drehen ist. Durch Mittelwertbildung ist H 0 zu berechnen. 36. Chemische Analyse zur Ermittlung der Gehalte C, Cr, Mo und V; des Mo-Gehaltes der Karbidphase KMo sowie des Mo-Gehaltes der Matrix o nach eingeführten Verfahren Warmzugversuch an je zwei Proben nach TGL zur Ermittlung der Mittelwerte von Go, 2 1.flb und o, 2 ;,,v'! Als Prüftemperaturi''tst die Temperatur zu wählen, die der Betriebstemperatur nahe kommt und für die ein Mindestwert (Tabelle 3) vorliegt. 3.a. Warmhärteprüfung zur Ermittlung von HB {; und HB ; 1 (ftir Stähle 12 MCh, 15 ChM, 12 Ch 1MF; Last PBH = 750 kp) bzw. HV 10 s 1 und HV 105i4"'(ftir Stähle 15 Mo 3, 13 Cr Mo 4.4, 10 Cr Mo 9.10, 15 Ch 1M 1 F; Last PHV = 10 kp) an einer Probe. Bei folgenden Belastungszeiten sind jeweils zwei Eindriicke auszuführen: 200, 1000, 5000 und s. Als Pril:ftemperatur.rlst die Temperatur zu wählen, die der Betriebstemperatur{nahe kommt und für die ein Mindestwert (Tabelle J) vorliegt. Die Werte HB 10 5 bzw. HV 10 5 sind durch gradlinige Extrapolation im doppeltlogarithmischen Koordinatensystem zu

5 TGL /13 Seite S er.mitteln Entsprechen die e_rmi ttelten Kennwerte den Grenz- bzw. Mindestwerten der Tabelle 3 bzw. ertullt nur ein Kennwert die Bedingungen nicht, können Zeitstandversuche entfallen. Weichen mehrere Werte von den Grenz- bzw. Mindestwerten ab, ist ein Zeitstandversuch nach Abschnitt J.10. durchzuführen. J.10. Zeitstandversuch nach TGL bei mit folgenden Beanspruchungen:6'B 110 3;.( b t;b/ //b {f, B/10 4 tn G B/105;'1b ' Durch Zwischenausbau der Proben nach 100, 300, 500,1000, JOOO, 5000 und h ist die bleibende Dehnung zu erm1 tteln. Nach Bruch der Probe6'B bzw. nach h ist der Versuch abzubrechen. Durch geradlinige Extrapolation im doppeltlogari thmischen Koordinatensystem lgu = f ( lgt) ist die Zeit standkurve grafisch zu er.mitteln. 4. ERMITTLUNG DER RESTLEBENSDAUER 4.1. z h Als Restlebensdauer gilt der sich aus der Gleichung (1) ergebende Zi - Wert Zf,(10 5 h Wenn die Grenz- bzw. Mindestwerte nach Tabelle 3 durch die entsprechend Abschnitt 3.1. bi 3.a. ermittelten Kennwerte vollständig bzw.mit einer Ausnahme erfüllt sind, ist z1 2 aus Gleichung (2) zu ermitteln.

6 Seite 6 TGL /13 z h Als Restlebensdauer für eine Betriebstemperatur gilt z1 2 nach Gleichung (2). Z' ) 105 h L2 Es ist z1 nach Gleichung (2a) zu berechnen 3 lg 0' 8 B/ /.,/"b - lg (; = ,30 lg o,a.r;b 110 5;tJb - lg o,8.r;b/ ,Jb (2a) Der Wert z1 3 gilt filr eine Betriebstemperatur als Restlebensdauer. Die Werte filr G'B/ 1 o4f"b, B/ 10 5 J4'b und 6'B/ Jb Abschnitt 2.4. zu entnehmen sind Werden die Grenz- bzw. Mindestwerte nach Tabelle 3 von mehreren entsprechend Abschnitt 3.1. bis 3.a. ermittelten Kennwerten nicht erfilllt, sind aus der entsprechend Abschnitt J.10. ermittelten Zeitstandkurve die Zeitstandkennwerte f5b/ 104 ;A und B/ 105 ;+'b festzustellen. Die Restlebensdauer ZL 1 für die Betriebstemperatur 4"b errechnet sich dann aus der Gleichung (3) Die Registrierung und Auswertung der Ergebnisse sind in einem Gutachten auszuweisen. 5.llAßNAHMEN PUR DEN WEITERBETRIEB Grundsätzlich ist ein Weiterbetrieb bis ZL, ZL 2 bzw. ZL 1 möglich, wenn die im Gutachten unter BerUcksichtigung der TGL /02 festgelegten Maßnahmen und Porderungen beim Weiterbetrieb eingehalten werden.

7 TGL 1 6. ZUSAIlvIBNSTELLUNG DER VERWENDETEN FORMELZEICHEN Benennung Restlebensdauer nach For.mel (1) Betriebstemperatur --Als Betriebstemperatur.g ist die statistisch gescherte mittlere Wandtemperatur oder die statistisch gesicherte mittlere Dampftemperatur einschließlich Zuschlag zu verwenden) Prüfte.mperatur (entsprechend Tabelle 3) Zeitstandfestigkeit für 105h Zeitstandfestigkeit :filr 104h Formelzeichen v' GB/105/A 'B/105 /"f, Zeitstandfestigkeit für 5.1cYh {; B/S. 103 J/b Zeitstandfestigkeit für 10 h 6 B/ 10 3 /_;f, 0,2 % - Debngrenze G 0,2 OB Zugfestigkeit Koerzitivfeldstärke He Mo-Gehalt der Karbidphase o Mo-Gehalt der Matrix o Brinellhärte. HB Vickershärte HV Betriebsdruck Pb Außendurchmesser Da Istwanddioke s Betriebszeit t Zeitstandfestigkeit -gb aus Versuchen Zeitstandfestigkeit für t (h) GB/t Betriebsspannung Abfall der 105- Zeitstand- A GB/105 festigkeit Aufweitung 6n Bruchdehnung d5 BrucheinschnUrung Kerbschlagf'estigkeit 8K Restlebensdauer nach ZL2 Formel (2) \ Einheit OC kp/mm.2 Oe % % kp/mm2 kp/cm 2 mm mm h % % % kpm/cm 2 h

8 Seite 8 TGL /13 Benennung Restlebensdauer nach Formel ( 3) Larson-Miller- Parameter Restlebensdauer nach Formel (2a) Formelzeichen P Einheit h h

9 'flllt 1an-110/11!=:A1tA <: Bild 1: 11odif izierte Lebensdauersohaubilder fur warmfeste Mo-, Cr- Mo- und Cr- Mo- V - legierte Stähle 3-1Mo3, 12MCh z für P 21,4 1 G'R1105 = ' 13CrMo,.4, 15ChM! J So" 7 { 5'*0 (, " s / V/ -, V/.J-530_...-- / V V--- i---- f.. J / " V L J \C) ' q,o \!) <3 5 ".,r;,-.v -/':ssso i CrMo z..,,,,,,- J.500_.. i- - i, V n ,,,,.,...-.V Ch1MF, 15Ch 1N1F,,.,,,,,. " V & ',, II u Jf P= T( 20t log } ia ZJ 11 xi#

10 Seite 10 TGL /13 Tabelle 1: Zeitetandfestigkeitswerte für den Stahl 12Ch1MF > Zeitstandfestigkeit in für in h GB/103;,r G B/10 4 #' 'B/105/,f b B/2.105 /,f' ,2 20,0 14,9 13, ,5 18,3 13,4 12, ,9 16,7 12,0 10, ,J 15,2 10,7 9, ,8 1.3,7 9,5 8, ,3 12,J 8,4 7,4 (560) 15,8 11,0 7,4 6,6 (570) 14,4 9,8 6,6 5,8 (580) 13,1 8,7 5,8 5,2 (590) 11, 8 7,8 5,2 4,6 (600) 10,6 1,0 4,6 4, 1 (610) 9,4 6,3 4,1 3,7 +) Mittelwerte, Streubereich ± 20 % ( ) für Dauerbetrieb nicht vorgesehen Tabelle 2: Zeitstandfestigkeitswerte für den Stahl 15Ch1:M1F +) Q Zeitstandfestigkeit in kp/mm für in h G B/1031.r GB/ r G BI 1 o5 II' bp,/2.1 o5 /,/' ,5 23,4 18,0 16, ,2 21,0 16, 1 14, ,7 20,1 14,4 12,s ,2 18,J 12,9 11, ,6 16,6 11,7 10, ,0 14,9 10,6 9, ,3 13,4 9,6 8, ,5 12,0 8,6 7,8 (580) 15,B 10,0 7,8 7,1 (590) 14,3 9,8 7,1 6,5 (600) 12,9 8,9 6,5 6,o (610) 11,7 8, 1 6,0 5,6 +)Mittelwerte, Streubereich± 20 ( ) für Dauerbetrieb nicht vorgesehen

11 :.:) Tabelle 3: Grenz- bzw. Mindestwerte filr die Lebensdauerprlifung Kennwert Temp.. OC 15Mo3 12MCh 13CrMo4.4 15ChM 1 OCrMo9.10 c,cr,mo,v entsprechend Abschnitt 1.1. Go, t,_ l/ij GB ' c1' 'f() ' SfJ-1() ak 6-?0, _lo 5-11, HB, fil '1Z'1-.fll Gefügeklasse Richtreihen in Vorbereitung He 2,7-3,2 n.b , 3-8, 6 Kmo n.b. 50 n.b. 40 n.b. M.Mo n.b. 0;1E (0, 12) n.b. clo,20) 60, 2/rf 1 51 )0 lb t:t: 51!!2b 5 >5 22 1) u. 1 0 S'.:;>5 b3 HB1051"' 1 fo? u HV 105/-1" Ch1MF 15Ch1M1F auf Grund des gegen wärtigm Standes sind noch keine Angaben mög lieh ) n.b. n.b. n.b. t:l,. lb & ru 50 :!"34 -+ i:s (1) i:s ct ri- CD "d 1 1-J N 0 - l:j' N CD c:s p, i:s g t1 P't-' i:s... CD 0 r:s'n ri- ct l1ä ri-..a 1 1 1\)..A 1 O'\ -..J 0 i:s..a \D O'\ CX> t-3 lt) -4 \D?..A..A \.N Cll CD... ri CD -4-4

12 Seite 12 TGL /13 HINWEISE Im vorliegenden Standard ist aut folgende Standards Bezug genommens TGL /02 TGL TGL CllTU MRTU TGL TGL TGL TGL TGL TGL Mitteilung 8 Lebensdauerilberwachung in Dampferzeugeranlagen und fur Heißdampfleitungen, Grundlagen Nahtlose Rohre aus Stahl mit gewährleisteten War.mfestigkeitseigenschaften Stahlbleche fur den Kesselbau Rohre fur Hochdruckkessel und -Uberhitzer Technische Bedingungen Nahtlose Stahlrohre filr Dampfkessel und Rohrleitungen PrUfung metallischer Werkstoffe Zugversuch an Rohren PrUfung metallischer Werkstoffe Härtemessung nach Brinell PrUfung metallischer Werkstoffe Härtemessung nach Vickers PrUfung von Stahl unterbrochener Krichvereuch bei erhöhten Temperaturen PrUfung von Stahl Zeitstandversuch bei erhöhten Temperaturen Prllfung metallischer Werkstoffe Besti.mmung del?" Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur Ermittlung der llindestlebensdauer Katalog "Werkstoftinf ormationen fur den Kra:ttwerksbetrieb; ORGREB-IfK I-20-1 H 92/