ASME核電設備建造規(guī)范中成形工藝評定的實施

高 偉 楊照東

（山東核電設備制造有限公司，山東 海陽 265118）

成形零部件在制造過程中由于變形產(chǎn)生的應變會使材料韌性受損，造成部件在以后的使用過程中易于發(fā)生非延性失效。為防止這類破壞事故的發(fā)生，ASME核電設備建造規(guī)范普遍采取的措施是，對因成形引起的應變率超過一定限度的零部件進行熱處理，以補償因成形應變造成的韌性損失，從而恢復材料性能；同時要求進行成形或成形加熱處理后的韌性試驗，以確認即使有損失，成形后的剩余韌性仍然不低于規(guī)范相應分卷要求的合格標準。

ASME核電建造規(guī)范在成形工藝評定和成形件材料韌性補償方面的規(guī)定非常簡略[1]，本文就成形工藝評定的實施方式及各種方式的優(yōu)缺點進行分析，從而提出目前適用于國內(nèi)采用的工藝評定方法。

1 ASME核電設備規(guī)范中成形工藝評定的要求

ASME核電設備建造規(guī)范成形工藝評定的目的就是找出因成形應變造成的韌性降低量，并作為補償值把它附加到材料采購合同中去，使采購到的材料未成形前就有足夠的不僅高于相應分卷要求合格標準，而且還有充分的韌性余量儲備，以保證成形后即使發(fā)生了因成形應變造成的韌性降低，降低后的實際韌性水平仍然在規(guī)范要求的合格標準之上，從而保證核設備中沒有一個零部件的實際韌性性能低于規(guī)范相應分卷要求的合格標準。

ASME核電設備建造規(guī)范對成形工藝評定規(guī)定，應變率不小于0.5%的成形零部件應進行成形工藝評定；試驗應對應變前和應變或應變加熱處理后的三個爐號的材料進行，以確定成形及隨后熱處理操作對材料的影響。

關于成形工藝評定的應變要求，工藝評定應模擬材料的最大表面應變，可以采用與材料制造相似的彎曲工藝或在試樣上直接拉伸的方式模擬的最大應變。關于成形工藝評定試樣規(guī)定，應取自與部件材料具有相同的牌號、級別或等級、熱處理的材料，并具有相似的沖擊性能，且應與部件材料經(jīng)受等同的成形或彎曲工藝及熱處理；試樣應取自應變材料的拉伸側(cè)。根據(jù)不同等級的設備部件和不同形式的材料，成形工藝評定韌性試驗按照ASME核電設備建造規(guī)范規(guī)定的3種韌性試驗模式執(zhí)行。

2 成形工藝評定的實施方法

ASME核電建造規(guī)范對應變率超過規(guī)定臨界值的材料實際上規(guī)定了兩種處理方法。①進行評定試驗并進行補償，這是一項保證性措施。②對制造成形零件的材料逐個爐批號進行試驗確認，這是一項確認證明性措施。

以上兩種處理方法在實施過程中分為三種情況：①在材料采購前，容器制造廠進行成形工藝評定，以得到韌性的補償值，并將補償值附加到采購合同中；②將成形工藝評定的試驗要求附加到采購合同中，由鋼材制造廠進行試驗；③材料采購到貨后，逐個爐批地進行韌性試驗確認。

3 成形工藝評定方法的執(zhí)行情況

分析ASME核電設備建造規(guī)范對成形工藝評定的要求，從理論上講可以通過三種方式來實施，但在實際執(zhí)行過程中并非易事，以下對三種方式的優(yōu)缺點進行分析與探討。

3.1 采購合同中規(guī)定韌性補償值

用于產(chǎn)品的材料采購前，容器制造廠采購三個不同爐號的與產(chǎn)品材料相同的材料進行評定。根據(jù)韌性試驗結(jié)果，繪制相關曲線，以測向膨脹量示意見圖1以得到韌性的補償值，將補償值規(guī)定到采購合同中。

圖1 韌性補償值曲線示意圖

圖中，TUFM為未變形材料韌性值達到合格標準時的溫度；TFOM為變形材料韌性值達到合格標準時的溫度；TADJ為變形材料與未變形材料達到合格標準時的溫度差；EXPUFM為變形材料達到合格標準溫度下，變形材料的韌性值；EXPFOM為變形材料達到合格標準溫度下，未變形材料的韌性值；△EXP為變形材料達到合格標準溫度下，未變形材料與變形材料的韌性值差

此種方式的優(yōu)點在于，容器制造廠進行材料的韌性試驗，能夠更全面、深刻地了解材料性能，為后續(xù)產(chǎn)品制造提供了基礎；但ASME核電設備用材料的采購有明確的使用方向和質(zhì)量控制過程，一般不可采購庫存鋼材，而是需要單獨煉鋼，特別是一些非常規(guī)鋼材如AP1000鋼制安全殼用SA 738 Gr.B鋼板更是如此，則成形工藝評定試驗需要三個不同爐號的鋼板采購困難。

在以下情況下，建議采用此種方式，韌性在合格標準以上但韌性值不高的材料，變形容易造成其韌性值在合格標準以下的；變形量很大，材料韌性值受損較大的；產(chǎn)品生產(chǎn)批量大的，以提高生產(chǎn)效率，縮短工期，降低成本。

3.2 采購合同中規(guī)定試驗要求

使用ASME鋼材標準時一般均有采購規(guī)范予以補充和具體化，采購規(guī)范根據(jù)具體用途和經(jīng)驗制訂，并作為材料采購合同的技術附件。材料的成形工藝評定試驗要求可以在采購規(guī)范中提出，由鋼材制造廠完成此項工作。

國外的成形工藝評定試驗基本上采用此種方式，而國內(nèi)的材料用戶往往沒有把鋼材標準作為壓力容器規(guī)范的一個部分來研究、了解，因此不習慣編制采購規(guī)范，國內(nèi)習慣的材料供應方式、范圍、習慣與ASME核電設備規(guī)范中涉及材料的條款有很大的差別。ASME規(guī)范用材的標準、牌號及要求與國內(nèi)標準在體系上有很大的差別，而鋼板制造廠技術人員多是在國內(nèi)材料制造基礎上對ASME規(guī)范進行理解，且ASME規(guī)范對成形工藝評定試驗的要求非常簡略，即便是國內(nèi)較大的鋼板制造廠也沒有按照ASME規(guī)范執(zhí)行成形工藝評定試驗的經(jīng)驗，因此目前此種方式在國內(nèi)很難執(zhí)行。隨著ASME規(guī)范在國內(nèi)的應用越來越廣，制造廠技術人員觀念有所轉(zhuǎn)變，但需要一段時間，目前此方式在國內(nèi)不適用。

3.3 材料到貨后的試驗確認

ASME核電設備規(guī)范允許在材料到貨后進行應變后的韌性試驗，以確認材料韌性滿足規(guī)范規(guī)定的要求。若采用這種方式試驗不合格，則該材料不能用于相應產(chǎn)品的生產(chǎn)，而ASME核電設備規(guī)范用材料一般已定尺、甚至割圓(封頭壓制用)供應，又很難轉(zhuǎn)用于其它設備，如果退貨又會對工期、成本等造成影響，因而這種方式的風險較大。鑒于目前國內(nèi)情況，山東海陽和浙江三門核電站制造的設備閘門及貫穿件套筒的成形工藝評定均采用這種方式。

韌性值高于合格標準很多，變形量又不是特別大的材料，建議采用此種方式；產(chǎn)品生產(chǎn)批量小的，建議采用這種方式，以減少勞動量，降低成本。

結(jié)語

目前，我國在建的三門、海陽項目采用AP1000核電技術，而AP1000是以ASME規(guī)范為基礎建造，ASME核電設備建造規(guī)范在國內(nèi)的應用越來越廣泛，有必要在體系、觀念上對ASME規(guī)范進行理解。

本文提出ASME核電設備建造規(guī)范要求的成形工藝評定的三種實施方式：①在材料采購前，容器制造廠進行成形工藝評定，以得到韌性的補償值，并將補償值附加到采購合同中；②將成形工藝評定的試驗要求附加到采購合同中，由鋼材制造廠進行試驗；③材料采購到貨后，逐個爐批進行韌性試驗確認。

根據(jù)目前國情，推薦采用第①和③種方式。對于材料韌性不容易保證或變形量很大或生產(chǎn)批量大的建議采用第①種方式；對于材料韌性較好，變形量又不是特別大或生產(chǎn)批量較小的建議選用第③種方式。

[1]劉林保，黃兵生，趙娜，等.ASME核電設備建造規(guī)范中的成形工藝評定 [J].石油化工設備，2011.7，40(4)：49-55.

[2]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection NB，Class 1 Components，2011 Edition.

[3]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection NC，Class 1 Components，2011 Edition.

[4]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection ND，Class 1 Components，2011 Edition.

[5]隋士武，王小葉，李艷，等.ASME核電建造規(guī)范中韌性試驗的三種模式[J].壓力容器，2010，27（9）：42-50.

[6]應道宴.ASME壓力容器規(guī)范實施中應注意的幾個問題[J].化工設備與管道，2000，37：22-23.