劉聰　魯萬乾

【摘 要】本文簡要介紹了核電廠1、2、3級(jí)設(shè)備用緊固件技術(shù)條件中關(guān)于緊固件材料性能復(fù)驗(yàn)相關(guān)技術(shù)要求，并結(jié)合國內(nèi)核電廠已有緊固件在線檢測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了埋置式地腳螺栓安裝后性能檢測(cè)方案。

【關(guān)鍵詞】地腳螺栓；性能檢測(cè)；試樣重組

0 概述

由于埋置式地腳螺栓經(jīng)過一次澆灌或二次澆灌預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)里，其難以更換且一般無備件，在其性能質(zhì)量無法證明時(shí)，其檢測(cè)工作難度大，目前尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可用于指導(dǎo)安裝后地腳螺栓材料性能檢測(cè)。結(jié)合國內(nèi)核電廠已有緊固件在線檢測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)核電廠埋置式地腳螺栓安裝后性能檢測(cè)方案進(jìn)行分析及總結(jié)。

1 技術(shù)條件要求

目前，國內(nèi)核行業(yè)未編制規(guī)范、指導(dǎo)出廠或入場(chǎng)復(fù)驗(yàn)活動(dòng)的緊固件復(fù)驗(yàn)技術(shù)條件，國內(nèi)核電廠設(shè)備埋置式地腳螺栓安裝后性能檢測(cè)主要依據(jù)用于規(guī)范核級(jí)緊固件采的1、2、3級(jí)設(shè)備用緊固件技術(shù)條件（Q/CNPE.J104.22-2009）。

根據(jù)《Q/CNPE.J104.22-2009 1、2、3級(jí)設(shè)備用緊固件技術(shù)條件》規(guī)定，在緊固件進(jìn)行過熱處理且在緊固件上進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)按下列要求進(jìn)行試驗(yàn)：

1.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

主要檢測(cè)項(xiàng)目如下：

——螺栓：硬度試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)；

——螺母：硬度試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、拉伸試驗(yàn)。

在每根緊固件上進(jìn)行硬度試驗(yàn)，來檢驗(yàn)每批緊固件的均勻性。每批緊固件的硬度偏差一般不超過30HBW。

除在每根緊固件上做硬度試驗(yàn)外，還應(yīng)包括：

a）一個(gè)室溫拉伸試驗(yàn)；

b）特殊規(guī)定時(shí)，一個(gè)350oC高溫拉伸試驗(yàn)；

c）螺紋直徑不小于15mm的緊固件，作三個(gè)試樣為一組的夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)：

——由合金鋼或馬氏體不銹鋼棒制造的緊固件，試驗(yàn)溫度為0oC；

——由奧氏體鋼棒制造的緊固件，試驗(yàn)溫度為室溫。

1.2 取樣原則

硬度試驗(yàn)：以批次為單位，每個(gè)緊固件均進(jìn)行硬度測(cè)試；

其他試驗(yàn)：按批進(jìn)行其他試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)目按緊固件數(shù)量作如下規(guī)定：

a）一批緊固件數(shù)量不超過500根，做兩組試驗(yàn)；

b）一批緊固件數(shù)量超過500根，作四組試驗(yàn)。

在每批硬度最低和最高的緊固件上各作一組或兩組試驗(yàn)。

批次規(guī)則：每批次緊固件由同批鋼棒、相同制造工藝制造的同類型、同螺紋規(guī)格并同爐進(jìn)行熱處理的緊固件組成。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施地腳螺栓性能檢測(cè)時(shí)，主要進(jìn)行如下試驗(yàn)項(xiàng)目以評(píng)估緊固件性能否滿足技術(shù)條件。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)試

按《GB/T 17394.1-2014 金屬材料 里氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定對(duì)緊固件進(jìn)行表面準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)里氏硬度測(cè)量，并按《GB/T 17394.4-2014 金屬材料 里氏硬度試驗(yàn) 第4部分：硬度值換算表》轉(zhuǎn)換為布氏硬度值。根據(jù)《GB/T 1172-1999 黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》推測(cè)拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度等指標(biāo)。

現(xiàn)場(chǎng)里氏硬度測(cè)量一般較實(shí)驗(yàn)室布氏硬度測(cè)量偏保守[1]，但其硬度值絕對(duì)大小仍可用于地腳螺栓材料性能整體趨勢(shì)判斷。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)成分分析

通過便攜式成分分析儀器，判定緊固件的化學(xué)成分是否滿足要求。

3 破壞性取樣

由于目前尚無可行在線檢測(cè)試驗(yàn)方法可以測(cè)算地腳螺栓材料沖擊性能，故為獲取螺栓沖擊性能，需在確保螺栓的原有功能不喪失對(duì)地腳螺栓進(jìn)行破壞性取樣檢測(cè)。

進(jìn)行破壞性取樣前，需對(duì)地腳螺栓露頭部分長度（即鎖緊螺母上端面至地腳螺栓上端面的長度距離）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，根據(jù)露頭部分長度，可以采取如下兩種取樣檢測(cè)方案：

1）在螺栓長度大于70mm時(shí)，可通過直接取樣獲取完整沖擊試樣；

2）在螺栓長度小于70mm，可通過試樣重組技術(shù)獲取重組沖擊試樣。

3.1 完整沖擊試樣

根據(jù)《GB/T 229-2007 金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》可知，沖擊試樣尺寸必須滿足長度為55mm，橫截面為10mm×10mm方形截面的要求。

考慮到試樣加工余量需保留5mm，現(xiàn)場(chǎng)切割取樣損耗余量5mm，以及切割露頭部分后需保留一定長度5mm（經(jīng)驗(yàn)值為1至2道螺紋，以便于螺母旋進(jìn)與旋出），即只有在地腳螺栓露頭部分長度達(dá)70mm時(shí)，才能取到長度為55mm的完整試樣。故在地腳螺栓可切割長度大于70mm時(shí)，可考慮直接對(duì)地腳螺栓進(jìn)行機(jī)械切割，取得長度大于60mm的試樣后，機(jī)加工成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)獲取螺栓材料沖擊韌性。

3.2 重組沖擊試樣

在地腳螺栓露頭長度小于70mm時(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)已安裝地腳螺栓取樣尺寸受限，無法截取完整沖擊試樣，故采用試樣重組技術(shù)對(duì)地腳螺栓材料進(jìn)行沖擊性能評(píng)價(jià)（如圖1），即在螺栓露頭的地方截取一段試樣，其余母材用相同牌號(hào)材料經(jīng)焊接重組后做夏比沖擊試驗(yàn)，獲取沖擊值。

圖1 利用試樣重組技術(shù)測(cè)材料沖擊性能示意圖

采用上述試樣重組方案，需考慮焊接工藝、試驗(yàn)裝置方法以及材料等因素確定最小插入段（檢測(cè)對(duì)象母材）尺寸，以便分析螺栓材料試樣重組技術(shù)的可行性。

4 實(shí)驗(yàn)室復(fù)驗(yàn)內(nèi)容

在進(jìn)行地腳螺栓破壞性取樣后，委托具有資質(zhì)的材料實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)材料性能檢測(cè)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室材料性能復(fù)驗(yàn)內(nèi)容包括化學(xué)成分分析、金相試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)和Charpy沖擊試驗(yàn)。

4.1 化學(xué)成分分析

按《GB/T 20125-2006 低合金鋼 多元素的測(cè)定 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》和《GB/T 20123-2006 鋼鐵 總碳硫含量的測(cè)定 高頻感應(yīng)爐燃燒后紅外吸收法》規(guī)定執(zhí)行。

4.2 金相試驗(yàn)

按《GB/T 13298-1991 金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》和《GB/T 13299-1991 鋼的顯微組織評(píng)定方法》規(guī)定執(zhí)行。

4.3 硬度試驗(yàn)

按《GB/T 231.1-2009 金屬材料布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定執(zhí)行。

4.4 拉伸試驗(yàn)

按《GB/T228.1-2010 金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法規(guī)定》執(zhí)行?？刹捎帽∑嚇舆M(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

4.5 Charpy沖擊試驗(yàn)

按《GB/T 229-2007 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》和《GB/T 228.1-2010 金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》規(guī)定執(zhí)行。沖擊試樣采用規(guī)定的55mm×10mm×10mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸夏比V型缺口沖擊試樣，三個(gè)試樣為一組。根據(jù)Q/CNPE.J104.22-2009技術(shù)條件要求，試驗(yàn)溫度為0oC。

5 結(jié)論

綜上，目前核電廠已安裝埋置式地腳螺栓材料性能檢測(cè)較為可行方案及步驟如下：

1）對(duì)檢測(cè)范圍內(nèi)所有地腳螺栓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)里氏硬度測(cè)試和化學(xué)成分分析；

2）挑選同一批次里硬度最高和最低螺栓進(jìn)行切割取樣：

——當(dāng)?shù)啬_螺栓可切割長度大于70mm時(shí)，可通過直接取樣獲取完整沖擊試樣；

——當(dāng)?shù)啬_螺栓可切割長度小于70mm時(shí)，可考慮通過試樣重組技術(shù)獲取重組沖擊試樣。

3）實(shí)驗(yàn)室材料性能復(fù)驗(yàn)：化學(xué)成分分析、金相試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)和Charpy沖擊試驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王智春，等.便攜式里氏硬度計(jì)檢測(cè)緊固件硬度偏差原因分析，華北電力技術(shù)，No.1 2009，27.

[責(zé)任編輯：張濤]