孫 釗 都婧婧

（山東核電設(shè)備制造有限公司)

用于ASME MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗(yàn)的監(jiān)造要點(diǎn)

孫 釗*都婧婧

（山東核電設(shè)備制造有限公司)

為有效控制用于ASMEMC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，從試驗(yàn)材料、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)人員及其操作、試驗(yàn)結(jié)果的處理等四個(gè)方面分析夏比沖擊試驗(yàn)監(jiān)造過程中的監(jiān)造要點(diǎn)。對(duì)SA-738 Gr.B鋼板夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)的監(jiān)造要點(diǎn)的分析，不僅有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，也為其他材料的監(jiān)造提供了一個(gè)參考思路。

安全殼容器 沖擊試驗(yàn) 試樣 監(jiān)造 檢查 核電設(shè)備

ASME MC級(jí)安全殼容器是AP1000三代核電技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備，是核電設(shè)備三道安全保護(hù)屏障中的最后一道，其主要材料是SA-738 Gr.B鋼板。SA-738 Gr.B鋼板的質(zhì)量直接關(guān)系到MC級(jí)安全殼容器的質(zhì)量，從而關(guān)系到整個(gè)核電機(jī)組的安全保障。夏比沖擊試驗(yàn)方法是檢測產(chǎn)品力學(xué)性能的重要手段之一，廣泛用于評(píng)定金屬材料在沖擊載荷下的韌脆特性。材料本身的化學(xué)成分、金相組織、晶粒度以及是否存在裂紋、夾渣、偏析和非金屬夾雜物等冶金缺陷或熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷，都對(duì)試樣的沖擊性能產(chǎn)生影響。夏比沖擊試驗(yàn)的性能指標(biāo)是SA-738 Gr.B鋼板的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)過程，使試驗(yàn)結(jié)果能夠充分反映產(chǎn)品的質(zhì)量狀況。用于MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗(yàn)的監(jiān)造要點(diǎn)主要有以下幾方面。

1 對(duì)試驗(yàn)材料的檢查

1.1 樣坯的切取

在產(chǎn)品不同方向和位置上切取沖擊試樣，會(huì)得到差異不同的試樣結(jié)果，尤其對(duì)截面較大的鋼板，不同位置上切取的試樣其沖擊吸收功值差別很大。

用于MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗(yàn)的切取試樣應(yīng)使試樣的縱軸到軋制表面的距離至少為0.25 t（t為材料的名義厚度），且使試樣長度的中線到板材任何熱處理邊緣的距離至少為t，試樣軸向的選取應(yīng)該符合材料采購技術(shù)規(guī)格書的要求。如果材料采購技術(shù)規(guī)格書沒有要求，對(duì)軋鍛產(chǎn)品，沖擊試樣的切取部位應(yīng)與拉伸試樣相同，且方向?yàn)榭v向，缺口垂直于取樣材料產(chǎn)品的主表面。

樣坯切取的監(jiān)造應(yīng)該盡量采取現(xiàn)場見證的方式，數(shù)量較大的可以以一定比例現(xiàn)場見證，其余不能現(xiàn)場見證的可以以組對(duì)檢查余料、核對(duì)標(biāo)識(shí)及檢查取樣記錄的方式控制取樣的質(zhì)量。樣坯切取的位置直接關(guān)系到試驗(yàn)的結(jié)果，要對(duì)取樣過程嚴(yán)格控制。

1.2 試樣的加工

在沖擊試樣中，缺口的形狀和尺寸對(duì)沖擊試驗(yàn)結(jié)果的影響十分明顯。缺口類型和深度不同時(shí)，由于應(yīng)力狀態(tài)不同而引起的脆化傾向有不同的差異，其中缺口曲率半徑影響最大，缺口深度影響次之，缺口角度影響較弱。與標(biāo)準(zhǔn)缺口底部半徑相比，隨缺口根部尖銳度的增大，應(yīng)力集中趨于嚴(yán)重，沖擊吸收功明顯下降；反之當(dāng)缺口底部半徑增加時(shí)，沖擊吸收功增加。

夏比V型缺口試樣應(yīng)與ASME SA-370圖11的A型相一致。一次試驗(yàn)由一組三個(gè)10mm×10mm×55mm的全尺寸試樣組成。試樣尺寸允許公差如表1所示。試樣尺寸的監(jiān)造應(yīng)該在試樣加工完后，用合格的設(shè)備儀器進(jìn)行檢查以控制試樣質(zhì)量。沖擊試樣的缺口形狀與尺寸對(duì)沖擊結(jié)果影響十分明顯，應(yīng)使用合格的投影儀和量具對(duì)試樣的缺口形狀及深度嚴(yán)格控制。試樣的形狀與尺寸是沖擊試驗(yàn)過程控制的重點(diǎn)之一，也是沖擊試驗(yàn)監(jiān)造的重點(diǎn)之一。

表1 試樣尺寸允許公差

1.3 試樣的標(biāo)記

試樣的任何表面上在缺口軸線15 mm范圍內(nèi)都不應(yīng)存在標(biāo)記，有試樣標(biāo)記的一面不能放置在朝向試驗(yàn)機(jī)的支座上。在進(jìn)行標(biāo)記的時(shí)候可以采用靜電筆，但是應(yīng)注意避免過多的熱量傳至試樣。在監(jiān)造的時(shí)候，一般要求標(biāo)記標(biāo)在試樣的兩個(gè)端面上，以確保滿足標(biāo)記的要求。

2 對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的檢查

2.1 沖擊試驗(yàn)機(jī)、溫度儀表的檢查

沖擊試驗(yàn)機(jī)的質(zhì)量直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此對(duì)試驗(yàn)機(jī)的檢查很重要。沖擊試驗(yàn)機(jī)應(yīng)保證沖擊吸收功能估讀到擺錘最大能量的0.25%。沖擊試驗(yàn)機(jī)能量指示裝置的相對(duì)誤差不應(yīng)超過擺錘最大能量的0.2%或材料沖擊吸收功的0.4% （取其較大值）。沖擊試驗(yàn)機(jī)由于摩擦阻力和空氣阻力而產(chǎn)生的能量損失不應(yīng)超過擺錘最大能量的0.75%。對(duì)沖擊試驗(yàn)機(jī)和溫度儀表的標(biāo)定要求如下所述。

（1）沖擊試驗(yàn)機(jī)應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄標(biāo)定結(jié)果，以滿足ASME NCA-3858的要求。應(yīng)每年至少標(biāo)定一次，采用ASTM E23-98所述的方法。

（2）溫度儀表至少每隔三個(gè)月標(biāo)定一次，并記錄標(biāo)定結(jié)果，以滿足ASME NCA-3858的要求。

2.2 對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的檢查

對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的檢查要點(diǎn)如下所述。 （1）檢查設(shè)備的有效證書和有效日期，通過比對(duì)設(shè)備與證書的出廠編號(hào)、規(guī)格型號(hào)等相關(guān)信息是否一致進(jìn)行檢查。 （2）目視檢查試驗(yàn)機(jī)的錘頭和支座是否有明顯的磨損和損壞。 （3）試驗(yàn)前先進(jìn)行空擺試驗(yàn)，驗(yàn)?zāi)芰繐p失是否滿足要求。

3 對(duì)試驗(yàn)人員及操作的檢查

3.1 對(duì)試驗(yàn)人員的檢查

試驗(yàn)人員應(yīng)該取得理化試驗(yàn)檢驗(yàn)資格證書。監(jiān)造過程中要對(duì)人員的資格進(jìn)行確認(rèn)，并查看試驗(yàn)人員最近的試驗(yàn)原始記錄及報(bào)告，以確認(rèn)試驗(yàn)人員具備正確試驗(yàn)和熟練操作的技能。

3.2 對(duì)操作的檢查

對(duì)操作的檢查包括對(duì)取樣、放樣、試驗(yàn)等一連貫的操作動(dòng)作進(jìn)行檢查。試驗(yàn)過程有幾個(gè)監(jiān)造要點(diǎn)：（1）試樣要在試驗(yàn)溫度下冷卻足夠的時(shí)間，以保證試樣溫度的均勻性；（2）要用相同溫度的夾鉗進(jìn)行操作；（3）擺錘放下前的放樣時(shí)間不能大于5s，否則需要重新冷卻后試驗(yàn)；（4）試樣缺口對(duì)稱面應(yīng)位于兩支座對(duì)稱面上，其偏差不應(yīng)大于0.5mm。當(dāng)試樣缺口中心偏離支座中心線時(shí)，沖擊力的位置與缺口對(duì)稱面會(huì)有一定距離，則最大沖擊力沒有作用在缺口根部截面最小處，將會(huì)造成沖擊吸收功偏高。

3.3 規(guī)范化操作

同樣的試驗(yàn)條件下，不同的人員操作也會(huì)有些許的差異，差異大小的關(guān)鍵就在于操作的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化。標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化操作的目的之一就是消除人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，提高試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。因此，要重視對(duì)操作人員的監(jiān)督檢查。

4 試驗(yàn)結(jié)果的處理

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

沖擊試驗(yàn)的沖擊吸收功、斷面延伸率和側(cè)向膨脹量應(yīng)符合采購技術(shù)規(guī)格書的要求。用于MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗(yàn)的結(jié)果要滿足ASME核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)BPVC-Ⅲ（核設(shè)施部件建造規(guī)則）第1冊(cè) NE分卷（MC級(jí)部件）的相關(guān)要求，沖擊試驗(yàn)的吸收能量值應(yīng)滿足表2所示的要求。

表2 沖擊試驗(yàn)的吸收能量

用于MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板采購技術(shù)規(guī)格書中要求屈服強(qiáng)度最低值為415 MPa，在380～520 MPa范圍內(nèi)。對(duì)應(yīng)各個(gè)厚度規(guī)格鋼板的沖擊功平均值要求及最小值要求如表2所示。采購規(guī)格書中對(duì)斷面延伸率和側(cè)向膨脹量沒有要求。

如果試樣沒有斷成兩段，未斷裂試樣的沖擊吸收功小于試驗(yàn)機(jī)能力的80%的時(shí)候可以和斷裂試樣的沖擊功值進(jìn)行平均。如果試樣的沖擊功值不單獨(dú)列出，則報(bào)告未斷裂試樣沖擊功的平均值。如果沖擊功超過了試驗(yàn)機(jī)能力的80%，并且試樣在支座上徹底斷裂，則直接報(bào)告沖擊功數(shù)值，而不與其他的數(shù)值進(jìn)行平均。如果試樣沒有在支座上徹底斷裂且超過了試驗(yàn)機(jī)能力的80%，則應(yīng)報(bào)告超過了試驗(yàn)機(jī)能力。如果試樣卡在試驗(yàn)機(jī)上，則應(yīng)廢棄此次測量結(jié)果并對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行徹底檢查，查看其是否有損壞，因?yàn)檫@將影響到試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)。對(duì)于技術(shù)規(guī)格書要求提供側(cè)向膨脹量的，應(yīng)檢查每個(gè)半截試樣，弄清楚斷口凸出部分有沒有因接觸支座和機(jī)器放置表面等而損壞。如果有損壞，試樣要報(bào)廢，以免造成錯(cuò)誤的讀數(shù)。

4.2 復(fù)試

對(duì)于用于MC級(jí)安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，在同一溫度下可進(jìn)行一次復(fù)試。復(fù)試需要滿足下列條件： (a)試樣的吸收能量平均值應(yīng)該滿足表2中相應(yīng)規(guī)定的三個(gè)試樣平均值； (b)每次試驗(yàn)只能有一個(gè)試樣小于表2中相應(yīng)規(guī)定的單個(gè)試樣的最低值； (c)不滿足最低值要求的試樣，其吸收能量比表2中相應(yīng)規(guī)定的單個(gè)最小值的降幅不得大于6.8 J。

每次復(fù)試切取兩個(gè)補(bǔ)充試樣，試樣應(yīng)盡可能靠近不合格試樣的位置切取。兩個(gè)試樣的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該等于或者大于表2中相應(yīng)規(guī)定的三個(gè)試樣要求的平均值，復(fù)試才算合格。

5 結(jié)語

影響夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，如果在夏比沖擊試驗(yàn)的監(jiān)造過程中忽視一些細(xì)節(jié)性的問題，就有可能使結(jié)果產(chǎn)生很大的差異。只有通過加強(qiáng)試驗(yàn)過程的監(jiān)造，使試驗(yàn)方法及操作標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化，試驗(yàn)結(jié)果才能更加準(zhǔn)確可靠，才能準(zhǔn)確反映產(chǎn)品的質(zhì)量，才能為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用提供有力依據(jù)。

[1]ASME SA-370鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義 [S].2004版.

[2]ASME核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)BPVC-Ⅲ核設(shè)施部件建造規(guī)則(第1冊(cè) NE分卷):MC級(jí)部件 [S].2004版.

[3]ASTM A370-07鋼制品力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義 [S].

[4]ASTM E23-02金屬材料的開缺口試樣沖擊試驗(yàn)方法[S].

[5]王濱.ASTM金屬材料夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)方法介紹[J].理化檢驗(yàn),2004,40(7):367-370.

[6]郜俊坤.影響夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果的主要因素 [J].金屬加工,2008(17):70-71.

Supervision Points in Charpy Im pact Test of SA-738 Gr.B Steel Plate Used for ASME MC Level Containment Vessel

Sun Zhao Du Jingjing

In order to effectively control the Charpy V-notch impact test of SA-738 Gr.B steel plate used for ASMEMC level containment vessel,supervision points in the supervision process of Charpy impact test are analyzed from four aspects,including test materials,test equipments,test personnel and their operations as well as test results treatment.The analysis on supervision points of SA-738 Gr.B steel plate Charpy V-notch impact test,could not only improve the products quality,but also provide a reference for the supervision of other materials.

Containment vessel;Impact test;Samples;Supervision;Inspection;Nuclear power equipment

TQ 050.4+1

*孫釗，男，1980年生，工程師。海陽市，265118。

2012-08-17）