核電蒸汽發(fā)生器鍛件應(yīng)用RCC-M標(biāo)準(zhǔn)與ASME標(biāo)準(zhǔn)取樣方式的差異

連占衛(wèi)

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

我國(guó)核電鍛件在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用較多的國(guó)外規(guī)范是RCC-M與ASME標(biāo)準(zhǔn)，兩者在結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)規(guī)則、材料、無損檢驗(yàn)、資格認(rèn)證等方面有所差別。核電蒸汽發(fā)生器是核島的關(guān)鍵設(shè)備，在其鍛件的生產(chǎn)過程中采用正確的取樣方式是驗(yàn)收試驗(yàn)的前提。這里主要是分析兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在核電蒸汽發(fā)生器鍛件制造過程中取樣方式的差異。

1 RCCM標(biāo)準(zhǔn)取樣要求

蒸發(fā)器的主要鍛件包括管板、橢球封頭、水室封頭、錐形筒體及筒體鍛件。各種產(chǎn)品的取樣要求分別敘述如下。

1.1 管板取樣要求

規(guī)范M2115中規(guī)定在試環(huán)兩個(gè)徑向相對(duì)位置X及Y上截取試料，該試環(huán)是與鍛件相連，位于鋼錠底部的加長(zhǎng)段。鍛件經(jīng)性能熱處理后再截取(或切割)試料。當(dāng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書或其他有關(guān)的合同文件有要求時(shí)，必須做補(bǔ)充試驗(yàn)測(cè)定RTNDT溫度，通過“Pellini”落錘試驗(yàn)和夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)測(cè)定RTNDT溫度。取樣方法、試樣數(shù)量和位置見表1。夏比V形缺口沖擊試樣及“Pellini”落錘試樣均應(yīng)在相鄰近位置截取。

1.2 橢球封頭取樣

規(guī)范M2134規(guī)定了橢球封頭的取樣，橢球封頭取樣分為毛坯取樣和圓頂取樣。毛坯取樣時(shí)要取下兩個(gè)試環(huán)，一試環(huán)(試環(huán)1)在管嘴加強(qiáng)側(cè)，另一試環(huán)(試環(huán)2)在橢球封頭大端。這兩個(gè)試環(huán)經(jīng)過成形熱處理后取下試料，在性能熱處理前焊到鍛件上，詳見RCC-M M2134規(guī)范，在此僅介紹性能熱處理后的取樣。

性能熱處理后在每個(gè)試環(huán)上沿直徑方向相對(duì)的X、Y兩個(gè)部位截取試料。取樣方法、數(shù)量及位置列于表2。如因工藝原因不能從試環(huán)2截取試料，允許鍛造廠和制造商用隔熱環(huán)保護(hù)試環(huán)，以此滿足對(duì)取樣距離的要求。當(dāng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書或其他有關(guān)的合同文件有要求時(shí)，應(yīng)做補(bǔ)充試驗(yàn)以測(cè)定RTNDT溫度。通過進(jìn)行“Pellini”落錘試驗(yàn)和夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)來確定RTNDT溫度。夏比V型缺口沖擊試樣與“Pellini”落錘試樣均應(yīng)并排截取。

1.3 水室封頭取樣

鍛件的取樣方式在規(guī)范M2143中有詳細(xì)規(guī)定。試料須從試環(huán)上兩個(gè)徑向相對(duì)的X、Y位置截取，此試環(huán)是與封頭相連的加長(zhǎng)段。試料須在封頭經(jīng)性能熱處理后截取(或切割)。供貨商可用一高度至少等于封頭厚度的隔熱環(huán)來保護(hù)試料邊緣，該隔熱環(huán)的寬度至少等于封頭的厚度，須把它焊到封頭上。試樣的取樣方法、數(shù)量及位置總結(jié)于表3中。

表1 管板取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The tube plate sampling quantity, direction and location

注：HTMP: 性能熱處理；HTMP+SSRHT：性能熱處理+模擬消除應(yīng)力熱處理；C：周向；R：徑向。

表2 橢球封頭取樣數(shù)量、方向及位置Table 2 The ellipsoiol sealing head sampling, direction and location

注：橫向：指試樣軸向垂直于鍛件主加工方向。

表3 水室封頭取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The water room sealing head sampling quantity, direction and location

當(dāng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書或其他有關(guān)的合同文件有要求時(shí)，應(yīng)做補(bǔ)充試驗(yàn)以測(cè)定RTNDT溫度，通過'Pellini'落錘試驗(yàn)和夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)測(cè)定RTNDT溫度。夏比V型缺口沖擊試樣和“Pellini”落錘試樣均應(yīng)并排截取。

1.4 錐形筒體及筒體取樣

規(guī)范M2133規(guī)定了錐形筒體及筒體的取樣，在一個(gè)與鍛件相連的加長(zhǎng)段所構(gòu)成的試環(huán)上，在直徑方向上相對(duì)的X、Y兩個(gè)部位截取(或切割)試料。試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取(或切割)。具體的取樣方法、數(shù)量及位置總結(jié)于表4中。為滿足取樣要求，允許供貨商用一個(gè)高度至少等于鍛件厚度的隔熱環(huán)來保護(hù)殼體底部，隔熱環(huán)寬度至少等于殼體厚度，并應(yīng)焊在鍛件上。當(dāng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書或其他有關(guān)的合同文件有要求時(shí)，應(yīng)做補(bǔ)充試驗(yàn)以測(cè)定RTNDT溫度，通過“Pellini”落錘試驗(yàn)和夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)測(cè)定RTNDT溫度。夏比V型缺試樣與“Pellini”落錘試樣均應(yīng)并排截取。

2 ASME標(biāo)準(zhǔn)取樣要求

2.1 ASME SECII A篇SA508規(guī)范

本規(guī)范規(guī)定了壓力容器用碳鋼及合金鋼鍛件的取樣方式，具體包括的鍛件有：容器頂蓋，殼體，法蘭，管板，環(huán)，封頭和類似零件的鍛件。但本規(guī)范并未像RCC-M標(biāo)準(zhǔn)一樣具體規(guī)定每個(gè)鍛件的取樣方式，只是詳細(xì)規(guī)定了拉伸試樣的取樣方式。

對(duì)于單個(gè)鍛件或單個(gè)組合鍛件(組合鍛件指的是在淬火加回火處理后分離的那些鍛件)，其拉伸試樣的部位和數(shù)量見表5所示。

從表5可見，對(duì)于不同粗加工重量及熱處理長(zhǎng)度的鍛件，其拉伸試樣的設(shè)置是不同的。拉伸試樣取自鍛件的一端或兩端的延伸部位(把位于鍛件或組合鍛件端部的整塊試驗(yàn)金屬定義為試驗(yàn)用的延伸部位)，并且相互之間應(yīng)有一定的方位關(guān)系。

同時(shí)針對(duì)不同形狀的鍛件，規(guī)范還規(guī)定了拉伸試樣的縱軸方向。對(duì)于墩粗的盤形鍛件，試樣的縱軸應(yīng)為切線方向，對(duì)于所有其他零件，試樣的縱軸應(yīng)平行于鍛件的主要加工方向。

拉伸試樣如此布置，以使其縱軸和長(zhǎng)度中點(diǎn)符合于下述方法中的一種：

方法1：t×2t，此處t為主要承載區(qū)到最近淬火表面的距離。不過試樣距一個(gè)淬火表面的距離不少于in.(20 mm)，距第二個(gè)淬火表面不少于1in.(40 mm)。

表4 錐形筒體及筒體取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The tapered cylinder and the cylinder body sampling quantity, direction and location

注：T：橫向，試樣的縱軸垂直于主加工方向；L：縱向，試樣的縱軸平行于主加工方向。

表5 拉伸試樣的部位及數(shù)量Table 5 The position the number of tensile samples

方法3：試樣應(yīng)從所代表的單獨(dú)的試驗(yàn)鍛件上制取，此種方法對(duì)鍛件與其所代表的產(chǎn)品鍛件在尺寸、熱加工等方面有一定的要求。此單獨(dú)的試驗(yàn)鍛件應(yīng)與產(chǎn)品鍛件同裝一爐且在相同條件下進(jìn)行熱處理，試樣應(yīng)從厚度中點(diǎn)和表面之間的中心區(qū)域上制取，并且距第二個(gè)熱處理表面不小于T。此方法限定于粗加工后其重量不超過1 000 lb(455 kg)的鍛件，厚度限制同方法2。

方法4：把橫截面至少為T×T的隔熱環(huán)，或長(zhǎng)度至少為3T的這樣的環(huán)段在力學(xué)性能熱處理前焊到鍛件的試驗(yàn)端部。試塊應(yīng)從鍛件上以環(huán)和環(huán)形段隔熱的區(qū)域內(nèi)制取。假如采用了環(huán)段隔熱，則試塊應(yīng)從隔熱環(huán)段保護(hù)區(qū)域內(nèi)，并距隔熱環(huán)段兩端長(zhǎng)度為T的區(qū)域切取。在上述任一情況下，試樣切取時(shí)應(yīng)距鍛件緩沖表面至少in.(13 mm)，距鍛件的一淬火表面至少為1/4T。

對(duì)于上述4個(gè)方法，如果鍛件最大厚度為2 in.(50 mm)，試樣切取時(shí)應(yīng)在厚度中心，并且距第二個(gè)表面至少2 in.(50 mm)。

如果指定了補(bǔ)充要求S1(詳見SA508規(guī)范)，所有的拉伸試料要進(jìn)行模擬焊后熱處理。

對(duì)于沖擊試樣，應(yīng)從每個(gè)拉伸試樣的部位制取一組三個(gè)夏比V形缺口試樣。補(bǔ)充要求S1同樣適用于沖擊試樣。沖擊試樣的縱軸和中間長(zhǎng)度的位置應(yīng)與拉伸試樣的縱軸位置相同。缺口的軸線應(yīng)垂直于鍛件的最近的熱處理表面。當(dāng)指定了補(bǔ)充要求S10時(shí)，沖擊試驗(yàn)所需試樣的數(shù)量及方向應(yīng)按相應(yīng)的NB，NC，ND，NE，NF或NG-2300規(guī)定。

2.2 ASME第三卷NB-2000分卷

本分卷中規(guī)定了鍛件的取樣方法，同SA508篇中的拉伸試樣的取樣方式相一致。

2.2.1 試料的部位

2.2.2 特厚且復(fù)雜的鍛件

對(duì)于特厚且復(fù)雜的鍛件，諸如異型接管、厚管板、法蘭、接管、泵體和閥體等，以及其它在熱處理之前已成形或基本加工到成品形狀的復(fù)雜鍛件，試件可用取自產(chǎn)品的延長(zhǎng)部分或產(chǎn)品的其它備料部位。證書持有者應(yīng)規(guī)定在使用中承受高拉應(yīng)力的成品表面。切取試件時(shí)應(yīng)使試樣的縱軸離最近熱處理表面至少等于所規(guī)定的高拉應(yīng)力表面到最近的熱處理表面的最大距離，且試樣長(zhǎng)度的中線到其它熱處理表面至少為此距離的兩倍。在任何情況下，試樣的縱軸到任何熱處理表面的距離不得小于in.(19 mm)，試樣長(zhǎng)度的中線到任何第二表面的距離至少為1in.(38 mm)。

2.2.3 從單獨(dú)生產(chǎn)的試驗(yàn)鍛件上切取試料

代表同一爐號(hào)和同一熱處理批號(hào)的鍛件試料，可用在單獨(dú)鍛造的試驗(yàn)鍛件上切取，試驗(yàn)鍛件的制造應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)定(詳見規(guī)范NB2000中NB-2223.3)。

簡(jiǎn)單鍛件的試件，應(yīng)使試樣的縱軸位于厚度之半到表面的中間部位，且試樣長(zhǎng)度的中線到任何熱處理邊緣的距離不得小于鍛件厚度。但是在產(chǎn)品鍛件的厚度和長(zhǎng)度之比不允許時(shí)，則產(chǎn)品鍛件將用作試驗(yàn)鍛件，試樣的長(zhǎng)度中線位于試驗(yàn)鍛件的長(zhǎng)度中間處。

復(fù)雜鍛件的試件，應(yīng)按2.2.2所述要求切取。

2.2.4 落錘試樣與沖擊試樣

NB-2300材料的斷裂韌度要求中規(guī)定了落錘試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)取樣數(shù)量和方向：取樣部位同拉伸試樣部位，取樣方向?qū)τ谙谋葲_擊試樣應(yīng)垂直于材料主加工方向，缺口軸線垂直于材料表面。落錘試驗(yàn)試樣的軸線可取任何方向。

3 RCC-M與ASEM取樣方式的差異

通過對(duì)比以上取樣方式可知，對(duì)于核電蒸汽發(fā)生器鍛件的取樣，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在此方面的差異主要有以下三方面：

3.1 試樣數(shù)量

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試樣數(shù)量的規(guī)定是不同的。相對(duì)來說，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同鍛件取樣數(shù)量規(guī)定較詳細(xì)。對(duì)于核電壓力容器用鋼，RCC-M規(guī)定了熱處理后的室溫和高溫的力學(xué)性能，試樣的熱處理狀態(tài)有兩種，除了ASME規(guī)定的HTMP+SSRHT，還有HTMP態(tài)，ASME標(biāo)準(zhǔn)則沒有規(guī)定高溫力學(xué)性能。例如，對(duì)于管板取樣，RCC-M要求除了有HTMP+SSRHT熱處理狀態(tài)的試樣，還有HTMP態(tài)的試樣，拉伸試驗(yàn)還分為室溫和350℃兩種，試樣數(shù)量較ASME規(guī)定得多。但并不能說對(duì)于所有鍛件RCC-M要求的取樣數(shù)量都較ASME要求得多，因?yàn)樵嚇拥脑O(shè)置還與鍛件的制造方式有關(guān)，比如水室封頭鍛件，RCC-M只要求大端取樣，而ASME則要求除大端外，還應(yīng)在三個(gè)管嘴處取樣，這是因?yàn)閮煞N鍛件的管嘴加工工藝不同。

3.2 試樣布置

RCC-M鍛件的取樣方式?jīng)]有統(tǒng)一規(guī)定，但都滿足ASME的要求，有的還嚴(yán)于ASME要求。同樣，以管板取樣為例，對(duì)拉伸試樣取樣要求：試樣的中心線應(yīng)距離試環(huán)的平表面至少50 mm，距內(nèi)圓表面至少100 mm。ASME取樣方式設(shè)置應(yīng)根據(jù)高應(yīng)力區(qū)距淬火表面的距離設(shè)定。如果這個(gè)距離很小，比如為≤19 mm，那么其取樣方式為：試樣的縱軸距離試環(huán)的距離最小為19 mm，距離內(nèi)圓表面至少為38 mm。高應(yīng)力區(qū)距淬火表面的距離由粗加工圖的尺寸決定，能滿足加工余量就行，不會(huì)很大，比如超過50 mm，在能保證鍛件不變形及加工余量的尺寸下，其值越小越好。

ASME取樣方式一般主要是應(yīng)用方法1和方法2。尤其是方法1，根據(jù)高應(yīng)力區(qū)距淬火表面的位置取樣，規(guī)定很明確。對(duì)于筒體類鍛件，一般應(yīng)用方法2取樣。這與RCC-M標(biāo)準(zhǔn)相同，但區(qū)別是落錘試樣的位置設(shè)置有所不同。

3.3 試樣方向

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的方位的規(guī)定也有所差異，RCC-M中規(guī)定了落錘試樣的具體方向，ASME則沒有；RCC-M中補(bǔ)充沖擊試樣方向并不一定都是橫向，而ASME中規(guī)定沖擊試樣方向?yàn)闄M向。

對(duì)于采用ASME規(guī)范生產(chǎn)的蒸發(fā)器鍛件，鍛件具體的取樣位置、試樣數(shù)量及方向一般會(huì)在用戶采購(gòu)規(guī)格書中有詳細(xì)規(guī)定。

4 結(jié)論

在核電蒸汽發(fā)生器鍛件生產(chǎn)中，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)與ASME標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于取樣方式規(guī)定的差異主要體現(xiàn)在以下三方面：

(1)在試樣數(shù)量方面，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同鍛件取樣數(shù)量規(guī)定較詳細(xì)，ASME沒有統(tǒng)一規(guī)定。

(2)在試樣方向方面，差異主要是RCC-M對(duì)落錘試樣方向做了規(guī)定，ASME沒有規(guī)定其具體方向；ASME規(guī)定沖擊試樣方向?yàn)闄M向，RCC-M則沒有規(guī)定。

(3)試樣取樣方法方面，RCC-M對(duì)鍛件的取樣方式?jīng)]有統(tǒng)一規(guī)定，針對(duì)不同的鍛件試樣取樣方式不同。ASME取樣方式有統(tǒng)一規(guī)定，主要是方法1和方法2。

[1] 核電領(lǐng)域RCC-M規(guī)范與ASME標(biāo)準(zhǔn)的比較. 周在杞，陸卜良，高飛.中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)暨2010年中國(guó)核能可持續(xù)發(fā)展論壇，北京，2010.北京：中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)，2010.

[2] 法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則協(xié)會(huì)(AFCEN). 壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則(RCC-M). 2000版. 法國(guó): 法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則協(xié)會(huì)(AFCEN)，2000.

[3] 法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則協(xié)會(huì)(AFCEN).壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則(RCC-M).核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院科技處.1993版.北京：核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院，1996.

[4] ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)材料分委員會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范.2004版.美國(guó)：美國(guó)機(jī)械工程師行業(yè)協(xié)會(huì)(ASME)，2004.

[5] ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)材料分委員會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第二卷A篇 鐵基材料：中國(guó)《ASME規(guī)范產(chǎn)品》協(xié)作網(wǎng)(CACI).2007版.北京：中國(guó)石化出版社.2008.

[6] ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)材料分委員會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第三卷第一冊(cè)NB分卷：上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海核工程研究設(shè)計(jì)院.2004.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.2007.