设备及管道系统用材料复验内容浅析
赵伟超1 侯立平2
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赵伟超1 侯立平2 ,. 设备及管道系统用材料复验内容浅析[J]. 材料科学研究,20222. DOI:10.12721/ccn.2022.157122.
摘要: 目前中国核电工程有限公司承建的核电站中,M310堆型从田湾5、6号机组开始,华龙一号堆型从福清5、6号机组开始,RCC-P级设备及按照RCC-M标准制造的设备均需执行《核级金属材料复验技术要求》,可见核级金属材料复验是保证设备安全的“长城”,重要性不言而喻。核级金属材料包括设备用材料、管道系统用材料及核安全重要物项用紧固件。本文主要汇总并浅析了设备用及管道系统用材料试验项目内容及操作方式,以帮助需求人员对零部件复验技术要求和试验项目的理解。
关键词: 核级金属材料复验技术要求;材料;试验
DOI:10.12721/ccn.2022.157122
基金资助:

一、复验要求内容

《核级金属材料复验技术要求》中要求设备用及管道系统用材料需进行复验:

(1) 核1、2、3级(RCC-M规范等级)承压边界用材料;

(2) 核2、3级(RCC-M规范等级)泵用泵轴及A、B、C类内件;

(3) 核1、2、3级(RCC-M规范等级)阀门用阀杆、阀瓣、套筒和弹簧;

(4) S1、S2级(RCC-M规范等级)支吊架支承用型材(如型钢、钢板等)。

二、试验项目

此部分包括八种试验,分别为化学分析、拉伸(室温拉伸和高温拉伸)、冲击、硬度、晶间腐蚀、压扁、扩口及金相试验(包括非金属夹杂物和晶粒度)。

二、试验内容浅析

1、 化学分析

指火花放电原子发射光谱法,将制备好的块状样品作为一个电极,用光源发生器使样品与对电极之间激发发光,并将该光束引入分光计,通过色散元件将光束色散后,对选定的内标线和分析线的强度进行测量。根据标准样品制作的校准曲线,求出分析样品中待测元素的含量。

2、 拉伸试验

室温拉伸试验温度范围一般为10℃-35℃,严格的试验温度控制在23℃±5℃。

高温拉伸试验温度为大于35℃(300℃或350℃),对1级锻件,应进行该项试验,对2、3级锻件,当订货合同要求时,作该项试验。

试验原理:按照相关产品标准或GB/T 2975的要求切取样坯和制备试样,使用楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、套环夹具等合适的夹具夹持试样,试验在试验机上进行,试验结果结果用引伸仪来测定。试验分为应变速率控制的试验速率(方法A)及应力速率控制的试验速率(方法B)。

3、 冲击试验(夏比V型缺口)

标准试样为10mm*10mm*55mm、带2mm深的V型缺口试样,一组试验由三个试样组成。试块在冲击载荷作用下折断时吸收能量、纤维断面率和侧膨胀值的测定及韧脆转变曲线的绘制。

试验原理:将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间,缺口背向打击放置,用摆锤一次打击试样,测定试样吸收的能量(详见GB/T 229)。

试验方法按GB/T 229规定执行,并应符合NBT 20004-2011相关规定。

试验温度:对于试验温度有规定的,应在规定温度±2℃范围内进行;如果没有规定,室温冲击试验在23℃±5℃范围进行。

4、 硬度试验

分为维氏、布氏及洛氏硬度试验,维氏硬度试验最小载荷为98N,布氏硬度的试验载荷等于30D2,单位为N。

硬度试验温度范围一般为10℃-35℃,严格的试验温度控制在23℃±5℃。

布氏硬度原理:对一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面,经规定保持时间后,卸除试验力,测量试样表面压痕的直径。

布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。

5、 晶间腐蚀

试块尺寸一般为(60-70)mm*10mm*(3-4)mm,一组试验至少需两块试样,一块做腐蚀试验,一块做对比试验。

试验方法:按GB/T 4334中方法E即不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法进行,在烧瓶底部铺一层纯度不小于99.5%的铜屑或铜粒,然后放置试样。将烧瓶放在加热装置上,使溶液保持微沸状态连续16小时。试验后去除试样,洗涤、干燥、弯曲,弯曲后的试样在10倍放大镜下观察弯曲试样外表面,有无因晶间腐蚀而产生的裂纹。同时,试验方法需满足以下要求:

试样应在沸腾的溶液中浸泡72h,如试剂中放入铜屑,浸泡时间可缩短至24h,试验溶液配制如下(重量百分比):10%结晶硫酸铜(CuSO4•5h2O)、10%硫酸(H2SO4,比重为1.83)、80%蒸馏水。

6、 金相试验

金相试验包括晶粒度试验和非金属夹杂物试验。

a. 晶粒度试验

晶粒度指晶粒大小的量度,测量平均晶粒度的基本方法有比较法、面积法和截点法。

b.非金属夹杂物试验

钢中非金属夹杂物按照GB/T 10561中的方法A进行评定,即检验整个抛光面,对于每一类夹杂物,按细系和粗系记下与所检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数。

原理:指标准评级图显微检验法,将所观察的视场与本标准图谱进行对比,并分别对每类夹杂物进行评级。这些评级图片相当于100倍下纵向抛光平面上面积为0.5mm2的正方形视场。

7、 压扁试验

本试验适用于检验金属管压扁到规定尺寸的变形性能,并显示其缺陷。它适用于无缝和焊接钢管。

试验温度一般为10℃-35℃,严格的试验温度控制在23℃±5℃。

试验原理:垂直于金属管纵轴线方向对规定长度的试样或金属管端部施加力进行压扁,直至在力的作用下两压板之间的距离达到相关产品标准所规定的值。如为闭合压扁,试样内表面接触的宽度应至少为标准试样压扁后其内宽度b的1/2。

试验方法:按照GB/T 246的规定执行,并符合以下要求:1)在仲裁试验时,试样压扁速度小于或等于25mm/min;2)奥氏体不锈钢管压扁试验分两个阶段,按NB/T 20004-2011相关规定执行;3)碳钢管压扁试验要求按相应材料技术条件。

8、 扩口试验

本试验用于检验金属管径向扩张到规定直径的塑性变形性能,并显示其缺陷。适用于无缝钢管和不用填充金属的焊接钢管。

当扩口锥度小于或等于30°时,试样长度应为金属管外径的2倍;锥度大于30°时,其长度则为外径的1.5倍,但不应小于50mm。

试验原理:即用圆锥形顶芯扩大管段试样的一端,直至扩大端的最大外径达到相关产品标准所规定的值。

试验方法:扩口试验按照GB/T 242的规定执行,并满足以下要求:1)奥氏体不锈钢管、镍基合金管用顶角为60°的锥芯,碳钢管用顶角为30°的锥心;2)在仲裁试验时,锥心在试样中的压入速度为(30-50)mm/min;3)奥氏体不锈钢管和镍基合金管扩口率应满足NB/T 20004-2011的相关要求;4)碳钢管扩口试验按相应材料技术条件要求。

四、总结

核级金属材料复验涉及内容较多,本文对设备用及管道系统用材料进行了阐述,对复验过程中涉及的项目内容进行了全方面的浅析和汇总,旨在加深相关人员对设备用及管道系统用材料复验要求和试验项目的理解,进而保证设备的质量和安全,最终保证核电站的建设进度和安全运行。

参考文献

【1】中国核电工程有限公司,核级金属材料复验技术要求,CP04T3085,A版CFC

【2】金属材料 拉伸试验,GB/T 228.1-2010