用于ASME MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比冲击试验的监造要点

孙 钊 都婧婧

（山东核电设备制造有限公司)

用于ASME MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比冲击试验的监造要点

孙 钊*都婧婧

（山东核电设备制造有限公司)

为有效控制用于ASMEMC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比V型缺口冲击试验，从试验材料、试验设备、试验人员及其操作、试验结果的处理等四个方面分析夏比冲击试验监造过程中的监造要点。对SA-738 Gr.B钢板夏比V型缺口冲击试验的监造要点的分析，不仅有利于提高产品的质量，也为其他材料的监造提供了一个参考思路。

安全壳容器 冲击试验 试样 监造 检查 核电设备

ASME MC级安全壳容器是AP1000三代核电技术中的关键设备，是核电设备三道安全保护屏障中的最后一道，其主要材料是SA-738 Gr.B钢板。SA-738 Gr.B钢板的质量直接关系到MC级安全壳容器的质量，从而关系到整个核电机组的安全保障。夏比冲击试验方法是检测产品力学性能的重要手段之一，广泛用于评定金属材料在冲击载荷下的韧脆特性。材料本身的化学成分、金相组织、晶粒度以及是否存在裂纹、夹渣、偏析和非金属夹杂物等冶金缺陷或热处理过程中产生的缺陷，都对试样的冲击性能产生影响。夏比冲击试验的性能指标是SA-738 Gr.B钢板的关键性能指标之一，必须严格控制试验过程，使试验结果能够充分反映产品的质量状况。用于MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比冲击试验的监造要点主要有以下几方面。

1 对试验材料的检查

1.1 样坯的切取

在产品不同方向和位置上切取冲击试样，会得到差异不同的试样结果，尤其对截面较大的钢板，不同位置上切取的试样其冲击吸收功值差别很大。

用于MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比冲击试验的切取试样应使试样的纵轴到轧制表面的距离至少为0.25 t（t为材料的名义厚度），且使试样长度的中线到板材任何热处理边缘的距离至少为t，试样轴向的选取应该符合材料采购技术规格书的要求。如果材料采购技术规格书没有要求，对轧锻产品，冲击试样的切取部位应与拉伸试样相同，且方向为纵向，缺口垂直于取样材料产品的主表面。

样坯切取的监造应该尽量采取现场见证的方式，数量较大的可以以一定比例现场见证，其余不能现场见证的可以以组对检查余料、核对标识及检查取样记录的方式控制取样的质量。样坯切取的位置直接关系到试验的结果，要对取样过程严格控制。

1.2 试样的加工

在冲击试样中，缺口的形状和尺寸对冲击试验结果的影响十分明显。缺口类型和深度不同时，由于应力状态不同而引起的脆化倾向有不同的差异，其中缺口曲率半径影响最大，缺口深度影响次之，缺口角度影响较弱。与标准缺口底部半径相比，随缺口根部尖锐度的增大，应力集中趋于严重，冲击吸收功明显下降；反之当缺口底部半径增加时，冲击吸收功增加。

夏比V型缺口试样应与ASME SA-370图11的A型相一致。一次试验由一组三个10mm×10mm×55mm的全尺寸试样组成。试样尺寸允许公差如表1所示。试样尺寸的监造应该在试样加工完后，用合格的设备仪器进行检查以控制试样质量。冲击试样的缺口形状与尺寸对冲击结果影响十分明显，应使用合格的投影仪和量具对试样的缺口形状及深度严格控制。试样的形状与尺寸是冲击试验过程控制的重点之一，也是冲击试验监造的重点之一。

表1 试样尺寸允许公差

1.3 试样的标记

试样的任何表面上在缺口轴线15 mm范围内都不应存在标记，有试样标记的一面不能放置在朝向试验机的支座上。在进行标记的时候可以采用静电笔，但是应注意避免过多的热量传至试样。在监造的时候，一般要求标记标在试样的两个端面上，以确保满足标记的要求。

2 对试验设备的检查

2.1 冲击试验机、温度仪表的检查

冲击试验机的质量直接影响试验结果的准确性，因此对试验机的检查很重要。冲击试验机应保证冲击吸收功能估读到摆锤最大能量的0.25%。冲击试验机能量指示装置的相对误差不应超过摆锤最大能量的0.2%或材料冲击吸收功的0.4% （取其较大值）。冲击试验机由于摩擦阻力和空气阻力而产生的能量损失不应超过摆锤最大能量的0.75%。对冲击试验机和温度仪表的标定要求如下所述。

（1）冲击试验机应进行标定，并记录标定结果，以满足ASME NCA-3858的要求。应每年至少标定一次，采用ASTM E23-98所述的方法。

（2）温度仪表至少每隔三个月标定一次，并记录标定结果，以满足ASME NCA-3858的要求。

2.2 对试验设备的检查

对试验设备的检查要点如下所述。 （1）检查设备的有效证书和有效日期，通过比对设备与证书的出厂编号、规格型号等相关信息是否一致进行检查。 （2）目视检查试验机的锤头和支座是否有明显的磨损和损坏。 （3）试验前先进行空摆试验，验能量损失是否满足要求。

3 对试验人员及操作的检查

3.1 对试验人员的检查

试验人员应该取得理化试验检验资格证书。监造过程中要对人员的资格进行确认，并查看试验人员最近的试验原始记录及报告，以确认试验人员具备正确试验和熟练操作的技能。

3.2 对操作的检查

对操作的检查包括对取样、放样、试验等一连贯的操作动作进行检查。试验过程有几个监造要点：（1）试样要在试验温度下冷却足够的时间，以保证试样温度的均匀性；（2）要用相同温度的夹钳进行操作；（3）摆锤放下前的放样时间不能大于5s，否则需要重新冷却后试验；（4）试样缺口对称面应位于两支座对称面上，其偏差不应大于0.5mm。当试样缺口中心偏离支座中心线时，冲击力的位置与缺口对称面会有一定距离，则最大冲击力没有作用在缺口根部截面最小处，将会造成冲击吸收功偏高。

3.3 规范化操作

同样的试验条件下，不同的人员操作也会有些许的差异，差异大小的关键就在于操作的标准化规范化。标准化规范化操作的目的之一就是消除人为因素对试验结果的影响，提高试验结果的复现性。因此，要重视对操作人员的监督检查。

4 试验结果的处理

4.1 试验结果

冲击试验的冲击吸收功、断面延伸率和侧向膨胀量应符合采购技术规格书的要求。用于MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比冲击试验的结果要满足ASME核电规范与标准BPVC-Ⅲ（核设施部件建造规则）第1册 NE分卷（MC级部件）的相关要求，冲击试验的吸收能量值应满足表2所示的要求。

表2 冲击试验的吸收能量

用于MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板采购技术规格书中要求屈服强度最低值为415 MPa，在380～520 MPa范围内。对应各个厚度规格钢板的冲击功平均值要求及最小值要求如表2所示。采购规格书中对断面延伸率和侧向膨胀量没有要求。

如果试样没有断成两段，未断裂试样的冲击吸收功小于试验机能力的80%的时候可以和断裂试样的冲击功值进行平均。如果试样的冲击功值不单独列出，则报告未断裂试样冲击功的平均值。如果冲击功超过了试验机能力的80%，并且试样在支座上彻底断裂，则直接报告冲击功数值，而不与其他的数值进行平均。如果试样没有在支座上彻底断裂且超过了试验机能力的80%，则应报告超过了试验机能力。如果试样卡在试验机上，则应废弃此次测量结果并对试验机进行彻底检查，查看其是否有损坏，因为这将影响到试验机的校准。对于技术规格书要求提供侧向膨胀量的，应检查每个半截试样，弄清楚断口凸出部分有没有因接触支座和机器放置表面等而损坏。如果有损坏，试样要报废，以免造成错误的读数。

4.2 复试

对于用于MC级安全壳容器的SA-738 Gr.B钢板夏比V型缺口冲击试验，在同一温度下可进行一次复试。复试需要满足下列条件： (a)试样的吸收能量平均值应该满足表2中相应规定的三个试样平均值； (b)每次试验只能有一个试样小于表2中相应规定的单个试样的最低值； (c)不满足最低值要求的试样，其吸收能量比表2中相应规定的单个最小值的降幅不得大于6.8 J。

每次复试切取两个补充试样，试样应尽可能靠近不合格试样的位置切取。两个试样的试验结果应该等于或者大于表2中相应规定的三个试样要求的平均值，复试才算合格。

5 结语

影响夏比冲击试验结果的因素很多，如果在夏比冲击试验的监造过程中忽视一些细节性的问题，就有可能使结果产生很大的差异。只有通过加强试验过程的监造，使试验方法及操作标准化规范化，试验结果才能更加准确可靠，才能准确反映产品的质量，才能为产品的设计使用提供有力依据。

[1]ASME SA-370钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义 [S].2004版.

[2]ASME核电规范与标准BPVC-Ⅲ核设施部件建造规则(第1册 NE分卷):MC级部件 [S].2004版.

[3]ASTM A370-07钢制品力学性能的标准试验方法和定义 [S].

[4]ASTM E23-02金属材料的开缺口试样冲击试验方法[S].

[5]王滨.ASTM金属材料夏比V型缺口冲击试验方法介绍[J].理化检验,2004,40(7):367-370.

[6]郜俊坤.影响夏比冲击试验结果的主要因素 [J].金属加工,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

*孙钊，男，1980年生，工程师。海阳市，265118。

2012-08-17）