ISO 21601:2013
(Main)Corrosion of metals and alloys — Guidelines for assessing the significance of stress corrosion cracks detected in service
Corrosion of metals and alloys — Guidelines for assessing the significance of stress corrosion cracks detected in service
ISO 21601:2013 provides guidelines on the appropriate steps to take when a stress corrosion crack has been detected in service and an assessment has to be made of the implications for structural integrity. Such an evaluation should be made in the context of the perceived consequences of failure using appropriate risk-based management methodologies. Since this is application-specific, it is beyond the scope of ISO 21601:2013.
Corrosion des métaux et alliages — Lignes directrices pour évaluer l'importance des fissures de corrosion sous contrainte détectées en service
L'ISO 21601:2013 fournit des lignes directrices sur les mesures à prendre lorsqu'une fissure de corrosion sous contrainte a été détectée en service et qu'une évaluation doit être réalisée sur les implications en matière d'intégrité structurelle. Il convient de réaliser une telle évaluation dans le cadre des conséquences d'une rupture, déterminées au moyen de méthodologies de management du risque appropriées. Cette détermination étant spécifique à l'installation, elle ne fait pas partie du domaine d'application de l'ISO 21601:2013.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21601
First edition
2013-04-01
Corrosion of metals and alloys —
Guidelines for assessing the
significance of stress corrosion cracks
detected in service
Corrosion des métaux et alliages — Lignes directrices pour évaluer
l’importance des fissures de corrosion sous contrainte détectées en
service
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Characterization of the nature and origin of the crack . 2
5 Definition of service conditions and system history . 2
5.1 Stresses . 2
5.2 Service environment . 3
6 Material characteristics . 4
6.1 Cold work . 4
6.2 Welding . 4
6.3 Ageing . 5
6.4 Microstructural orientation . 5
7 Prediction of K and crack growth rates . 5
ISCC
7.1 K .
ISCC 6
7.2 Prediction of growth rates below K .
ISCC 9
7.3 Crack growth above K .
ISCC 10
7.4 Non-propagating cracks .15
7.5 Probabilistic issues .15
8 Structural integrity assessment .15
9 Modification of service conditions to mitigate crack growth .17
9.1 Temperature change .17
9.2 Reduction of operational stresses .18
9.3 Alteration/more rigorous control of the environment .18
Bibliography .19
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 21601 was prepared by Technical Committee ISO/TC 156, Corrosion of metals and alloys.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21601:2013(E)
Corrosion of metals and alloys — Guidelines for assessing
the significance of stress corrosion cracks detected in service
1 Scope
This International Standard provides guidelines on the appropriate steps to take when a stress
corrosion crack has been detected in service and an assessment has to be made of the implications for
structural integrity.
Such an evaluation should be made in the context of the perceived consequences of failure using
appropriate risk-based management methodologies. Since this is application-specific, it is beyond the
scope of this International Standard.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 7539-6, Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of
precracked specimens for tests under constant load or constant displacement
ISO 7539-9, Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 9: Preparation and use of pre-
cracked specimens for tests under rising load or rising displacement
3 Principle
When a crack is detected during a scheduled inspection programme, repair will in most cases be initiated
in a relatively short time-scale, by removing the component or by cutting out the damaged section and
re-welding. However, in some circumstances there may be limited opportunity for repair and a pressure
to keep the system in operation until the next extended outage, to minimize lost production. In other
applications, it may be considered that a crack can be tolerated, provided that there is an adequate
framework for predicting the evolution of the crack, defining inspection intervals, and assessing the
likelihood of failure. Such an evaluation may be incorporated with an assessment of the consequences
of failure into a risk-based inspection methodology. The challenges faced in living with the crack for a
short or long period are establishing when the crack started, relating this to service conditions including
transients (i.e. assessing whether the crack would be growing ‘continuously’ or only in response to
specific fluctuations in service conditions), evaluating the mechanical driving force, characterizing
the state of material through which the crack initiated and will propagate, assessing the laboratory
database and translating this to the perceived service operation conditions using fracture mechanics or
other concepts.
Leak before break (LBB) may also need to be evaluated where there is the risk of explosive or catastrophic
failure, but, in practice, stress corrosion is usually detected and repaired for operational reliability reasons.
The purpose of this International Standard is to provide guidance in developing a damage-assessment
process with some guidance on measures to control growth rates.
4 Characterization of the nature and origin of the crack
1)
A first step is to develop a complete physical assessment of the crack in terms of identifying its shape
and dimensions (uncertainty in defect size assessment should be noted) as this will feed into any finite
element/fracture mechanics analysis. This should include an assessment of the crack location in relation
to local stress concentrators, welds, crevices (e.g. at fasteners, flanges), and also the details of the crack
path. If more than one crack is present, the crack density and the spacing between the cracks should be
noted in view of possible future coalescence. Also, the state of the surface should be assessed for general
or pitting corrosion damage.
Characterizing the crack as a stress corrosion crack may be possible from visible observation, e.g.
significant crack branching (although extensive branching, albeit possibly beneficial, may preclude
simple stress analysis and warrant removal of the crack). In most cases it is deduced from prior
experience and awareness of the likelihood of other failure modes but recognizing that loading in service
does not usually correspond to the simple static load tests conducted in the laboratory. Thus, there may
be cyclic loading to some degree or dynamic straining associated with transient temperature changes.
In many cases, distinction between a stress corrosion failure mechanism and a hydrogen embrittlement
mechanism may not be possible. Where crack extension and remanent life assessment are the primary
concerns, this may not be a critical issue provided that the laboratory data used for assessment relate to
the particular service conditions. However, mitigation procedures can be contingent upon knowledge of
the cracking mechanism.
Attention should be given to the operational history to assess the extent, if any, of system upsets that
may have contributed to the onset of cracking.
5 Definition of service conditions and system history
5.1 Stresses
5.1.1 Operational stresses
Operational stresses are usually well known from the design process and, in practice, rarely critical
except in the sense of being additive to residual fabrication stresses. However, a word of caution is
needed. These are sometimes higher than they were designed to be due to discrepancies between the
design drawings and the as-manufactured components as a consequence of inadequate control during
manufacture. This can result in higher stresses than intended by designers where changes in section
[1]
occur. For instance, the low pressure (LP) turbine shaft failures at Ferrybridge (1975) occurred
because the radius of the centre-collar stress relief grooves was smaller than the design value as a result
of poor machining.
Other problems can arise if machining score marks are not ground out, causing increased stresses
locally and sites for localized corrosion.
5.1.2 Residual stresses
Residual stress characterization in situ in service may be undertaken by a variety of methods. X-ray
diffraction (XRD) is most commonly used. However, since the depth of material sampled is less than
10 μm, rough surfaces can give misleading results. In situ neutron diffraction methods may be possible
with some relatively portable components but it is expensive. Depth variation of residual stress can be
obtained by incremental hole-drilling but this is destructive, albeit at a local level, and requires repair.
There is more scope for evaluation of removable parts and here XRD and electrochemical polishing can
also be used for depth profiling of residual stress. Non-destructive depth profiling of residual stress
requires access to a synchrotron radiation source and by implication is limited to removable parts. In the
1) Detection of the crack in the first instance may have been by a range of methods including ultrasonic testing,
acoustic emission, visual inspection, dye penetration, electromagnetic and potential drop methods. More detailed
information on crack shape and size may be derived from X-ray tomography, though confined to removable parts
and potentially size limited.
2 © ISO
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 21601
Première édition
2013-04-01
Corrosion des métaux et alliages —
Lignes directrices pour évaluer
l’importance des fissures de corrosion
sous contrainte détectées en service
Corrosion of metals and alloys — Guidelines for assessing the
significance of stress corrosion cracks detected in service
Numéro de référence
©
ISO 2013
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Principe . 1
4 Caractérisation de la nature et de l’origine de la fissure . 2
5 Définition des conditions de service et de l’historique du système .2
5.1 Contraintes . 2
5.2 Environnement de service . 4
6 Caractéristiques du matériau . 5
6.1 Écrouissage . 5
6.2 Soudage . 5
6.3 Vieillissement . 6
6.4 Orientation microstructurale . 6
7 Prévision de K et des vitesses de propagation de fissure . 6
ISCC
7.1 K . 6
ISCC
7.2 Prévision des vitesses de propagation en dessous de K .10
ISCC
7.3 Vitesse de propagation de fissure au-dessus de K .11
ISCC
7.4 Fissures non propageantes.16
7.5 Problèmes probabilistes .16
8 Évaluation de l’intégrité structurelle .17
9 Modification des conditions de service pour limiter la propagation des fissures .20
9.1 Variation de température .20
9.2 Réduction des contraintes en service .20
9.3 Modification ou contrôle plus rigoureux de l’environnement .20
Bibliographie .21
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 21601 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages.
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 21601:2013(F)
Corrosion des métaux et alliages — Lignes directrices
pour évaluer l’importance des fissures de corrosion sous
contrainte détectées en service
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices sur les mesures à prendre lorsqu’une
fissure de corrosion sous contrainte a été détectée en service et qu’une évaluation doit être réalisée sur
les implications en matière d’intégrité structurelle.
Il convient de réaliser une telle évaluation dans le cadre des conséquences d’une rupture, déterminées au
moyen de méthodologies de management du risque appropriées. Cette détermination étant spécifique à
l’installation, elle ne fait pas partie du domaine d’application de la présente Norme internationale.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 7539-6, Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 6: Préparation
et utilisation des éprouvettes préfissurées pour essais sous charge constante ou sous déplacement constant
ISO 7539-9, Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 9: Préparation
et utilisation des éprouvettes préfissurées pour essais sous charge croissante ou sous déplacement croissant
3 Principe
Lorsqu’une fissure est détectée dans le cadre d’une campagne d’inspection programmée, la réparation
est le plus souvent mise en œuvre dans un délai relativement court, en retirant le composant ou en
découpant la partie endommagée et en ressoudant. Cependant, dans certains cas, les possibilités
de réparation peuvent être limitées et il peut y avoir une forte demande de maintenir le système
en exploitation jusqu’au prochain arrêt prolongé, afin de limiter les pertes de production. Dans le
cadre d’autres applications, on peut considérer qu’une fissure peut être tolérée si l’on dispose d’un
ensemble de données adéquat pour prévoir l’évolution de la fissure, définir les intervalles d’inspection
et évaluer la probabilité de défaillance. Une telle évaluation peut faire partie, avec la détermination
des conséquences d’une rupture, d’une méthodologie d’inspection basée sur le risque encouru. Les
difficultés auxquelles on doit faire face lorsque l’on vit avec une fissure pendant une durée plus ou
moins longue sont de déterminer quand la fissure s’est amorcée, de le relier aux conditions de service
en incluant les phénomènes transitoires (c’est-à-dire déterminer si la fissure pourrait se propager en
continu ou uniquement en réponse à des fluctuations spécifiques des conditions de service), d’évaluer la
force mécanique agissante, de caractériser l’état du matériau dans lequel la fissure s’est amorcée et va
se propager, d’évaluer la base de données de laboratoire et d’adapter ces informations aux conditions de
service observées en utilisant la mécanique de la rupture ou un autre concept.
Il peut également être nécessaire d’évaluer la fuite avant rupture (FAR) lorsqu’il y a un risque de
défaillance explosive ou catastrophique mais, dans la pratique, la corrosion sous contrainte est
généralement détectée et réparée pour des raisons de fiabilité opérationnelle.
La présente Norme internationale vise à servir de guide pour l’établissement d’un processus d’évaluation
des dommages et pour les mesures à prendre pour contrôler la vitesse de propagation.
4 Caractérisation de la nature et de l’origine de la fissure
1)
La première étape consiste à réaliser une évaluation physique complète de la fissure en termes
d’identification de sa forme et de ses dimensions (il convient de noter toute incertitude éventuelle en ce
qui concerne l’évaluation de la taille du défaut) car cette évaluation servira de donnée d’entrée dans toute
analyse basée sur la méthode des éléments finis ou sur la mécanique de la rupture. Il convient que cette
évaluation mentionne l’emplacement de la fissure par rapport aux concentrations locales de contraintes,
aux soudures, aux crevasses (par exemple au niveau des éléments de fixation, des brides), et également les
détails sur le parcours de propagation de la fissure. S’il y a plusieurs fissures, il convient de noter la densité
de fissures et l’espacement entre les fissures en vue de leur future coalescence éventuelle. Il convient
également d’évaluer l’état de la surface en termes d’endommagement par corrosion générale ou par piqûres.
La caractérisation de la fissure comme fissure de corrosion sous contrainte peut être possible par une
observation visuelle, par exemple en cas de ramification importante (malgré le fait qu’une ramification
étendue, bien qu’elle puisse être bénéfique, puisse exclure toute analyse de contrainte simple et garantir
le retrait de la fissure). Dans la plupart des cas, elle est déduite de l’expérience antérieure et de la
connaissance de la probabilité d’autres modes de défaillance, mais en reconnaissant que le chargement
en service ne correspond généralement pas aux essais de charge statique simple réalisés en laboratoire.
Par conséquent, il peut y avoir un chargement cyclique dans une certaine mesure ou une déformation
dynamique associée aux variations transitoires de température. Dans de nombreux cas, il peut être
impossible de faire la distinction entre un mécanisme de défaillance par corrosion sous contrainte et
un mécanisme de fragilisation par l’hydrogène. Lorsque l’évaluation de la propagation de la fissure et
l’évaluation de la durée de vie restante sont les principaux éléments à prendre en considération, cela
peut ne pas constituer un problème critique, à condition que les données de laboratoire utilisées pour
l’évaluation se rapportent aux conditions de service concernées. Toutefois, les modes opératoires de
remédiation peuvent dépendre de la connaissance du mécanisme de fissuration.
Il convient de tenir compte de l’historique opératoire pour évaluer dans quelle mesure, le cas échéant,
les perturbations du système ont pu contribuer à l’apparition de la fissuration.
5 Définition des conditions de service et de l’historique du système
5.1 Contraintes
5.1.1 Contraintes en service
Les contraintes en service sont généralement connues dès le processus de conception et sont rarement
critiques dans la pratique, sauf si elles viennent s’ajouter à des contraintes de fabrication résiduelles.
Toutefois, un avertissement s’impose. Ces dernières sont parfois plus importantes que prévu au moment
de la conception en raison d’écarts entre les schémas de conception et les composants fabriqués suite à
un contrôle inadéquat au cours de la fabrication. De ce fait, les contraintes peuvent être plus élevées que
ce qui était prévu par les concepteurs aux endroits où il y a des changements de section. Par exemple,
[1]
les défaillances de l’arbre de turbine basse pression (BP) à Ferrybridge (1975) se sont produites parce
que le rayon des rainures de relaxation de contraintes du collier central était inférieur à la valeur de
conception suite à un mauvais usinage.
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.