核電蒸汽發(fā)生器鍛件應用RCC-M標準與ASME標準取樣方式的差異

連占衛(wèi)

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

我國核電鍛件在實際生產中，應用較多的國外規(guī)范是RCC-M與ASME標準，兩者在結構、設計規(guī)則、材料、無損檢驗、資格認證等方面有所差別。核電蒸汽發(fā)生器是核島的關鍵設備，在其鍛件的生產過程中采用正確的取樣方式是驗收試驗的前提。這里主要是分析兩個標準在核電蒸汽發(fā)生器鍛件制造過程中取樣方式的差異。

1 RCCM標準取樣要求

蒸發(fā)器的主要鍛件包括管板、橢球封頭、水室封頭、錐形筒體及筒體鍛件。各種產品的取樣要求分別敘述如下。

1.1 管板取樣要求

規(guī)范M2115中規(guī)定在試環(huán)兩個徑向相對位置X及Y上截取試料，該試環(huán)是與鍛件相連，位于鋼錠底部的加長段。鍛件經(jīng)性能熱處理后再截取(或切割)試料。當設備技術規(guī)格書或其他有關的合同文件有要求時，必須做補充試驗測定RTNDT溫度，通過“Pellini”落錘試驗和夏比V形缺口沖擊試驗測定RTNDT溫度。取樣方法、試樣數(shù)量和位置見表1。夏比V形缺口沖擊試樣及“Pellini”落錘試樣均應在相鄰近位置截取。

1.2 橢球封頭取樣

規(guī)范M2134規(guī)定了橢球封頭的取樣，橢球封頭取樣分為毛坯取樣和圓頂取樣。毛坯取樣時要取下兩個試環(huán)，一試環(huán)(試環(huán)1)在管嘴加強側，另一試環(huán)(試環(huán)2)在橢球封頭大端。這兩個試環(huán)經(jīng)過成形熱處理后取下試料，在性能熱處理前焊到鍛件上，詳見RCC-M M2134規(guī)范，在此僅介紹性能熱處理后的取樣。

性能熱處理后在每個試環(huán)上沿直徑方向相對的X、Y兩個部位截取試料。取樣方法、數(shù)量及位置列于表2。如因工藝原因不能從試環(huán)2截取試料，允許鍛造廠和制造商用隔熱環(huán)保護試環(huán)，以此滿足對取樣距離的要求。當設備技術規(guī)格書或其他有關的合同文件有要求時，應做補充試驗以測定RTNDT溫度。通過進行“Pellini”落錘試驗和夏比V型缺口沖擊試驗來確定RTNDT溫度。夏比V型缺口沖擊試樣與“Pellini”落錘試樣均應并排截取。

1.3 水室封頭取樣

鍛件的取樣方式在規(guī)范M2143中有詳細規(guī)定。試料須從試環(huán)上兩個徑向相對的X、Y位置截取，此試環(huán)是與封頭相連的加長段。試料須在封頭經(jīng)性能熱處理后截取(或切割)。供貨商可用一高度至少等于封頭厚度的隔熱環(huán)來保護試料邊緣，該隔熱環(huán)的寬度至少等于封頭的厚度，須把它焊到封頭上。試樣的取樣方法、數(shù)量及位置總結于表3中。

表1 管板取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The tube plate sampling quantity, direction and location

注：HTMP: 性能熱處理；HTMP+SSRHT：性能熱處理+模擬消除應力熱處理；C：周向；R：徑向。

表2 橢球封頭取樣數(shù)量、方向及位置Table 2 The ellipsoiol sealing head sampling, direction and location

注：橫向：指試樣軸向垂直于鍛件主加工方向。

表3 水室封頭取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The water room sealing head sampling quantity, direction and location

當設備技術規(guī)格書或其他有關的合同文件有要求時，應做補充試驗以測定RTNDT溫度，通過'Pellini'落錘試驗和夏比V形缺口沖擊試驗測定RTNDT溫度。夏比V型缺口沖擊試樣和“Pellini”落錘試樣均應并排截取。

1.4 錐形筒體及筒體取樣

規(guī)范M2133規(guī)定了錐形筒體及筒體的取樣，在一個與鍛件相連的加長段所構成的試環(huán)上，在直徑方向上相對的X、Y兩個部位截取(或切割)試料。試料應在鍛件性能熱處理后截取(或切割)。具體的取樣方法、數(shù)量及位置總結于表4中。為滿足取樣要求，允許供貨商用一個高度至少等于鍛件厚度的隔熱環(huán)來保護殼體底部，隔熱環(huán)寬度至少等于殼體厚度，并應焊在鍛件上。當設備技術規(guī)格書或其他有關的合同文件有要求時，應做補充試驗以測定RTNDT溫度，通過“Pellini”落錘試驗和夏比V形缺口沖擊試驗測定RTNDT溫度。夏比V型缺試樣與“Pellini”落錘試樣均應并排截取。

2 ASME標準取樣要求

2.1 ASME SECII A篇SA508規(guī)范

本規(guī)范規(guī)定了壓力容器用碳鋼及合金鋼鍛件的取樣方式，具體包括的鍛件有：容器頂蓋，殼體，法蘭，管板，環(huán)，封頭和類似零件的鍛件。但本規(guī)范并未像RCC-M標準一樣具體規(guī)定每個鍛件的取樣方式，只是詳細規(guī)定了拉伸試樣的取樣方式。

對于單個鍛件或單個組合鍛件(組合鍛件指的是在淬火加回火處理后分離的那些鍛件)，其拉伸試樣的部位和數(shù)量見表5所示。

從表5可見，對于不同粗加工重量及熱處理長度的鍛件，其拉伸試樣的設置是不同的。拉伸試樣取自鍛件的一端或兩端的延伸部位(把位于鍛件或組合鍛件端部的整塊試驗金屬定義為試驗用的延伸部位)，并且相互之間應有一定的方位關系。

同時針對不同形狀的鍛件，規(guī)范還規(guī)定了拉伸試樣的縱軸方向。對于墩粗的盤形鍛件，試樣的縱軸應為切線方向，對于所有其他零件，試樣的縱軸應平行于鍛件的主要加工方向。

拉伸試樣如此布置，以使其縱軸和長度中點符合于下述方法中的一種：

方法1：t×2t，此處t為主要承載區(qū)到最近淬火表面的距離。不過試樣距一個淬火表面的距離不少于in.(20 mm)，距第二個淬火表面不少于1in.(40 mm)。

表4 錐形筒體及筒體取樣數(shù)量、方向及位置Table 1 The tapered cylinder and the cylinder body sampling quantity, direction and location

注：T：橫向，試樣的縱軸垂直于主加工方向；L：縱向，試樣的縱軸平行于主加工方向。

表5 拉伸試樣的部位及數(shù)量Table 5 The position the number of tensile samples

方法3：試樣應從所代表的單獨的試驗鍛件上制取，此種方法對鍛件與其所代表的產品鍛件在尺寸、熱加工等方面有一定的要求。此單獨的試驗鍛件應與產品鍛件同裝一爐且在相同條件下進行熱處理，試樣應從厚度中點和表面之間的中心區(qū)域上制取，并且距第二個熱處理表面不小于T。此方法限定于粗加工后其重量不超過1 000 lb(455 kg)的鍛件，厚度限制同方法2。

方法4：把橫截面至少為T×T的隔熱環(huán)，或長度至少為3T的這樣的環(huán)段在力學性能熱處理前焊到鍛件的試驗端部。試塊應從鍛件上以環(huán)和環(huán)形段隔熱的區(qū)域內制取。假如采用了環(huán)段隔熱，則試塊應從隔熱環(huán)段保護區(qū)域內，并距隔熱環(huán)段兩端長度為T的區(qū)域切取。在上述任一情況下，試樣切取時應距鍛件緩沖表面至少in.(13 mm)，距鍛件的一淬火表面至少為1/4T。

對于上述4個方法，如果鍛件最大厚度為2 in.(50 mm)，試樣切取時應在厚度中心，并且距第二個表面至少2 in.(50 mm)。

如果指定了補充要求S1(詳見SA508規(guī)范)，所有的拉伸試料要進行模擬焊后熱處理。

對于沖擊試樣，應從每個拉伸試樣的部位制取一組三個夏比V形缺口試樣。補充要求S1同樣適用于沖擊試樣。沖擊試樣的縱軸和中間長度的位置應與拉伸試樣的縱軸位置相同。缺口的軸線應垂直于鍛件的最近的熱處理表面。當指定了補充要求S10時，沖擊試驗所需試樣的數(shù)量及方向應按相應的NB，NC，ND，NE，NF或NG-2300規(guī)定。

2.2 ASME第三卷NB-2000分卷

本分卷中規(guī)定了鍛件的取樣方法，同SA508篇中的拉伸試樣的取樣方式相一致。

2.2.1 試料的部位

2.2.2 特厚且復雜的鍛件

對于特厚且復雜的鍛件，諸如異型接管、厚管板、法蘭、接管、泵體和閥體等，以及其它在熱處理之前已成形或基本加工到成品形狀的復雜鍛件，試件可用取自產品的延長部分或產品的其它備料部位。證書持有者應規(guī)定在使用中承受高拉應力的成品表面。切取試件時應使試樣的縱軸離最近熱處理表面至少等于所規(guī)定的高拉應力表面到最近的熱處理表面的最大距離，且試樣長度的中線到其它熱處理表面至少為此距離的兩倍。在任何情況下，試樣的縱軸到任何熱處理表面的距離不得小于in.(19 mm)，試樣長度的中線到任何第二表面的距離至少為1in.(38 mm)。

2.2.3 從單獨生產的試驗鍛件上切取試料

代表同一爐號和同一熱處理批號的鍛件試料，可用在單獨鍛造的試驗鍛件上切取，試驗鍛件的制造應滿足相應的規(guī)定(詳見規(guī)范NB2000中NB-2223.3)。

簡單鍛件的試件，應使試樣的縱軸位于厚度之半到表面的中間部位，且試樣長度的中線到任何熱處理邊緣的距離不得小于鍛件厚度。但是在產品鍛件的厚度和長度之比不允許時，則產品鍛件將用作試驗鍛件，試樣的長度中線位于試驗鍛件的長度中間處。

復雜鍛件的試件，應按2.2.2所述要求切取。

2.2.4 落錘試樣與沖擊試樣

NB-2300材料的斷裂韌度要求中規(guī)定了落錘試驗和夏比沖擊試驗取樣數(shù)量和方向：取樣部位同拉伸試樣部位，取樣方向對于夏比沖擊試樣應垂直于材料主加工方向，缺口軸線垂直于材料表面。落錘試驗試樣的軸線可取任何方向。

3 RCC-M與ASEM取樣方式的差異

通過對比以上取樣方式可知，對于核電蒸汽發(fā)生器鍛件的取樣，兩個標準在此方面的差異主要有以下三方面：

3.1 試樣數(shù)量

兩個標準對于試樣數(shù)量的規(guī)定是不同的。相對來說，RCC-M標準對不同鍛件取樣數(shù)量規(guī)定較詳細。對于核電壓力容器用鋼，RCC-M規(guī)定了熱處理后的室溫和高溫的力學性能，試樣的熱處理狀態(tài)有兩種，除了ASME規(guī)定的HTMP+SSRHT，還有HTMP態(tài)，ASME標準則沒有規(guī)定高溫力學性能。例如，對于管板取樣，RCC-M要求除了有HTMP+SSRHT熱處理狀態(tài)的試樣，還有HTMP態(tài)的試樣，拉伸試驗還分為室溫和350℃兩種，試樣數(shù)量較ASME規(guī)定得多。但并不能說對于所有鍛件RCC-M要求的取樣數(shù)量都較ASME要求得多，因為試樣的設置還與鍛件的制造方式有關，比如水室封頭鍛件，RCC-M只要求大端取樣，而ASME則要求除大端外，還應在三個管嘴處取樣，這是因為兩種鍛件的管嘴加工工藝不同。

3.2 試樣布置

RCC-M鍛件的取樣方式?jīng)]有統(tǒng)一規(guī)定，但都滿足ASME的要求，有的還嚴于ASME要求。同樣，以管板取樣為例，對拉伸試樣取樣要求：試樣的中心線應距離試環(huán)的平表面至少50 mm，距內圓表面至少100 mm。ASME取樣方式設置應根據(jù)高應力區(qū)距淬火表面的距離設定。如果這個距離很小，比如為≤19 mm，那么其取樣方式為：試樣的縱軸距離試環(huán)的距離最小為19 mm，距離內圓表面至少為38 mm。高應力區(qū)距淬火表面的距離由粗加工圖的尺寸決定，能滿足加工余量就行，不會很大，比如超過50 mm，在能保證鍛件不變形及加工余量的尺寸下，其值越小越好。

ASME取樣方式一般主要是應用方法1和方法2。尤其是方法1，根據(jù)高應力區(qū)距淬火表面的位置取樣，規(guī)定很明確。對于筒體類鍛件，一般應用方法2取樣。這與RCC-M標準相同，但區(qū)別是落錘試樣的位置設置有所不同。

3.3 試樣方向

兩個標準對試樣的方位的規(guī)定也有所差異，RCC-M中規(guī)定了落錘試樣的具體方向，ASME則沒有；RCC-M中補充沖擊試樣方向并不一定都是橫向，而ASME中規(guī)定沖擊試樣方向為橫向。

對于采用ASME規(guī)范生產的蒸發(fā)器鍛件，鍛件具體的取樣位置、試樣數(shù)量及方向一般會在用戶采購規(guī)格書中有詳細規(guī)定。

4 結論

在核電蒸汽發(fā)生器鍛件生產中，RCC-M標準與ASME標準關于取樣方式規(guī)定的差異主要體現(xiàn)在以下三方面：

(1)在試樣數(shù)量方面，RCC-M標準對不同鍛件取樣數(shù)量規(guī)定較詳細，ASME沒有統(tǒng)一規(guī)定。

(2)在試樣方向方面，差異主要是RCC-M對落錘試樣方向做了規(guī)定，ASME沒有規(guī)定其具體方向；ASME規(guī)定沖擊試樣方向為橫向，RCC-M則沒有規(guī)定。

(3)試樣取樣方法方面，RCC-M對鍛件的取樣方式?jīng)]有統(tǒng)一規(guī)定，針對不同的鍛件試樣取樣方式不同。ASME取樣方式有統(tǒng)一規(guī)定，主要是方法1和方法2。

[1] 核電領域RCC-M規(guī)范與ASME標準的比較. 周在杞，陸卜良，高飛.中國核能行業(yè)協(xié)會暨2010年中國核能可持續(xù)發(fā)展論壇，北京，2010.北京：中國核能行業(yè)協(xié)會，2010.

[2] 法國核島設備設計和建造規(guī)則協(xié)會(AFCEN). 壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則(RCC-M). 2000版. 法國: 法國核島設備設計和建造規(guī)則協(xié)會(AFCEN)，2000.

[3] 法國核島設備設計和建造規(guī)則協(xié)會(AFCEN).壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則(RCC-M).核工業(yè)第二研究設計院科技處.1993版.北京：核工業(yè)第二研究設計院，1996.

[4] ASME鍋爐及壓力容器委員會材料分委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范.2004版.美國：美國機械工程師行業(yè)協(xié)會(ASME)，2004.

[5] ASME鍋爐及壓力容器委員會材料分委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第二卷A篇 鐵基材料：中國《ASME規(guī)范產品》協(xié)作網(wǎng)(CACI).2007版.北京：中國石化出版社.2008.

[6] ASME鍋爐及壓力容器委員會材料分委員會.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第三卷第一冊NB分卷：上海發(fā)電設備成套設計研究院，上海核工程研究設計院.2004.上海：上海科學技術文獻出版社.2007.