RCC-M與ASME標(biāo)準(zhǔn)在核電反應(yīng)堆壓力容器鍛件取樣方面的差異

連占衛(wèi)

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

我國(guó)批量建造的二代改進(jìn)型壓水堆核電廠(CPR1000)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代先進(jìn)壓水堆核電廠(ACP1000)及三代引進(jìn)技術(shù)示范工程(AP1000)，前兩種堆型應(yīng)用的規(guī)范是法國(guó)的RCC-M，后一種堆型應(yīng)用的是美國(guó)的ASME標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、材料等方面有所差別。本文主要對(duì)比兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在材料方面關(guān)于鍛件取樣方式的差異，關(guān)于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在蒸發(fā)器鍛件取樣方式的對(duì)比已經(jīng)有所報(bào)道，在此僅做反應(yīng)堆壓力容器主要鍛件的取樣方式方面的差異分析。

1 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)取樣要求

主要介紹反應(yīng)堆壓力容器(RPV)主要鍛件的取樣方式，包括上、下封頭，頂蓋法蘭，接管段法蘭，接管段筒體，堆芯筒體和接管鍛件等。以下各表取樣數(shù)量?jī)H供參考，實(shí)際取樣時(shí)請(qǐng)以采購(gòu)規(guī)格書(shū)等技術(shù)條件為準(zhǔn)。

1.1 封頭鍛件(上、下封頭)

規(guī)范M2131中規(guī)定在鍛件延長(zhǎng)段上兩個(gè)徑向相對(duì)位置截取試料，且試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取。若設(shè)備規(guī)格書(shū)或合同文件有要求，則應(yīng)做KV轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)和RTNDT溫度測(cè)定試驗(yàn)。取樣方式、取樣數(shù)量和試樣方向見(jiàn)表1。V型缺口沖擊試樣和落錘試樣均應(yīng)在鄰近部位截取(其它鍛件的KV轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)，落錘試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)的描述同此，以后不再贅述)。

1.2 過(guò)渡段、法蘭鍛件(頂蓋法蘭和接管段法蘭)

規(guī)范M2113中規(guī)定在鍛件延長(zhǎng)段上兩個(gè)徑向相對(duì)位置截取試料，延長(zhǎng)段對(duì)應(yīng)于鋼錠底部(鍛件水口位置)，且試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取。取樣方式、取樣數(shù)量和試樣方向見(jiàn)表2。

1.3 接管段筒體

規(guī)范M2112中規(guī)定在鍛件延長(zhǎng)段上兩個(gè)徑向相對(duì)位置截取試料，延長(zhǎng)段對(duì)應(yīng)于鋼錠底部(鍛件水口位置)，或從兩個(gè)徑向相對(duì)的開(kāi)口端截取試料，試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取。取樣方式、取樣數(shù)量和試樣方向見(jiàn)表3(水口端或接管開(kāi)口處均按表3取樣)。

如果接管段筒體與接管段法蘭整體鍛造成法蘭接管段，其取樣除了上述取樣，還應(yīng)在冒口端(接管段法蘭)取樣，取樣數(shù)量、方向及位置見(jiàn)表2。另外，位于冒口端的兩個(gè)試料與位于水口端的兩塊料成90°關(guān)系。

表1 封頭鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 Sampling quantity, orientation and location of head forging

表2 頂蓋法蘭、過(guò)渡段鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 2 Sampling quantity, orientation and location of closure head flange and transition ring forgings

1.4 堆芯筒體

規(guī)范M2111中規(guī)定在鍛件延長(zhǎng)段上兩個(gè)徑向相對(duì)位置截取試料，延長(zhǎng)段對(duì)應(yīng)于鋼錠底部(鍛件水口位置)，且試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取。取樣方式、取樣數(shù)量和試樣方向見(jiàn)表4。

1.5 接管鍛件

規(guī)范M2114中規(guī)定在鍛件延長(zhǎng)段上兩個(gè)徑向相對(duì)位置截取試料，且試料應(yīng)在鍛件性能熱處理后截取。取樣方式、取樣數(shù)量和試樣方向見(jiàn)表5。

2 ASME標(biāo)準(zhǔn)取樣要求

ASME標(biāo)準(zhǔn)中的第Ⅱ卷A篇SA-508規(guī)范及第Ⅲ卷NB-2000分卷規(guī)定了壓力容器用碳鋼及合金鋼鍛件的取樣方式。根據(jù)SA-508規(guī)范，若采購(gòu)方在詢(xún)價(jià)單或訂單中規(guī)定了1項(xiàng)或多項(xiàng)補(bǔ)充要求，這些補(bǔ)充要求也同樣適用鍛件的生產(chǎn)，對(duì)于補(bǔ)充試驗(yàn)主要有替代的斷裂韌性試驗(yàn)(S10)和用于KV轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的沖擊試驗(yàn)(S3)。一般，用戶(hù)的鍛件采購(gòu)規(guī)程會(huì)詳細(xì)規(guī)定各鍛件的取樣方法、試驗(yàn)類(lèi)型及溫度。

表3 接管段筒體鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 3 Sampling quantity, orientation and location of nozzle shell forging

表4 堆芯筒體鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 4 Sampling quantity, orientation and location of reactor core lower shell forging

表5 接管鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 5 Sampling quantity, orientation and location of nozzle forging

圖1 取樣示意圖Figure 1 Sampling sketch

AP1000壓力容器鍛件一般分為兩類(lèi)，堆芯區(qū)和非堆芯區(qū)鍛件。堆芯區(qū)的鍛件主要有筒身段(堆芯筒體)、接管段(法蘭接管段)和過(guò)渡段，非堆芯區(qū)鍛件主要有頂蓋、安注接管、底封頭、進(jìn)口接管、出口接管等鍛件。以下是這些鍛件的取樣方法的總結(jié)，各表中的取樣數(shù)量及試樣方向(與主加工方向有關(guān))僅供參考。

2.1 筒身段

筒身鍛件在調(diào)質(zhì)前其高度超過(guò)2032mm，重量超過(guò)4540 kg，根據(jù)SA-508規(guī)范要求，應(yīng)在鍛件的兩端分別取樣，各端取兩塊互成180°的試料，兩端取樣位置相隔90°。具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表6。

表6 筒身段鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 6 Sampling quantity, orientation and location of lower shell forging

表7 接管段鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 7 Sampling quantity, orientation and location of upper shell forging

表8 過(guò)渡段鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 8 Sampling quantity, orientation and location of transition ring forging

表9 頂蓋鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 9 Sampling quantity, orientation and location of closure head forging

表10 安注接管鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 10 Sampling quantity, orientation and location of DVI nozzle forging

表11 底封頭鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 11 Sampling quantity, orientation and location of lower head forging

2.2 接管段

同CPR1000整體法蘭接管段一樣，AP1000接管段鍛件取樣時(shí)需在接管段的法蘭端、筒體端和接管開(kāi)口處相對(duì)180°各取兩塊試料，且法蘭端取樣位置與筒體端取樣位置相隔90°。接管段鍛件因有高應(yīng)力區(qū)存在，故在取樣時(shí)需考慮其附近試樣的取樣方式。此高應(yīng)力區(qū)位于法蘭端與接管開(kāi)口處中間，要確定兩處的取樣方式，首先考慮兩處壁厚，由于法蘭端壁厚較厚，超過(guò)205 mm，不宜采用T/4×T方式(對(duì)于SA-508 Gr.3 Cl.1材料，此取樣方式對(duì)鍛件壁厚要求是最厚為205 mm)，應(yīng)采用t×2t(t為熱處理時(shí)高應(yīng)力區(qū)距最近的淬火表面距離，見(jiàn)NB2223.2)方法，接管開(kāi)口處及筒體端的取樣方式采用T/4×T方法(見(jiàn)表7)。

2.3 過(guò)渡段

根據(jù)SA-508規(guī)范要求，過(guò)渡段鍛件應(yīng)在鍛件的一端取樣，取兩塊互成180°的試料，但規(guī)范并未規(guī)定取樣是在相當(dāng)于鋼錠的水口端或冒口端，具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表8。

2.4 頂蓋鍛件

頂蓋鍛件，其試樣的布置方式與CPR1000頂蓋法蘭相似，應(yīng)在鍛件的一端取樣，即在法蘭端取兩塊互成180°的試料，但因鍛件存在高應(yīng)力區(qū)，故取樣時(shí)需考慮高應(yīng)力區(qū)。拉伸試樣的縱軸平行于主加工方向，沖擊試樣垂直于主加工方向。具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表9。

2.5 安注接管鍛件

安注接管，在鍛件的一端取樣，取兩塊互成180°的試料，鍛件存在高應(yīng)力區(qū)，取樣方式按NB2223.2。同頂蓋鍛件一樣，拉伸試樣的縱軸平行于主加工方向，沖擊試樣垂直于主加工方向。具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表10。

2.6 底封頭鍛件

同CPR1000封頭一樣，AP1000底封頭鍛件應(yīng)在鍛件的開(kāi)口大端取樣，取兩塊互成180°的試料。拉伸試樣的縱軸平行于主加工方向，沖擊試樣垂直于主加工方向。取樣按NB2223.1規(guī)定，具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表11。

表12 進(jìn)、出口接管鍛件取樣數(shù)量、方向及位置Table 12 Sampling quantity, orientation and location of nozzle forging for inlet and outlet

2.7 進(jìn)、出口接管鍛件

進(jìn)口接管、出口接管鍛件，其試樣的布置方式與CPR1000接管鍛件相似，應(yīng)在鍛件的一端取兩塊互成180°的試料。鍛件存在高應(yīng)力區(qū)，取樣時(shí)需考慮高應(yīng)力區(qū)。因其主加工方向不明確，其實(shí)驗(yàn)程序較頂蓋、安注接管等稍復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)程序如下：

用兩個(gè)方向的拉伸試驗(yàn)中的屈服強(qiáng)度較高值確定落錘試驗(yàn)的沖擊能量，由落錘試驗(yàn)確定NDTT(零塑性轉(zhuǎn)變溫度)，接著在NDTT+33℃做兩個(gè)方向的沖擊試驗(yàn)，取沖擊平均值低的方向。沖擊試驗(yàn)、KV曲線(xiàn)及補(bǔ)充沖擊試驗(yàn)均為沖擊平均值低的方向。驗(yàn)收時(shí)拉伸試驗(yàn)結(jié)果按與沖擊試樣方向垂直的方向報(bào)出，即報(bào)出NDTT+33℃沖擊試驗(yàn)結(jié)果平均值高的方向的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。具體的取樣數(shù)量、方向和位置見(jiàn)表12。

3 取樣對(duì)比

通過(guò)上述對(duì)比，可知兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用于RPV鍛件取樣時(shí)的差異主要有：

3.1 試料的布置

兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各鍛件的試料部位規(guī)定基本相同，但也有不同之處。如 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于堆芯筒體鍛件只要求在一端(水口端)取樣，ASME中(筒身段)則要求鍛件兩端設(shè)置試料，且兩端試料相互成90°位向關(guān)系。 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一般在鍛件的水口端取樣，ASME沒(méi)有具體規(guī)定，比如 RCC-M規(guī)定在過(guò)渡段鍛件的水口端取樣，相應(yīng)地ASME標(biāo)準(zhǔn)則無(wú)此要求。

3.2 試樣的熱處理狀態(tài)、數(shù)量及方向

對(duì)于試樣的熱處理狀態(tài)， RCC-M規(guī)定有兩種，即：調(diào)質(zhì)態(tài)(QT)和模擬態(tài)(QT+SSRHT)，ASME規(guī)范只要求做模擬態(tài)試驗(yàn)。另外，由于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的取樣部位基本相同，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)， RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試樣數(shù)量較多。對(duì)于試樣方向的規(guī)定， RCC-M中對(duì)落錘試樣和補(bǔ)充沖擊試樣的方向要求較明確，相應(yīng)地，ASME中要求落錘試樣為任意方向，補(bǔ)充沖擊試樣方向?yàn)闄M向。

3.3 試樣的取樣方法

RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同鍛件的取樣方式都有明確規(guī)定，即使是同一鍛件，其拉伸試樣，KV曲線(xiàn)用沖擊試樣，落錘試樣及補(bǔ)充沖擊試樣的取樣方式也不一定相同，取樣方法的規(guī)定較為詳細(xì)。一般來(lái)說(shuō)，筒類(lèi)件及封頭類(lèi)鍛件的拉伸及沖擊試樣的取樣方式為T(mén)×T/4方法，落錘試樣的有用部分距鍛件內(nèi)側(cè)T/4至T/2間截取，距離淬火端面不少于一個(gè)壁厚T。其它類(lèi)鍛件的取樣方式詳見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

ASME取樣方式一般主要依據(jù)NB2223.1和NB2223.2的規(guī)定。對(duì)于筒類(lèi)鍛件比如筒身段，其取樣方式主要按NB2223.1，即按T×T/4方法。對(duì)于存在高應(yīng)力區(qū)的鍛件如頂蓋，接管等鍛件應(yīng)按NB2223.2規(guī)定采用t×2t方法。需要注意的是對(duì)于筒類(lèi)件按T/4×T取樣時(shí)，與 RCC-M不同的是，ASME規(guī)定的是試樣的長(zhǎng)度中線(xiàn)而非有用部分距淬火端面的距離至少為1個(gè)壁厚，且落錘試樣的取樣方式同拉伸試樣一樣，不需在距內(nèi)表面T/4至T/2間截取。

4 結(jié)論

RCC-M標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)在RPV鍛件取樣規(guī)定方面的差異主要有：

(1)在試料的布置方面，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各鍛件的試料部位規(guī)定基本相同，但也有不同之處，比如堆芯筒體鍛件的試料設(shè)置。

(2)試樣的熱處理狀態(tài)、數(shù)量和方向，差異主要有：除了模擬態(tài)， RCC-M還規(guī)定了調(diào)質(zhì)態(tài)試樣，試樣數(shù)量相對(duì)較多，且對(duì)落錘試樣方向做了規(guī)定。

(3)取樣方法方面， RCC-M針對(duì)不同的鍛件取樣方式不同，ASME取樣方式主要依據(jù)NB2223.1和NB2223.2。