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

孫 釗 都婧婧

（山東核電設備制造有限公司)

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

孫 釗*都婧婧

（山東核電設備制造有限公司)

為有效控制用于ASMEMC級安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比V型缺口沖擊試驗，從試驗材料、試驗設備、試驗人員及其操作、試驗結果的處理等四個方面分析夏比沖擊試驗監(jiān)造過程中的監(jiān)造要點。對SA-738 Gr.B鋼板夏比V型缺口沖擊試驗的監(jiān)造要點的分析，不僅有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，也為其他材料的監(jiān)造提供了一個參考思路。

安全殼容器 沖擊試驗 試樣 監(jiān)造 檢查 核電設備

ASME MC級安全殼容器是AP1000三代核電技術中的關鍵設備，是核電設備三道安全保護屏障中的最后一道，其主要材料是SA-738 Gr.B鋼板。SA-738 Gr.B鋼板的質(zhì)量直接關系到MC級安全殼容器的質(zhì)量，從而關系到整個核電機組的安全保障。夏比沖擊試驗方法是檢測產(chǎn)品力學性能的重要手段之一，廣泛用于評定金屬材料在沖擊載荷下的韌脆特性。材料本身的化學成分、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，都對試樣的沖擊性能產(chǎn)生影響。夏比沖擊試驗的性能指標是SA-738 Gr.B鋼板的關鍵性能指標之一，必須嚴格控制試驗過程，使試驗結果能夠充分反映產(chǎn)品的質(zhì)量狀況。用于MC級安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗的監(jiān)造要點主要有以下幾方面。

1 對試驗材料的檢查

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，會得到差異不同的試樣結果，尤其對截面較大的鋼板，不同位置上切取的試樣其沖擊吸收功值差別很大。

用于MC級安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗的切取試樣應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，試樣軸向的選取應該符合材料采購技術規(guī)格書的要求。如果材料采購技術規(guī)格書沒有要求，對軋鍛產(chǎn)品，沖擊試樣的切取部位應與拉伸試樣相同，且方向為縱向，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檢查余料、核對標識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系到試驗的結果，要對取樣過程嚴格控制。

1.2 試樣的加工

在沖擊試樣中，缺口的形狀和尺寸對沖擊試驗結果的影響十分明顯。缺口類型和深度不同時，由于應力狀態(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。與標準缺口底部半徑相比，隨缺口根部尖銳度的增大，應力集中趨于嚴重，沖擊吸收功明顯下降；反之當缺口底部半徑增加時，沖擊吸收功增加。

夏比V型缺口試樣應與ASME SA-370圖11的A型相一致。一次試驗由一組三個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)造應該在試樣加工完后，用合格的設備儀器進行檢查以控制試樣質(zhì)量。沖擊試樣的缺口形狀與尺寸對沖擊結果影響十分明顯，應使用合格的投影儀和量具對試樣的缺口形狀及深度嚴格控制。試樣的形狀與尺寸是沖擊試驗過程控制的重點之一，也是沖擊試驗監(jiān)造的重點之一。

表1 試樣尺寸允許公差

1.3 試樣的標記

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

2 對試驗設備的檢查

2.1 沖擊試驗機、溫度儀表的檢查

沖擊試驗機的質(zhì)量直接影響試驗結果的準確性，因此對試驗機的檢查很重要。沖擊試驗機應保證沖擊吸收功能估讀到擺錘最大能量的0.25%。沖擊試驗機能量指示裝置的相對誤差不應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）。沖擊試驗機由于摩擦阻力和空氣阻力而產(chǎn)生的能量損失不應超過擺錘最大能量的0.75%。對沖擊試驗機和溫度儀表的標定要求如下所述。

（1）沖擊試驗機應進行標定，并記錄標定結果，以滿足ASME NCA-3858的要求。應每年至少標定一次，采用ASTM E23-98所述的方法。

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

2.2 對試驗設備的檢查

對試驗設備的檢查要點如下所述。 （1）檢查設備的有效證書和有效日期，通過比對設備與證書的出廠編號、規(guī)格型號等相關信息是否一致進行檢查。 （2）目視檢查試驗機的錘頭和支座是否有明顯的磨損和損壞。 （3）試驗前先進行空擺試驗，驗能量損失是否滿足要求。

3 對試驗人員及操作的檢查

3.1 對試驗人員的檢查

試驗人員應該取得理化試驗檢驗資格證書。監(jiān)造過程中要對人員的資格進行確認，并查看試驗人員最近的試驗原始記錄及報告，以確認試驗人員具備正確試驗和熟練操作的技能。

3.2 對操作的檢查

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

3.3 規(guī)范化操作

同樣的試驗條件下，不同的人員操作也會有些許的差異，差異大小的關鍵就在于操作的標準化規(guī)范化。標準化規(guī)范化操作的目的之一就是消除人為因素對試驗結果的影響，提高試驗結果的復現(xiàn)性。因此，要重視對操作人員的監(jiān)督檢查。

4 試驗結果的處理

4.1 試驗結果

沖擊試驗的沖擊吸收功、斷面延伸率和側(cè)向膨脹量應符合采購技術規(guī)格書的要求。用于MC級安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板夏比沖擊試驗的結果要滿足ASME核電規(guī)范與標準BPVC-Ⅲ（核設施部件建造規(guī)則）第1冊 NE分卷（MC級部件）的相關要求，沖擊試驗的吸收能量值應滿足表2所示的要求。

表2 沖擊試驗的吸收能量

用于MC級安全殼容器的SA-738 Gr.B鋼板采購技術規(guī)格書中要求屈服強度最低值為415 MPa，在380～520 MPa范圍內(nèi)。對應各個厚度規(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機能力的80%的時候可以和斷裂試樣的沖擊功值進行平均。如果試樣的沖擊功值不單獨列出，則報告未斷裂試樣沖擊功的平均值。如果沖擊功超過了試驗機能力的80%，并且試樣在支座上徹底斷裂，則直接報告沖擊功數(shù)值，而不與其他的數(shù)值進行平均。如果試樣沒有在支座上徹底斷裂且超過了試驗機能力的80%，則應報告超過了試驗機能力。如果試樣卡在試驗機上，則應廢棄此次測量結果并對試驗機進行徹底檢查，查看其是否有損壞，因為這將影響到試驗機的校準。對于技術規(guī)格書要求提供側(cè)向膨脹量的，應檢查每個半截試樣，弄清楚斷口凸出部分有沒有因接觸支座和機器放置表面等而損壞。如果有損壞，試樣要報廢，以免造成錯誤的讀數(shù)。

4.2 復試

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

每次復試切取兩個補充試樣，試樣應盡可能靠近不合格試樣的位置切取。兩個試樣的試驗結果應該等于或者大于表2中相應規(guī)定的三個試樣要求的平均值，復試才算合格。

5 結語

影響夏比沖擊試驗結果的因素很多，如果在夏比沖擊試驗的監(jiān)造過程中忽視一些細節(jié)性的問題，就有可能使結果產(chǎn)生很大的差異。只有通過加強試驗過程的監(jiān)造，使試驗方法及操作標準化規(guī)范化，試驗結果才能更加準確可靠，才能準確反映產(chǎn)品的質(zhì)量，才能為產(chǎn)品的設計使用提供有力依據(jù)。

[1]ASME SA-370鋼制品力學性能試驗的標準試驗方法和定義 [S].2004版.

[2]ASME核電規(guī)范與標準BPVC-Ⅲ核設施部件建造規(guī)則(第1冊 NE分卷):MC級部件 [S].2004版.

[3]ASTM A370-07鋼制品力學性能的標準試驗方法和定義 [S].

[4]ASTM E23-02金屬材料的開缺口試樣沖擊試驗方法[S].

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

[6]郜俊坤.影響夏比沖擊試驗結果的主要因素 [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）