核安全设备用紧固件标准分析及复验要求探讨

易 飞，王祥元

(东方电气(广州)重型机器有限公司，广东 广州 511458)

2015年7月，国家核安全局发文通报了国内某制造厂为多个核电厂供货的核安全相关系统和设备用紧固件存在质量文件造假事件[1]。2016年8月，国家核安全局发布了《关于进一步加强核电厂紧固件等大宗材料质量管理的通知》(国核安发[2016]195号)[2]，设备制造厂在进行紧固件采购时按照该通知中的《核电厂紧固件入厂(场)复验指南》(本文后续简称《指南》)进行复验工作，有效的加强了紧固件的质量控制。本文梳理了不同核电项目的紧固件制造标准及设计要求的差异，分析了采购方在执行紧固件复验时存在的问题并提出了建议。

1核安全设备用紧固件常用的技术标准

核安全设备用紧固件的设计标准体系主要有ASME锅炉及压力容器规范(ASME)[3]、压水堆核岛机械设备设计和建造规则(RCC-M)[4]及国标GB/T 3098—2010紧固件机械性能系列标准。

表1列出了核安全设备常用紧固件材料标准。

表1 核安全设备常用紧固件标准

2 不同标准体系中紧固件性能要求的差异

2.1 RCC-M标准对紧固件性能的要求

RCC-M M5110、M5120规定了紧固件棒材阶段的拉伸性能、冲击性能和硬度试验要求。RCC-M M5140规定了螺栓、螺钉、螺杆及螺母的采购要求，第4章规定：对螺钉、螺栓和螺母，如果棒材以热处理状态交货且制造后不再作热处理，则不要求检验其力学性能。若在制造后进行热处理，供货商必须做力学性能试验,测定的性能值应符合棒材采购技术规范中所用钢种的规定值。按RCC-M体系设计的华龙一号项目核安全设备的紧固件在制造后不需要进行热处理，这些紧固件在棒材阶段进行力学性能检验，按图纸加工成成品后不需要再进行拉伸性能检验。

2.2 ASME标准对紧固件性能的要求

ASME标准对紧固件的棒料及紧固件成品的性能检验项次较多，与国标要求相近但也有差异。如核安全设备紧固件常用的标准ASME SA193对制造螺栓的棒料的拉伸性能进行了规定，成品阶段仅在某些特定情况下需要进行拉伸试验和楔形拉伸试验，而 GB/T 3098.1对棒料阶段的拉伸性能并没有进行规定，紧固件成品阶段主要进行楔负载和保证载荷试验，当进行了楔负载试验的不再进行拉伸试验。ASME SA194和GB/T 3098.2相比，在强度性能检测方面要求基本一致，对棒料阶段的拉伸性能并没有规定，而规定了紧固件成品阶段的保证载荷和硬度要求。另外，SA194规定当供需双方存在争议时可以采用钢锥楔压保证载荷试验进行判定。

以最常用到的SA193-2019为例，对紧固件的强度性能要求进行说明[5]，见表2。

表2 SA193部分强度性能试验要求(未包含部分特殊情况)

从上述常用的紧固件标准对比可以看出不同的标准体系对紧固件的棒料及紧固件成品的性能要求是有差异的，相比RCC-M标准，ASME标准和国标对紧固件成品的性能检验项次较多。

3 国家监管单位关于紧固件复验的要求

国核安发[2016]195号中《指南》规定：属于安全重要物项的紧固件应通过抽样试验的方式进行入厂(场)复验，复验单位应独立于采购单位和制造单位(通常称为第三方复验)。紧固件复验检验项目核抽样数量由设计单位根据紧固件的分类以及规范分级在紧固件采购技术条件中明确。《指南》给出了复验项目和抽样数量，其中试验项目与抽样水平见表3。

表3 试验项目与抽样水平

需要说明的是，《指南》明确指出表3中的试验项目适用于核电厂紧固件采购技术条件中要求的项目，另外参照国标(GB/T 3098—2010)规定从力学性能的硬件检测条件考虑，对螺栓进行了划分：对于螺纹规格小于或等于M39的螺栓，应进行实物拉力或楔负载试验；对于螺纹规格大于M39的螺栓，当不能实施实物拉力或楔负载试验项目时，可用机加工试样的拉伸试验代替，并可采用具有代表性的产品延长段或产品本体进行试验；对于冲击试验和机加工试样拉伸试验，若因试样不具代表性而造成结果不合格，允许按照紧固件相关材料标准重新试验。

从上述规定可以看出，并非是表3中的所有项次都需要复验，而是原紧固件的技术条件要求了的试验项目，复验时才需要做。如某项目蒸汽发生器人孔螺栓的技术条件无脱碳和保证载荷试验要求，则在进行第三方复验时也就不必进行该试验。

根据《指南》的要求，国内大部分设计单位在均发布了相适应的紧固件复验规定，如《核电厂安全重要物项紧固件采购补充质量及技术管理要求》、《紧固件复验技术条件》、《紧固件入厂复验方案》等，但详尽程度不同，有的给出了该项目需要第三方复验的安全重要物项紧固件清单和复验项次，更便于操作执行。

4 紧固件采购过程中存在的问题和理解

4.1 设计采购文件应当明确哪些紧固件需要进行第三方复验

当设计单位没有明确需要复验的紧固件清单时，对个别紧固件是否需要进行复验可能存在一定分歧。设计方应当发布产品的零部件(含紧固件)的安全分级和质保分级清单或需第三方复验的紧固件清单以便于执行。需要特别说明的是，安全重要物项的紧固件属于《指南》的适用范畴，根据GB/T 17569[7]，除了安全1级、2级和3级物项以外，非安全级中有特殊要求的物项(即NC(S)级)也属于安全重要物项。

4.2 不同标准体系应避免混用

不同标准体系对紧固件的要求有一定差异，应避免在进行紧固件设计时同时选用不同标准体系的标准，如确实需要采用不同的标准，应明确相应标准中的哪些条款适用紧固件的哪些要求。如某螺母采用国标GB/T 6170(GB/T 6170中的性能要求引用的是GB/T 3098.2和GB/T 3098.15)，同时又选用了ASME牌号SA194 Gr.7材料，这类紧固件的性能如何验收，螺母是否要做保证载荷试验，如果要做，保证载荷应按多少验收。这类紧固件严格意义上并不属于标准紧固件，并不能简单直接引用标准。碰到此种情况时，通常的做法是紧固件供货方通过向设计方发函确认的方式明确，一般情况下棒料的性能按照相应的材料标准进行验收，紧固件的尺寸要求按照紧固件标准执行。当确实要进行保证载荷试验或者实物拉力试验时，应明确具体验收指标。

4.3 非标紧固件的验收要求应当明确

非标紧固件一般是指使用温度、尺寸规格、材料或等级超出紧固件标准的紧固件。目前的紧固件标准都有其适用范围，如GB/T 3098.1适用使用温度为-50～300 ℃且规格小于M39的螺栓， GB/T 3098.2适用使用温度为-50～150 ℃且规格小于M39的螺母。当设计选用这类非标紧固件时，对标准中不适用的或未明确的要求应进行明确，避免制造和验收过程中出现分歧。

4.4 关于核一级设备承压螺栓、螺母复验方式的探讨

根据《加强紧固件质量管理的要素分析与建议》[8]的分析及《指南》的规定，核安全重要物项紧固件均需要纳入管理范畴，主要焦点是大宗材料。但属于核安全重要紧固件的还有一类，如反应堆压力容器主螺栓、主螺母，蒸汽发生器人孔及手孔螺栓、螺母等。这类紧固件安全级别高、质保等级高，按设备进行设计、制造和采购，其设计文件完整、技术要求和验收要求明确，这类紧固件并不属于大宗材料。但按照《指南》的规定，这类紧固件仍应进行第三方复验工作，不可避免的增加了管理和经济成本。

这类紧固件由持证单位供货，供应商编制了完整的制造和质量文件，制造大纲由紧固件采购方审查确认，质量计划由紧固件采购方和业主审查确认，并由采购方和业主代表选点见证，这类紧固件的质量是比较可靠的。同时，考虑到这些紧固件的重要程度及材料不均匀性的可能性，进行材料性能的复验是必要的。建议对这类紧固件的复验方式进行适当调整，具体如下：

针对这类紧固件中规格较小的紧固件(如规格不大于M48的)的复验要求，建议调整为在业主代表见证下由紧固件供应商或采购方进行复验。

反应堆压力容器的主螺栓、主螺母的规格尺寸大且制造要求高(如某项目主螺栓规格为M170,长度2 106 mm，单件重303 kg)，其制造周期长、成本高，如采用成品主螺栓、螺母进行复验，需要将其破坏。主螺栓在棒料阶段完成性能试验后再加工螺纹，后续并无热处理，其棒料阶段的性能可以代表主螺栓的性能。建议在主螺栓棒材性能试验阶段，在其延长段上截取一段复验用料，在业主的见证下由紧固件供应商或采购方进行复验。

5 结论

核安全重要紧固件质量事件给国内核电机组建造带来了巨大的经济损失。紧固件的管理从设计、采购、制造、安装、不符合项管理、检查核试验等环节进行了增强和优化[8-9]。紧固件的复检要求、复检范围在设计文件中应清晰、明确，并避免不同标准体系混用。紧固件供应商和采购方严格落实《指南》要求，确保制造的紧固件满足设计文件要求。