世界各国缺陷评定规范的发展

世界各国缺陷评估规范的发展

概论

本文简介近来四年来国际上构造完整性评估技术的发展，重要集中在近

年来世界各国有关规范的发展与变化,作为1992年及1997年在第三届

和第四届全国压力容器学术会议专题汇报”压力容器缺陷评估规程的发

展趋势力］及”压力容器及管道断裂评估技术研究进展”［2］的续篇。

近年来国际上广泛地将缺陷评估及安全评估称之为完整性评估或“合

乎使用”评估,它不仅包括超标缺陷的安全评估,还包括环境（介质与温

度）的影响和材料退化的安全评估，鉴于我国已经习惯称之为缺陷评估,

且中文“缺陷”二字既可理解为“defect”,也可理解为“drawback,本文在

标题中仍然保留了缺陷评估的术语,但不一定限制为一种有详细几何尺

寸的缺陷评估。按“合乎使用”原则建立的构造完整性技术及其对应的工

程安全评估规程（或措施）越来越走向成熟，已在国际上形成了一种分

支学科，在广度和纵深两方面均获得了重大发展。在广度方面新增了高

温评估、多种腐蚀评估、塑性评估、材料退化评估、概率评估和风险评

估等内容；在纵深方面:弹塑性断裂、疲劳、冲击动载和止裂评估、极

限载荷分析、微观断裂分析、无损检测技术等均获得很大的进展。

在评估规范和措施方面:英国的R6规范第3版（1986）网和PD

6493:1991[4]对我国压力容器安全评估规范SAPV-95时建立起过很重

要的作用。瑞典缺陷评估规范(手册)[5]的译文也在我国广为流传。德

国CKSS研究中心1991年刊登了EFAMETM的工程缺陷评估措施

[6]o法国在其“核电厂部件在役检查规则”(RSE・MCode)[7]的第五章

中给出了"缺陷评估措施”。这些国家的原则均有一种长期工作组织，不

停予以更新。例如1996年瑞典又给出了“带裂纹构件安全评估规程-手

册SA/FoU-Report的修订版”[8]。

值得指出的是近年来欧美安全评估规范的发展有两件标志性的大事。

第一件是1996年欧洲委员会(EuropeanCommission)为了建立一种

统一的欧洲实行合于使用评估原则，发动组织了一种研究计划，有9个

国家的17个组织参与，于1999年完毕了“欧洲工业构造完整性评估措

施”,简称SINTAP[9],已于2023年刊登并已形成了一种未来欧洲统一原

则的草稿。由于英国R6.PD6493.德国的CKSS及瑞典技术中心都是

SINTAP研究的关键组员，SINTAP也是他们共同参与研究后形成的共

识，鉴于SINTAP很快将要成为欧洲的统一原则，R6及BSPD6493在

它即将颁布新版前夕，对它们各自的修改稿又作了一次紧急修改。R6于

2023年颁布了他的全新版(第4版)[10]；PD6493于2023年颁布了

他的修订版,但代号已改为BS7910:1999(11],取消了PD代号而正式

列入正规的英国原则。第二件大事是美国石油学会于2023年颁布了针

对在役石油化工设备的合乎使用评估原则API579(12],在内容上具有鲜

明特色,反应了构造完整性评估技术研究范围有了很大的拓宽。鉴于世

界各国缺陷评估规范的迅速发展，InternationalJournalofPressure

VesselandPiping期刊于2023年刊登了一种专刊，题名为”缺陷评估措

施”[13],简介了国际上十个缺陷评估规范的进展,其中也包括了我国八五

攻关编制的SAPV-95[14]。本文重要简介和论述：1.欧洲工业构造完整

性评估措施（SINTAP）；2.英国含缺陷构造完整性评估原则（R6）；

3.英国原则BSIPD6493的修改版一一BS7910金属构造中缺陷验收评

估措施导则；4.美国石油学会原则API579推荐用于合乎使用的实行措

施的概貌和最新进展。

1.欧洲工业构造完整性评估措施（SINTAP）[9]

EuropeanComsertium于三年前开始组织欧洲9个国家17个组织研

究，于1999年4月完毕了SINTAP日勺编写，这将是欧洲统一时合乎使用

原则日勺草稿,应当引起国人日勺注意。

1.1SINTAP第1章中缺陷评估H勺两类分析措施和7个分析级别

SINTAP分为4章，第1章简介了总的措施和规程。

SINTAP采用了失效评估图（FAD）和裂纹推进力（CDF）的两类分

析措施。FAD的关键是失效评估曲线,f（Lr）,只要评估点（Lr,Kr）落在

FAD图内日勺安全区，则缺陷就是安全日勺。CDF是直接按J<JIC日勺判据来

进行评估日勺，不过裂纹推进力J的计算措施规定应按失效评估曲线的体

现式f（Lr）求得，因此尽管CDF法和FAD法形式上有所不一样，但实质

是同样的。因此这里只简介SINTAP日勺7个级别及其失效评估曲线。

1.1.1第0级（defaultlevel）

在仅可得到材料值和AKV值时使用。

取值为

(2)无屈服平台材料的失效评估曲线，也分三段表述

在Lr<1处：(9)

式中系数u可由值估算：

(10)

在Lr21处：

在Lr=1处有一垂直下降线直至Lr(1)o在Lr>1时为曲线，仍采用式

(7)计算f(Lr),但Lr=1时日勺Lr(1)值用式Lr=1时的ILr⑴值用式(9)

计算，并用式(8)估算N。

1.1.3第2级(mismatchlevel)

和第1级相似，使用条件是要能获得材料力学性能和断裂韧度。用于

焊缝强度不匹配程度超过10%口勺场所，这时它必需要懂得母材和焊缝两

者的拉伸力学性能。因而分三种状况，分述如下：

(1)母材及焊缝两种材料均无屈服平台时.(第一种状况)

仍可应用第1级中的J无屈服平台时日勺失效评估曲线三段体现式，但式

(9)及式(8)中的u值和N值应改用不匹配时日勺值HM和NM,不匹

配焊缝接头的取uM,决于母材及焊缝H勺u值和，不匹配焊缝接头的塑性

屈服载荷FyMo以及假设这一元件没有焊缝完全是母材时的塑性屈服载

荷FyB。定义焊缝屈服强度与母材屈服强度之比值M为强度不匹配

因子,则：

(11)

式中:

(12)(13)

不匹配焊接接头的NM可由式(14)求得：

(14)

式中：

(15)

(16)

(17)

(2)焊缝及母材均具有屈服平台时(第二种状况)

仍可应用第1级中有屈服平台时的失效评估曲线，也分三段，即式

(3)、(4)、(7),但式(4)中的人应用入M替代，式(7)中日勺N

用NM替代。

(18)

式中：

(19)(20)

截止线Lrmax值仍按式(17)计算。

(3)焊缝或母材之一具有屈服平台时(第三种状况)

在Lr<1处：可以采用第一种状况时的失效评估曲线，但uM计算中具

有长屈服平台H勺那个材料日勺u值可以不计，例如母材具有屈服平台，则式

(11)改为：

(21)

在Lr=1处：按第二种状况具有屈服平台材料时的措施保守地获得较低的

f(1)值，将无屈服平台日勺那个材料的人取为0,例如母材具有屈服平台,

f(1)计算时所用日勺计算式入M(式18)改为：

(22)

式中，入B按式(20)计算。

在Lr>1处：按第二种状况同样的措施看待。

1.1.4第3级(stress-strainlevel)

这一措施规定可获得材料的关系曲线以求得f(Lr),当然也需要懂得

材料的断裂韧度值才能进行评估。第3级不仅能计算焊缝基本匹配的状

况，也可以用于不匹配焊缝日勺评估。

在不波及焊缝时或焊缝基本匹配时采用R6第3版的选择2曲线，即：

(23)

式中，为在材料单向拉伸关系曲线上与相对应的应变值。

在强度不匹配焊缝时也用式(23)，但值H勺计算均应采用母材与焊

缝构成的含缺陷元件日勺当量关系曲线,它是根据塑性极限载荷相等日勺原

则求得的，当然和母材关系、焊缝的关系、不匹配因子M及FyM及

FyB有关。的塑性部分(塑性应变的关系为：

(24)

式中是指在设定日勺任一塑性应变量£P时，当量关系曲线上、焊缝

关系曲线上及母材关系曲线上的应力值，因此就是当量日勺关系。因

从而可得到当量材料的关系。应当指出日勺是这里的不匹配因子M值并

不是1.1.3节中的M值，而是在不一样塑性应变量£P时的不匹配因子

M(£P),不是材料常数，与£PH勺大小有关。只有当两种材料关系形状

完全相似时，M(£P)才有也许是常数。

(25)

并且式(24)中的FyM/FyB值也应当是在这些M(£P)下的值。这时

当量屈服应力当量流变应力及Lrmax分别定义为：

(26)

(27)

(28)

这里为两种材料流变应力对应的两个塑性应变中较低者的I值。对

应的流变应力计算的FyM及值。

1.1.5第4级(constraintlevel)

本级别的评估是根据裂尖拘束度的详细状况估算材料实际断裂韧度来

进行评估。按断裂韧度原则测试措施测试试件必需要有足够尺寸以保证

获得最低日勺平面应变断裂韧度值,而实际工程元件缺陷往往是很浅的，只

有较低的拘束度，显然如能按实际拘束度的断裂韧度来进行评估可以减

少评估的过保守度,不过规定有附加口勺测试数据。

这是在著名的J-Q理论基础上发展起来日勺一种措施。引入了无因次拘

束参量B以描述裂尖静水应力Qo或用平行裂纹日勺弹性应力T作为来描

述。参量。评估时FAD及Kr的计算均耍作对应欧|修正,由丁篇幅有限,

这里就不作深入地简介了。

1.1.6第5级(J-integralanalysis)

规定已知材料应力应变关系曲线以计算J积分，可以是没有焊缝的构

造，也可以是不匹配焊缝(这时规定焊缝及母材口勺应力应变关系都已

知），实际上就是严格有限元计算解。实际上第5级只被用来作为验证

各低级措施的工具,并不是合用于工程评估的措施。严格H勺有限元计算

J积分已为大家熟知，SINTAP也没有作详细简介。

1.1.7第6级（LBB）

部分穿透欧I表面裂纹也许继续扩展通过剩余韧带变成穿透裂纹引起泄

漏，但仍然也许处在稳定状态,这就是LBB状态。SINTAP提供了一种

新的估算裂纹扩展过程中缺陷形状变化的估算措施。由于穿透前或穿透

后裂纹会不会扯破失稳的评估过程和R6第3版相似，不过是根据详细

状况选用前面儿级中日勺某一失效评估曲线进行评估，因此这里也不再作

详细简介了。

1.2SINTAP规程新发展的某些细节

SINTAP第2章提供了评估所需输入数据及计算措施。第3章提供了

各级分析措施选择的导则和应力强度因子解、塑性极限载荷解及残存应

力分布等。第4章给出了某些其他评估措施和原则措施的补充阐明。值

得一提的是：

（1）在缺乏材料详细的应力应变关系数据时,SINTAP通过大量钢材性

能研究提供了材料应变硬化性能、屈强比及屈服平台（Luders应变）

日勺估算措施。这些措施可用以改善式（9）的f（Lr）以减少评估过保守

度。

（2）在大量断裂韧度测试的记录处理后，近一步发展了ASTME1921-

97时所谓Master曲线，SINTAP提出了由AKV估算铁素体钢解理断裂

区断裂韧度下限值的措施。这一措施也已被R6第4版及BS7910所采

用。华东理工大学博士生秦江阳在20号钢韧脆转变温度曲线的大量数

据研究表明AKV和启裂断裂韧度Ji之间不存在明确H勺简朴H勺数学关

系；刘长军在其博士论文中用该搜集到的实测材料数据考核美国短裂纹

研究计划中由管材AKV求JIC下限值得推荐措施，也证明了AKV-JIC

日勺关系图上数据上分分散。但鉴于实际工程评估中一般都不也许取样测

得材料的断裂韧度，下限值的估算还是很有实际意义淤J,但应当认识到估

算的断裂韧度值也许十分保守，有时甚至只有实际值H勺五分之一左右。

SINTAP的措施值得我们深入工作的关注。

(3)SINTAP提供了一种无损检测技术可靠性导则。提出了在失效模式为

塑性极限载荷控制(而不是断裂控制)时日勺缺陷群互相干涉效应的导

则。

(3)SINTAP提供了一种无损检测技术可靠性导则。提出了在失效模式

为塑性极限载荷控制(而不是断裂控制)时的缺陷群互相干涉效应日勺导

则。

(4)二次应力的处理中不仅采用了R6的I新P因子法，同步还给出了另

一措施,二次应力的影响用V因子表达，即：

(29)

V因子也许是不小于1,也也许不不小于1(深入细节可参照J.Strain

AnaL2023;35;307-16)。

(6)增补了大量应力强度因子解，例如在一次和二次应力时简体表面裂

纹的应力强度因子解。提供了大量不匹配焊缝构造日勺极限载荷解。

(7)SINTAP给出了可靠性评估措施及其对应软件PROSINTAP,采用

MonteCarlo数学模拟及近似H勺一阶可靠性过程(approximatefirst

orderreliabilityroutines）。

（8）SINTAP对所提出的措施作了大量的验证工作。

2.R6-Revision4:2023[10的概况及新发展

R6-Rev.4:2023是在英国BritishEnergy（英国核电企业）、BNFL

（英国核燃料企业）及AEA（英国原子能管理局）构成的构造完整性评

估规程联合体下的R6研究组编制mJ。R6第3版后已陆续地增补了10

个新附录，由于近色来断裂力学评估技术的发展尤其是SINTAP.

BS7910和美国API579的出现，故而吸取世界各国研究进展和R6自己

发展计划决定对R6作了全面修改，于2023色颁布了第4次修订版。

现将重要变化简介如下：

2.1失效评估曲线三种选择日勺变化

（1）R6-op.1的原失效评估曲线被SINTAPH勺第0级H勺曲线取代，即

由：

（30）

改为：（1）

以保证在低处与R6-op.2曲线一致，对有屈服平台材料Lrmax取等于

1o

（2）R6-op.2改为有三种曲线。

原R6-op.2曲线仍保留，被称为材料特性的选择2曲线（式23）,用

于己知材料应力应变关系数据时建立选择2曲线。

在不懂得材料应力应变关系数据时，采用SINTAP第1级（基本级）

失效评估曲线的研究成果，给出口勺两种可供选择日勺近似曲线，分别用于无

屈服平台日勺持续屈服材料和有屈服平台的非持续屈服材料，只规定懂得

材料日勺屈服强度、抗拉强度和杨式模量，不需要懂得应力应变关系曲

线。

一种是持续屈服(即无屈服平台)材料用的近似选择2曲线。

在Lr〈1的范围内，⑼

在Lr>1但〈Lrmax的I范围内，(7)

这里,f2cr(1)为按式(3)在Lr=1时日勺(Lr)值。

(10)N为材料应力•塑性应变关系用幕函数拟合表达时的指

数，可用式(8)近似估算。

(8)

另一种就是不持续屈服(有屈服平台)材料H勺近似选择2曲线。

在Lr<1处：

(3)

在Lr=1处口勺f2dy(Lr)为：

(4)

这里(5)

屈服平台长度可按下式估算

(6)

在1<Lr<L2max处：

⑺

在运用上述新失效评估曲线时必然会发现一种问题，假如既无应力应

变关系数据，又不懂得其与否是非持续屈服(有屈服平台)材料，该假如

办呢？规范给出了根据材料屈服强度、材料化学构成及热处理方式判

断与否为不持续屈服材料日勺导则。

（3）R6-op.3曲线没有更改

2.2分析类别的变化

取消了原R6的容许有限量扯破口勺第2类分析。第1类分析和第3类

分析已更名，直截了当地称为基于起裂的分析和基于延性扯破日勺分析。

2.3成果意义的评价措施的变化：增补了在有多种一次载荷作用时”评

估成果意义”的评价措施，但取消了本来的一次加二次的联合载荷时确

定FL的图解法。

2.4R6附录日勺发展与变化

1986年R6・Rev.3时已经有8个附录，它们是：1.断裂韧性值确实定

2.塑性屈服载荷分析3.应力强度应子确实定4,Krs的计算5.计算机辅助

H勺计算6.疲劳和环境导致裂纹扩展的计算7.I型、II型和III型载荷下的

计算8.由C・Mn（低碳）钢制作构造完整性评估。

R6第3版颁布后又陆续地增补了10个新附录，反应了安全评估技

术的范围日益扩大，它们是：9.LBB分析10.概率断裂力学11.位移控

制载荷分析12.焊接残存应力确实定13.载荷历史的影响（包括水压试

验、温预应力，载荷次序及持续载荷的影响）14.考虑拘束度的修正

15.裂纹止裂16.强度不匹配17.局部法18.有限元法。加上过去1986年

版的8个附录，到1999年时已经有了18个附录了。到2023年正式出

版第4版前，他们将这些内容又所有进行补充修订，考虑到新版不再设

置附录，而将这些附录的内容分散到文本中，分别以节的名义出现。

整个文本分为五章：

第一章：基本规程

第二章：基本规程日勺输入

第三章：其他评估措施

第四章：一览表（包括极限载荷解，强度不匹配的极限载荷解，应力

强度因子解及残存应力分布）

第五章：验证及应用案例

大部分新附录均列入第三章（其他评估措施），共分14节，用于替

代笫一章日勺基本规程，这些措施又分为三类：第一类是用丁特定评估目

日勺的新措施，包括LBB评估、裂纹止裂评估、概率断裂评估和位移控

制载荷时日勺评估。第二类是使第一章的基本措施不必要的保守程度减少

从而更精确的某些评估措施，可以计算出更明确的安全裕度。包括拘束

度影响的修正、强度不匹配影响的修正、局部法导则及加载历史的影

响。第三类为深入支持第一章基本措施的某些措施，包括有限元导则、

J积分估算法、持续载荷评估、I型II型加IH型载荷下的评估及C-Mn

（低碳）钢构造的评估。下面简朴简介几种读者也许感爱好的新措施。

2.5裂纹止裂评估

在1999年日勺R6时为附录15,在2023年颁布时被列为第三章第12

节,这是2023年新增日勺评估措施，全文长15页。

有时会碰到虽然发生脆性裂纹起裂，但有也许自动止裂而不发生扯破

失稳失效。例如热冲击事件的孔边裂纹开裂后日勺扩展，首先，裂纹扩展

是向温度较高区域扩展，材料断裂韧度越来越大，另首先，由于裂尖离

孔边越远，应力强度应子越低，断裂推进力不停下降，因而当断裂推进

力低于裂尖温度下的断裂韧度时就有也许止裂。裂纹止裂取决于裂纹体

几何尺寸、承受载荷、温度和材料，止裂应当考虑动态效应，并且动态

断裂韧度是温度的函数。本评估措施就是给出该裂纹能否止裂日勺评估。

R6在该节中提供了两种措施，一种是基于材料静态性能K1a的静态分

析法(III-15.5.1),另一种是基于材料动态性能K1d、K1A口勺动态分

析法(HPI252)o在静态分析中引入了一种系数fs以阐明动态的影

响，但fs值H勺大小还值得深入研究。

2.6局部法评估

为R6第4版第3章第9节欧J措施，长22页，在第5章给出了一种

验证案例，长10页。

局部法是基于裂纹尖端或尖缺口处的应力应变、局部损伤与其断裂

临界状态有关日勺事实，是材料失效微观力学模型在工程上日勺应用。这些

措施是通过材料特性参量来标定欧I,这些参量是参照试验数据、定量金

相和有限元分析的联合而推导出来的。一旦求得该材料的参量，由于认

为它们和试件几何尺寸无关，与载荷无关，从而可用于评估该材料制的

任何构造。

R6的HI-9节中给出了四种局部法模型，它们是

a.Beremin解理断裂模型[IIL9.6]

b.Beremin延性断裂模型[IIL9.7]

c.Rousselier损伤力学模型[HL9.8]

d.Gurson损伤力学模型

第1个模型是解理断裂模型，其他3个都是延性损伤模型。

BereminH勺两个模型用于预期裂纹起裂，Rousselier和GursonH勺两

个模型既可用于预期起裂，乂可用于预期扯破行为。

2.7焊缝不匹配H勺影响

R6日勺基本措施用于焊缝裂纹评估时采用裂尖区材料的断裂韧度，材料

口勺拉伸性能是采用缺陷所在部位最弱区的材料拉伸性能，这样做是十分

保守的。而R6第4版第3章第8节给出的焊缝不匹配影响的评估措施

更为精确，从而可以减小用笫1章的措施进行评估时时过保守性。

这一措施采用了SINTAP第2级(不匹配级)欧I措施,没有实质的不

一样，只是编写的形式不一样。

组合材料的当量关系与SINTAP同样，即式(24)oM、M(eP)、

日勺定义及计算均与SINTAP日勺一致，不再需要阐明。

不一样H勺是R6在不匹配评估时的失效评估曲线仍然采用三种选择,

如1.2.1节所述，由于选择2有三种曲线，共有5条失效评估曲线。因此

R6第4版不匹配时的失效评估曲线口勺内容就是分别给出不一样失效评

估曲线在焊缝材料不匹配时口勺体现式，N、口和人都应是不匹配焊件裂

纹体的值，NM、uM和入M.但它的计算措施的来源仍取至SINTAP日勺

成果。

截止线分别为:

0P.1时，Lrmax取

(31)

0P.2及0P.3时，Lrmax取(32)

这里为曲线的屈服强度和抗拉强度日勺平均值。

评估时Lr的计算:

(33)

式中F为引起一次应力H勺载荷，FyM为两种材料组合元件按及为屈

服应力口勺刚性-完全塑性材料假设计算日勺构造塑性屈服载荷。

FyM解是通过有限元分析获得的。R6第4版第9章IV.2节专门给出

了强度不匹配时内极限载荷解,包括缺陷位于焊缝不一样位置的平板、

圆筒或三点弯试样日勺极限载荷FyM的解，长达23页。

从已获得欧I的解可看，不管是过匹配（M>1）还是欠匹配（M<1）,

FyM/FyB值（即不匹配焊接接头日勺塑性极限载荷与纯母材H勺塑性极限载

荷之比）总是处在1至M之间。因而MV1日勺欠匹配时，可取（FyBM）下

限值为FyM,在M>1的过匹配时取FyM等于FyB,总是保守的。在过匹

配时，（焊缝厚/剩余韧带）越大，或者（a/w）越小，焊缝不匹配对极限

载荷（FyM/FyB）的影响越低。假如裂纹靠近熔合线，FyM值非常靠近

FyB的值。在欠匹配时（a/w）值不影响FyM,尤其在（焊缝厚/剩余制

带）值较大的时候。

2.8持续载荷（sustainedlocal）

对延性材料，虽然温度低于蠕变范围也也许发生与时间有关的塑性变

形，因而受持续载荷构造也许在应力水平低于其在单调加载和位移加载

时的塑性失效载荷下发生断裂。然而一般仅发目前持续载荷靠近单调加

载的塑性极限载荷时才发生失效。但在较低载荷下也许发生有限裂纹扩

展，导致构造承载能力的减少。

试件试验显示，奥氏体钢和铁素体钢在持续载荷到达或超过全面屈服

（即Lr=1）时才也许发生与时间有关H勺断裂，这些试验是铁素体钢在室

温和70℃进行日勺。因而在评估时当Lr<1时不必要考虑持续载荷。316

钢在室温下试验表明，Lr<0.65持续时间不不小于100h时持续载荷效应

可略而不计，在再持续1h后来相对因子0.65的值才很慢地减小。铁素

体钢当Lr〈0.9时也可不考虑。

本规程给出了考虑持续载荷效应的评估措施，其原理是考虑持续时间

内塑性应变积累对Lr和Kr的影响，即对评估点位置的影响，仍然用失效

评估图进行断裂评估和塑性失效评估。一般采用选择1曲线，也可采用

其他高级的失效评估曲线。根据试验认为持续载荷效应对Lrmax值没

有影响。

评估的过程是先选择持续时间th内容许的裂纹扩展量△a0,当然△aO

应当不不小于断裂实效日勺裂纹扩展量4a仁af-aO(af为断裂临界尺

寸)，并有足够H勺安全系数。定义a仁a0+4a0,材料H勺断裂韧度也应当

是对应于△aOI的断裂韧度Kmat(△aO)。按a1及计算Lr。由Lr得

到值，再确定参照应变，它是参照应力和持续时间的函数，可由评估温

度下的恒应力蠕变曲线或等时MJ单向应力应变数据获得。然后计算

Kr=K1(a)/Kmat(AaO)和评估点/J纵坐标。将(Lr,Ktr)点在失效评估图中

完毕评估工作。

3PD6493的修订版-BS7910:1999(11]

PD6493:1991已与PD6539:1994(高温评估措施)[15]合并，根据

它们近十年来研究成果，包括SINTAP的欧洲统一安全评估措施的研究

成果，于2023年刊登了修正版，称为BS7910:1999,规范名称改为“金

属构造中缺陷验收评估措施导则”。

3.1断裂评估措施的变化

仍然是三级评估。

本来的初级评估内容基本不变，但改称简化评估措施，采用失效评估

图法。而原PD6493中的COD设计曲线法被列入BS7910的附录N,

COD没计曲线的地位深入下降。

第2级正常评估法经历了一种波折的修改正程。原PD6493:1991

版的第2级正常评估法为老R6（第2版）的COD窄条区模型失效评

估曲线。1995年及1997年的修改草稿中改为三种选择，第一种为

1991版的窄条区模型失效评估曲线，用于时低硬化材料，第二种为R6

第3版的I0P.1曲线，用于的高硬化材料，第三种为R6第3版的0P.2

曲线，反应出PD6493全盘R6化的过程。由于近年SINTAP的成功实

现了欧洲安全评估措施的统一化，在2023年BS7910:1999颁布时，和

R6第4版同样均采用了SINTAP的统一成果，COD窄条区模型的失效

评估曲线也取消了。BS7910的第2级正常评估的失效评估曲线改为两

种，即2A级和2B级。

2B级曲线与原PD6493:1991版的第3级评估曲线相似，即R6第3

版的OP,2曲线（式23）。

2A级曲线采用SINTAP的基本级评估曲线（参见112节）。

假如应力应变关系曲线已知可用2B级，否则用2A级。对有屈服平台

的非持续屈服材料或者不能证明没有屈服平台，在使用2A级失效评估

图时Lrmax应取为1.0,否则只有采用2B级的曲线。

BS7910第3级（扯破失稳评估）仍然保留PD6493:1991中的3A

级和3B级不变，在己知材料应力应变关系时用3A,否则用3B«

BS7910还增长了一种3C级，其实就是采用了R6第3版0P.3失效评

估曲线。

3.2疲劳评估的变化

BS7910的疲劳评估措施基本上与原PD6493:1991的相似，仅作了少

许修改。PD6493的特色也许是它的疲劳评估了，尤其是质量等级评估

法。修订后的重要变化是推荐了新的疲劳裂纹扩展律。采用了基于近年

来大量钢材在空气及海水中疲劳裂纹扩展试验数据获得的更为精确的两

段Paris关系式和应力比R的修正法等。尤其是考虑环境的影响，例如

给出了在海水环境中有阴极保护和无阴极保护时的新推荐措施，在较高

温度下的疲劳裂纹扩展等。为了以便，同步也给出了新的I、简化的、保

守的（包络线）单段Paris关系，试验的应力比为R20.5,以给出保守

的焊接接头裂纹疲劳扩展分析成果，新的铁素体钢在空气中的疲劳裂纹

扩展律与PD6493时的相比，扩展速率要略高某些。

3.3BS7910的附录

BS7910B包括了21个附录，诸多来自R6和SINTAP,因而这里不作

深入的简介。

4美国石油学会API579:2023MRecommendedpracticeforfitness-for-

service'X推荐用于合乎使用的I实行措施）简介[12]

近年来，美国构造完整性评估技术也有很大发展，在规范中最引人注

目的就是已出版的API579（推荐用于合乎使用的实行措施）和正在准备

的API580:2023"Recommendedpracticeforrisk-baseinspection"o

前面简介的SINTAP、R6.BS790的工业背景重要是电站（包括核电）

及海洋石油平台，它们的发展重要反应了缺陷的断裂评估技术（包括塑

性失效评估）和疲劳评估技术的发展。API579的工业背景是石油化工

承压设备，其特点是更多反应了石油化工在役设备安全评估的需要。

美国初期的承压设备原则重要是有关新设备的设计、制造、检查的规

则，并不提及在役设备的退化和使用中发现的新生缺陷和原始制造缺陷

的处理问题。后来制定了某些在役检查规范，如API510（压力容器检

查规范），API570（压力管道检查规范）和API653（储罐检查规

范），这些规范给出了有关在役设备检查、修理、更换，重新确定额定工

作能力或改造的规划，但实践中发现仍然存在着不少不能处理的问题。

API579就是为此组织制定的，以保障老设备继续工作的安全；以提供

良好的合乎使用的评估措施；以保证给出坚实可靠的寿命预测；以协助

在用设备的优化维修及操作；以保证旧设备有效运用提高经济服务时期

限。这一规程和即将刊登的API580的结合将能提供风险评估、确定检

查的优先次序和维修计划。

API579与其他原则不一样之处是不仅包括在役设备缺陷安全评估,

还在很广范围内给出在役设备及其材料的退化损伤的安全评估措施。前

者的技术和BS7910、R6都相差不大，因此这里不再详述，但有诸多内

容是其他原则未讨论到的，这些内容对我们石油化工承压设备的工作者

来说十分重要和有益。下面先列出某些章节的内容。

第4章：均匀腐蚀的评估

第5章：局部减薄及槽状缺陷的评估

第6章点蚀的评估

第7章：鼓泡及分层的评估

第10章：高温蠕变操作元件的评估

第11章:火灾对设备导致损伤的评估

4.1局部减薄及槽形凹坑的评估

包括评估技术及验收准则和剩余寿命评估的两类技术。

评估技术及验收准则又分为3级。级别1的评估是仅考虑内压载荷的

设备局部减薄的评估，只规定凹坑表面长，宽，深来表征缺陷尺寸。级别

2评估用于凹坑在壁厚方向H勺尺寸（即深度）变化很大时时评估，缺陷

用深度变化形状来表征，可以考虑更一般日勺载荷，例如筒壳上净截面弯

矩，还可以用于接管区凹坑日勺评估。级别3用于更复杂区域的凹坑评估,

一般都规定作详细的有限元分析。第5章长达39页，我国学者在这一领

域已经做了不少工作，但API的工作值得作为我们此后继续研究时的参

照。

4.2点蚀评估

点蚀也许是非常分散的，也也许是集中在一种局部地区，假如单个凹坑

就属于第5章日勺任务了。点蚀坑几何形状也许十分复杂，精确测量有时

是困难的，但假如采用第2级评估法时又是必要的I。API579提供了三

级评估法，笫1级只合用丁韧性材料，假如由丁温度或环境也许使材料脆

化就要用第2级评估措施了。第1级和第2级只合用于承受内压日勺球、

筒、锥等形状壳体上的点蚀评估。接管和管件等形状复杂的壳体上点蚀

就必须要采用第3级评估措施。

4.3鼓泡及分层缺陷口勺评估

本措施合用于氢致鼓泡承压元件的评估。湿H2S及HF在低温下由

于原子氢日勺侵入钢内，在夹杂物处又结合成分子氢，因不也许再渗出而导

致局部区的高压引起材料鼓泡分层。有时候鼓泡的周围裂纹会向壁厚方

向扩展，尤其是当鼓泡处在靠近焊缝处，因而这是石油化工设备常常会碰

到的I一种问题。由超声波测得板中的分层除非证明是氢积累导致口勺不应

视为鼓泡，假如其不平行于钢板表面应按面型缺陷进行断裂评估。假如

它是平行于钢板表面也可以采用本措施进行评估。API579鼓泡评估措

施也提成3级，各自合用范围基本上与第6章H勺点蚀评估相似。

4.4火灾引起设备损伤的评估

遭受到火灾极高温加热H勺压力容器、管道和储罐也许外表看来构造损

伤了，但力学性能没有明显的退化，也许还可以继续使用。因此必要建立

这种问题H勺合乎使用的评估措施。

API579第10直将火灾现场三维空间划分为6个区，分别为I区（室

温区）、II区（66℃如下烟及消防水染区）、IH区（66-200C的低热暴

露区）、IV区（200-427C口勺中热暴露区）、V区（427732℃时接触

火焰的I高热暴露区）、VI区（732℃以上的极热区、火源区）。区域的

划分有助于鉴定灾区那些设备不需要评估，那些设备要进行评估和怎样

进行评估均有重要的指导意义。

钢材表面在火灾中不一样温度下有不一样颜色，不一样燃料在空气中燃

烧时有不一样颜色的烟雾，目击者的记录和当场摄像是很重要日勺原始资

料。多种化学品、燃料和诸多材料均有它们不一样日勺燃点、熔点，在不

一样温度区材料的力学性能（硬度和强度）有它们口勺变化规律，金属氧

化皮淤J形貌也与温度有关，根据火灾时现场摄相和灾后现场的状况勘察,

按API579给出的措施和提供H勺大量有关上述信息与温度关系的资料

（图及表）就可以作出各个设备所在位置应属于什么区。

API579提供了三级评估措施。第1级实际上是免于评估的原则。

API579原则给出了多种材料制设备在那些温度区是属于第1级的，假

如属于第1级就可以免于评估了。例如碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢

设备一般在I、II、III、IV区时都可免于评估。但热处理的调质钢只有

在I、II、in区时才可免于评估。不免于评估日勺，即第1级评估不通过

日勺，应按第2级评估措施进行评估。这样做可以大大缩小了应当予以详

细评估设备的数量，例如炼油厂有一种常压精饵塔，查其外保温的镀锌铁

皮表面镀锌层完好，由于锌日勺熔点是420C,在温度超过420-C时锌必然

会流下来或者被气化，既然镀锌层完好因此该处不也许属于第V区，因而

可免于评估。

第2级评估较复杂某些，材料表面硬度，现场金相表面覆膜，磁粉或渗

透探伤，外形尺寸变形的宏观检测都将采用。API579给出了碳钢材料

在不一样火灾温度下暴露后晶粒尺寸变化规律、奥氏体不锈钢的敏感性

资料（即不一样含碳量口勺奥氏体钢形成碳化格在晶界中沉析的温度时间

条件曲线图，由全相覆膜与否发现这一尤其金相组织可起温度指示器日勺

作用）和第2级日勺评估措施。一般评估过程是：根据现场实测硬度估算

材料强度后按API579规定日勺公式确定实际材料许用应力，然后用常规

日勺简朴公式进行强度校核。假如发既有裂纹状缺陷、局部减薄等缺陷时

还应当按不一样的缺陷评估措施进行评估。在评估中还应考虑在火焰中

表面壳体和内件间的巨大温差与否引起了裂纹；有时还需要考虑材料的

蠕变损伤，但只要高温时间不长可以免予考虑。第3级评估是用于第2

级评估法无法执行或者通不过的时候。前者，如构造已严重变形或者在

构造不持续部位壳体畸变，常规设计用H勺强度计算公式已不合用，就只好

采用有限元计算和应力分类的分析设计措施进行强度校核H勺第3级评估

了。由于第2级评估时材料强度是硬度间接核算措施得到的，因此所生

的许用应力是很保守的，假如是由于这个原因而没有通过第2级口勺评估

的话，采用笫3级的措施，由现场金相或直接取样进行力学性能实测就有

也许通过。

4.1局部减薄及槽形凹坑口勺评估

包括评估技术及验收准则和剩余寿命评估的两类技术。

评估技术及验收准则又分为3级。级别1日勺评估是仅考虑内压载荷的

设备局部减薄的评估，只规定凹坑表面长，宽，深来表征缺陷尺寸。

级别2评估用于凹坑在壁厚方向日勺尺寸（即深度）变化很大时的评估，

缺陷用深度变化形状来表征，可以考虑更一般日勺载荷，例如筒壳上净截

面弯矩，还可以用于接管区凹坑的评估。级别3用于更复杂区域的凹坑

评估，一般都规定作详细H勺有限元分析。第5章长达39页，我国学者

在这一领域已经做了不少工作，但API的工作值得作为我们此后继续研

究时的参照。

4.2点蚀评估

点蚀也许是非常分散的，也也许是集中在一种局部地区，假如单个凹

坑就属于第5章H勺任务了。点蚀坑几何形状也许十分复杂，精确测量有

时是困难日勺，但假如采用第2级评估法时又是必要的。API579提供了

三级评估法，第1级只合用于韧性材料，假如由于温度或环境也许使材

料脆化就要用第2级评估措施了。第1级和第2级只合用于承受内压H勺

球、筒、锥等形状壳体上的点蚀评估。接管和管件等形状复杂H勺壳体上

点蚀就必须要采用第3级评估措施。

4.3鼓泡及分层缺陷日勺评估

本措施合用于氢致鼓泡承压元件的评估。湿H2S及HF在低温下由

于原子氢的侵入钢内，在夹杂物处又结合成分子氢，因不也许再渗出而

导致局部区的高压引起材料鼓泡分层。有时候鼓泡的周围裂纹会向壁厚

方向扩展，尤其是当鼓泡处在靠近焊缝处，因而这是石油化工设备常常

会碰到口勺一种问题。由超声波测得板中口勺分层除非证明是氢积累导致的

不应视为鼓泡，假如其不平行于钢板表面应按面型缺陷进行断裂评估。

假如它是平行于钢板表面也可以采用本措施进行评估。API579鼓泡评

估措施也提成3级，各自合用范围基本上与第6章的点蚀评估相似。

4.4火灾引起设备损伤的评估

遭受到火灾极高温加热日勺压力容器、管道和储罐也许外表看来构造损

伤了，但力学性能没有明显的退化，也许还可以继续使用。因此必要建

立这种问题日勺合乎使用日勺评估措施。

API579第10章将火灾现场三维空间划分为6个区，分别为I区

（室温区）、II区（66℃如下烟及消防水染区）、HI区（66-200C的低

热暴露区）、IV区（200-427℃时中热暴露区）、V区（427・732℃的

接触火焰的高热暴露区）、VI区（732℃以上的极热区、火源区）。区

域的划分有助于鉴定灾区那些设备不需要评估，那些设备要进行评估和

怎样进行评估均有重要的指导意义。

钢材表面在火灾中不一样温度下有不一样颜色，不一样燃料在空气中燃

烧时有不一样颜色的烟雾，目击者的记录和当场摄像是很重要的原始资

料。多种化学品、燃料和诸多材料均有它们不一样的燃点、熔点，在不

一样温度区材料日勺力学性能（硬度和强度）有它们的变化规律，金属氧

化皮的形貌也与温度有关，根据火灾时现场摄相和灾后现场日勺状况勘

察，按API579给出H勺措施和提供的大量有关上述信息与温度关系的资

料（图及表）就可以作出各个设备所在位置应属于什么区。

API579提供了三级评估措施。第1级实际上是免于评估的原则。

API579原则给出了多种材料制设备在那些温度区是属于第1级口勺，假

如属于第1级就可以免于评估了。例如碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢

设备一般在I、II、III、IV区时都可免于评估。但热处理的调质钢只有

在I、II、in区时才可免于评估。不免于评估日勺，即第1级评估不通过

日勺，应按第2级评估措施进行评估。这样做可以大大缩小了应当予以详

细评估设备的数量，例如炼油厂有一种常压精馀塔，查其外保温日勺镀锌

铁皮表面镀锌层完好，由于锌日勺熔点是420℃,在温度超过420°。时锌

必然会流下来或者被气化，既然镀锌层完好因此该处不也许属于第V

区，因而可免于评估。

第2级评估较复杂某些，材料表面硬度，现场金相表面覆膜，磁粉或

渗透探伤，外形尺寸变形日勺宏观检测都将采用。API579给出了碳钢材

料在不一样火灾温度下暴露后晶粒尺寸变化规律、奥氏体不锈钢H勺敏感

性资料（即不一样含碳量的奥氏体钢形成碳化格在晶界中沉析的温度时

间条件曲线图，由全相覆膜与否发现这一尤其金相组织可起温度指示器

的作用）和第2级的评估措施。一般评估过程是：根据现场实测硬度估

算材料强度后按API579规定的公式确定实际材料许用应力，然后用常

规的简朴公式进行强度校核。假如发既有裂纹状缺陷、局部减薄等缺陷

时还应当按不一样的缺陷评估措施进行评估。在评估中还应考虑在火焰

中表面壳体和内件间的巨大温差与否引起了裂纹；有时还需要考虑材料

日勺蠕变损伤，但只要高温时间不长可以免予考虑。第3级评估是用于第

2级评估法无法执行或者通不过的时候。前者，如构造已严重变形或者

在构造不持续部位壳体畸变，常规设计用的强度计算公式己不合用，就

只好采用有限元计算和应力分类的分析设计措施进行强度校核H勺第3级

评估了。由于第2级评估时材料强度是硬度间接核算措施得到的，因此

所用口勺许用应力是很保守口勺，假如是由于这个原因而没有通过第2级口勺

评估H勺话，采用第3级的措施，由现场金相或直接取样进行力学性能实

测就有也许通过。

4.1局部减薄及槽形凹坑口勺评估

包括评估技术及验收准则和剩余寿命评估的两类技术。

评估技术及验收准则又分为3级。级别1的评估是仅考虑内压载荷的

设备局部减薄的评估，只规定凹坑表面长，宽，深来表征缺陷尺寸。

级别2评估用于凹坑在壁厚方向的尺寸（即深度）变化很大时的评估，

缺陷用深度变化形状来表征，可以考虑更一般的载荷，例如筒壳上净截

面弯矩，还可以用于接管区凹坑的评估。级别3用于更复杂区域的凹坑

评估，一般都规定作详细的有限元分析。第5章长达39页，我国学者

在这一领域已经做了不少工作，但API的工作值得作为我们此后继续研

究时