深圳中廣核工程設計有限公司□陶新磊

緊固件在核電廠系統(tǒng)和設備中大量使用，具有密封、部件連接和支承固定等多種功能，其質量和性能構成了核電廠整體質量和安全的重要部分。經(jīng)過各個核電項目的經(jīng)驗反饋后，其在核電工程質量中的重要性越來越得到重視。國家核安全局在2016年對核電項目緊固件的管理專門發(fā)文，強調了緊固件質量管理的重要性，對于安全重要物項的緊固增加了第三方復驗，規(guī)范了檢驗項目，緊固件質量控制得到有效提高。但是核電項目使用緊固件標準門類眾多，使用過程中仍存在一些問題。

緊固件通常分為兩類：第一類是專門設計，設備制造廠采用鋼棒自行加工而成，為專用緊固件，其材料化學成分和機械性能按專門標準考核，如GB/T 150.1～.4《壓力容器》系列標準、ASME美國機械工程師協(xié)會標準、RCC-M法國壓水堆機械設備制造與設計規(guī)范；第二類是按GB/T 3098《緊固件機械性能》系列標準等標準制造的普通緊固件，其材料化學成分和機械性能都在相應的緊固件通用標準中規(guī)定。依據(jù)標準的不同導致檢驗試驗項目和方法的不同，尤其是對于設備法蘭本體螺栓采用專門標準而地腳螺栓屬于普通螺栓采用緊固件通用標準的情況，實際工作中容易造成混淆。

1 地腳螺栓檢驗項目缺失問題

地腳螺栓是核電設備的重要緊固和連接組件，具有高強度要求，部分重要設備的地腳螺栓還有明確的抗震要求。一旦出現(xiàn)質量問題，將會帶來嚴重的安全隱患，甚至影響電站的安全運行。但是當前國內尚未有專門的核電項目地腳螺栓標準，相關專業(yè)標準尚在審查批準中，在執(zhí)行標準時存在混亂，導致缺失檢驗項目或取樣位置錯誤。

以 《科技視界》所載文章 《核電廠埋置式地腳螺栓材料性能檢測》文中公開的地腳螺栓復驗標準為例來說明在核電項目地腳螺栓執(zhí)行標準方面的爭議。 《核電廠埋置式地腳螺栓材料性能檢測》文中某項目根據(jù)其內部標準給出了核電廠1、2、3級設備地腳螺栓入場的檢驗項目，包括硬度試驗、化學成分分析、拉伸試驗、沖擊試驗。事實上，對于設備的地腳螺栓，雖然核電行業(yè)沒有專用的標準，但是GB/T 799—1988《地腳螺栓》對地腳螺栓的性能檢測有明確的要求，規(guī)定地腳螺栓機械性能應滿足GB/T 3098.1—2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》要求。表1對比了內部標準與GB/T 799—1988《地腳螺栓》的試驗項目差異。

表1 地腳螺栓試驗項目對比

通過表1對比可以發(fā)現(xiàn)當前部分核電項目對地腳螺栓的檢驗要求偏低，在當前核電項目對地腳螺栓沒有專用標準的情況下，對地腳螺栓的檢驗要求不應當?shù)陀趶娭菩詷藴蔊B/T 799—1988《地腳螺栓》。一般情況下，材料的淬透性好，螺栓橫截面上硬度能均勻分布。只要硬度合格，強度和保證應力也能達到要求。但是當材料的淬透性差，或熱處理工藝不合理，雖然按規(guī)定的部位檢查，硬度是合格的，但強度和保證應力往往達不到要求。不合理的熱處理工藝導致表面脫碳有可能導致緊固件螺紋強度降低甚至在安裝使用中產(chǎn)生脫扣，造成失效。所以需要在線材退火、緊固件熱處理之后分別進行脫碳檢測。脫碳試驗、保證載荷試驗、再回火試驗和表面缺陷檢查對保證地腳螺栓的機械性能至關重要，缺失這些試驗項目顯然是不合適的。

2 緊固件力學性能檢測取樣位置問題

專用緊固件和普通緊固件在取樣檢測方法上也存在差異，在實際工作中容易被忽視。在核電項目的壓力容器等設備設計和制造過程中，對于核級容器法蘭上的螺栓，核級設備采用RCC-M法國壓水堆機械設備制造與設計規(guī)范或ASME美國機械工程師協(xié)會標準規(guī)范，非核級設備螺栓采用GB/T 150《壓力容器》系列標準中對螺栓的要求。但是設備的地腳螺栓很多時候并不劃分為核級設備，不適用RCC-M法國壓水堆機械設備制造與設計規(guī)范或ASME美國機械工程師協(xié)會標準規(guī)范。RCC-M法國壓水堆機械設備制造與設計規(guī)范、ASME美國機械工程師協(xié)會標準、GB/T 150《壓力容器》系列標準等規(guī)范的材料章節(jié)均規(guī)定了對緊固件的性能考核在棒材上取樣進行力學性能檢測，如檢驗沖擊試驗性能等，而GB/T 3098.1—2010中9.14.1節(jié)規(guī)定 “應從尺寸檢驗合格的緊固件成品上制取試件”。在實際工作中，采購和設計人員容易混淆，尤其是對于核級的容器、泵類設備其本體法蘭上的螺栓依據(jù)RCC-M和ASME標準，而地腳螺栓采用非核級的標準的情況。

例如某第三代非能動核電項目采用符合GB/T 3077—2015《合金結構鋼》要求的棒材制造了一批地腳螺栓用于泵等核級設備地腳螺栓，材質為25Cr2MoVA，使用鋼棒材料標準為GB/T 3077—2015，強度等級8.8級。該項目采用模塊化建造技術，地腳螺栓作為大宗材料由建安承包商采購，與以往CPR1000核電項目隨設備制造廠供貨模式不同。建安承包商按材料標準GB/T 3077—2015在原材料鋼棒上進行了沖擊試驗檢測，即認為緊固件合格。這種做法顯然是不符合要求的，GB/T 3077—2015和 GB/T 3098.1—2010沖擊功試驗方法雖然都遵從GB/T 229—2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》，但缺口形式、沖擊吸收能量、試驗溫度均不相同，考核數(shù)據(jù)差距較大。

GB/T 3077—2015規(guī)定的棒材并不是專門用于制造緊固件的材料，雖然其可以作為緊固件的生產(chǎn)材料，GB/T 3098.1—2010沒有限定螺栓制造廠采用何種熱處理工藝，對材料的成分規(guī)定也較為寬泛，所以力學性能測試必須取在成品上，才能確保螺栓力學性能，因其不僅是對螺栓性能的考核，也是對熱處理工藝和材料性能的考核。而專門設計的緊固件，都嚴格限定了材料的成分，限定了棒材的熱處理工藝，所以在與產(chǎn)品相同熱處理的棒材上取樣測試就能夠證明緊固件性能合格，例如GB/T 150《壓力容器》系列標準對容器法蘭使用的滿足GB/T 3077—2015標準的40Cr螺栓棒材補充了最低回火溫度等熱處理工藝數(shù)據(jù)。但是如果混淆了這兩類緊固件的不同，對地腳螺栓直接在鋼棒上取樣并按材料標準GB/T 3077—2015進行力學性能試驗是必然錯誤的。

對于該案例，采用GB/T 3077—2015標準作為螺栓制造廠原材料化學成分檢測等質量控制的依據(jù)，按GB/T 799—1988規(guī)定執(zhí)行GB/T 3098.1—2010的規(guī)定取樣和檢驗才是合理檢驗流程。

3 關于進行再回火試驗必要性的探討

部分核電項目已經(jīng)增加了脫碳試驗、保證載荷試驗、表面缺陷檢查的要求，但是在核電項目上，尚未有進行再回火試驗的要求。再回火試驗即對8.8級～12.9級的螺栓、螺釘和螺柱，根據(jù)實際生產(chǎn)中的最低回火溫度低10℃保溫30min，在同一試樣上并在與第一次測定相同的區(qū)域，試驗前后三點硬度平均值之差不得超過20HV。再回火試驗可以檢查因淬火硬度不足，制造廠使用過低的溫度回火來勉強達到規(guī)定硬度范圍的錯誤熱處理工藝。這種錯誤做法，因其強度、硬度、韌性檢測結果合格，往往容易被忽視。在航天、汽車行業(yè)的緊固件使用中，已出現(xiàn)過突然斷裂的現(xiàn)象，這與淬火硬度不足，采用較低回火溫度造成鋼中殘余奧氏體含量較多有關。殘余奧氏體在常溫下是非穩(wěn)定狀態(tài)，服役過程中在振動等應力作用下會造成組織轉變引發(fā)螺紋失效或斷裂，且由于表現(xiàn)為延遲斷裂，容易忽視，危害性較大。較多的殘余奧氏體偏聚甚至能夠直接導致螺栓性能的大幅降低。雖然在核電項目尚未發(fā)生關于此類失效的事件，但是在航天、汽車行業(yè)的失效經(jīng)驗應當引以為鑒，尤其是在柴油機上發(fā)生過42CrMo螺栓斷裂事件，對核電項目類似設備應急柴油發(fā)電機具有很高的參考價值。對于作為大宗材料采購的普通緊固件，沒有專門標準對其最低回火溫度進行規(guī)定，為確保螺栓的機械性能，進行再回火試驗很有必要。對于專用緊固件，增加再回火試驗也是對緊固件制造過程熱處理工藝質量控制的有效方法，增加再回火試驗也是一種有效的質量驗證控制手段，尤其對于非核級緊固件不進行熱處理工藝記錄的情況。

4 結論

核電項目地腳螺栓機械性能檢測應當滿足GB/T 799—1988的規(guī)定，機械性能遵循GB/T 3098.1—2010要求。

專用緊固件和普通緊固件在適用標準上存在差異，如試驗檢測的取樣位置的規(guī)定不同，在應用過程中應當注意區(qū)分。不僅對地腳螺栓，對其他類型緊固件亦是如此，但是地腳螺栓與設備本體螺栓緊密相連，更容易混淆。螺栓雖然在建造階段作為大宗材料采購，但是其與傳統(tǒng)意義上的原材料棒材、板材并不完全相同，尤其是普通緊固件，不能錯誤使用材料標準檢驗要求替代緊固件產(chǎn)品標準要求。

再回火試驗可以檢查因淬火硬度不足，制造廠使用過低的溫度回火來勉強達到規(guī)定硬度范圍的錯誤熱處理工藝。這是加強緊固件質量控制的良好措施，鑒于航空、汽車行業(yè)經(jīng)驗，再回火試驗在核電項目緊固件螺栓質量檢測中的作用應當重視。