ASME核電設(shè)備建造規(guī)范中成形工藝評(píng)定的實(shí)施

高 偉 楊照東

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽(yáng) 265118）

成形零部件在制造過(guò)程中由于變形產(chǎn)生的應(yīng)變會(huì)使材料韌性受損，造成部件在以后的使用過(guò)程中易于發(fā)生非延性失效。為防止這類破壞事故的發(fā)生，ASME核電設(shè)備建造規(guī)范普遍采取的措施是，對(duì)因成形引起的應(yīng)變率超過(guò)一定限度的零部件進(jìn)行熱處理，以補(bǔ)償因成形應(yīng)變?cè)斐傻捻g性損失，從而恢復(fù)材料性能；同時(shí)要求進(jìn)行成形或成形加熱處理后的韌性試驗(yàn)，以確認(rèn)即使有損失，成形后的剩余韌性仍然不低于規(guī)范相應(yīng)分卷要求的合格標(biāo)準(zhǔn)。

ASME核電建造規(guī)范在成形工藝評(píng)定和成形件材料韌性補(bǔ)償方面的規(guī)定非常簡(jiǎn)略[1]，本文就成形工藝評(píng)定的實(shí)施方式及各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，從而提出目前適用于國(guó)內(nèi)采用的工藝評(píng)定方法。

1 ASME核電設(shè)備規(guī)范中成形工藝評(píng)定的要求

ASME核電設(shè)備建造規(guī)范成形工藝評(píng)定的目的就是找出因成形應(yīng)變?cè)斐傻捻g性降低量，并作為補(bǔ)償值把它附加到材料采購(gòu)合同中去，使采購(gòu)到的材料未成形前就有足夠的不僅高于相應(yīng)分卷要求合格標(biāo)準(zhǔn)，而且還有充分的韌性余量?jī)?chǔ)備，以保證成形后即使發(fā)生了因成形應(yīng)變?cè)斐傻捻g性降低，降低后的實(shí)際韌性水平仍然在規(guī)范要求的合格標(biāo)準(zhǔn)之上，從而保證核設(shè)備中沒(méi)有一個(gè)零部件的實(shí)際韌性性能低于規(guī)范相應(yīng)分卷要求的合格標(biāo)準(zhǔn)。

ASME核電設(shè)備建造規(guī)范對(duì)成形工藝評(píng)定規(guī)定，應(yīng)變率不小于0.5%的成形零部件應(yīng)進(jìn)行成形工藝評(píng)定；試驗(yàn)應(yīng)對(duì)應(yīng)變前和應(yīng)變或應(yīng)變加熱處理后的三個(gè)爐號(hào)的材料進(jìn)行，以確定成形及隨后熱處理操作對(duì)材料的影響。

關(guān)于成形工藝評(píng)定的應(yīng)變要求，工藝評(píng)定應(yīng)模擬材料的最大表面應(yīng)變，可以采用與材料制造相似的彎曲工藝或在試樣上直接拉伸的方式模擬的最大應(yīng)變。關(guān)于成形工藝評(píng)定試樣規(guī)定，應(yīng)取自與部件材料具有相同的牌號(hào)、級(jí)別或等級(jí)、熱處理的材料，并具有相似的沖擊性能，且應(yīng)與部件材料經(jīng)受等同的成形或彎曲工藝及熱處理；試樣應(yīng)取自應(yīng)變材料的拉伸側(cè)。根據(jù)不同等級(jí)的設(shè)備部件和不同形式的材料，成形工藝評(píng)定韌性試驗(yàn)按照ASME核電設(shè)備建造規(guī)范規(guī)定的3種韌性試驗(yàn)?zāi)Ｊ綀?zhí)行。

2 成形工藝評(píng)定的實(shí)施方法

ASME核電建造規(guī)范對(duì)應(yīng)變率超過(guò)規(guī)定臨界值的材料實(shí)際上規(guī)定了兩種處理方法。①進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)并進(jìn)行補(bǔ)償，這是一項(xiàng)保證性措施。②對(duì)制造成形零件的材料逐個(gè)爐批號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)，這是一項(xiàng)確認(rèn)證明性措施。

以上兩種處理方法在實(shí)施過(guò)程中分為三種情況：①在材料采購(gòu)前，容器制造廠進(jìn)行成形工藝評(píng)定，以得到韌性的補(bǔ)償值，并將補(bǔ)償值附加到采購(gòu)合同中；②將成形工藝評(píng)定的試驗(yàn)要求附加到采購(gòu)合同中，由鋼材制造廠進(jìn)行試驗(yàn)；③材料采購(gòu)到貨后，逐個(gè)爐批地進(jìn)行韌性試驗(yàn)確認(rèn)。

3 成形工藝評(píng)定方法的執(zhí)行情況

分析ASME核電設(shè)備建造規(guī)范對(duì)成形工藝評(píng)定的要求，從理論上講可以通過(guò)三種方式來(lái)實(shí)施，但在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中并非易事，以下對(duì)三種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析與探討。

3.1 采購(gòu)合同中規(guī)定韌性補(bǔ)償值

用于產(chǎn)品的材料采購(gòu)前，容器制造廠采購(gòu)三個(gè)不同爐號(hào)的與產(chǎn)品材料相同的材料進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)韌性試驗(yàn)結(jié)果，繪制相關(guān)曲線，以測(cè)向膨脹量示意見(jiàn)圖1以得到韌性的補(bǔ)償值，將補(bǔ)償值規(guī)定到采購(gòu)合同中。

圖1 韌性補(bǔ)償值曲線示意圖

圖中，TUFM為未變形材料韌性值達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的溫度；TFOM為變形材料韌性值達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的溫度；TADJ為變形材料與未變形材料達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的溫度差；EXPUFM為變形材料達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)溫度下，變形材料的韌性值；EXPFOM為變形材料達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)溫度下，未變形材料的韌性值；△EXP為變形材料達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)溫度下，未變形材料與變形材料的韌性值差

此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，容器制造廠進(jìn)行材料的韌性試驗(yàn)，能夠更全面、深刻地了解材料性能，為后續(xù)產(chǎn)品制造提供了基礎(chǔ)；但ASME核電設(shè)備用材料的采購(gòu)有明確的使用方向和質(zhì)量控制過(guò)程，一般不可采購(gòu)庫(kù)存鋼材，而是需要單獨(dú)煉鋼，特別是一些非常規(guī)鋼材如AP1000鋼制安全殼用SA 738 Gr.B鋼板更是如此，則成形工藝評(píng)定試驗(yàn)需要三個(gè)不同爐號(hào)的鋼板采購(gòu)困難。

在以下情況下，建議采用此種方式，韌性在合格標(biāo)準(zhǔn)以上但韌性值不高的材料，變形容易造成其韌性值在合格標(biāo)準(zhǔn)以下的；變形量很大，材料韌性值受損較大的；產(chǎn)品生產(chǎn)批量大的，以提高生產(chǎn)效率，縮短工期，降低成本。

3.2 采購(gòu)合同中規(guī)定試驗(yàn)要求

使用ASME鋼材標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一般均有采購(gòu)規(guī)范予以補(bǔ)充和具體化，采購(gòu)規(guī)范根據(jù)具體用途和經(jīng)驗(yàn)制訂，并作為材料采購(gòu)合同的技術(shù)附件。材料的成形工藝評(píng)定試驗(yàn)要求可以在采購(gòu)規(guī)范中提出，由鋼材制造廠完成此項(xiàng)工作。

國(guó)外的成形工藝評(píng)定試驗(yàn)基本上采用此種方式，而國(guó)內(nèi)的材料用戶往往沒(méi)有把鋼材標(biāo)準(zhǔn)作為壓力容器規(guī)范的一個(gè)部分來(lái)研究、了解，因此不習(xí)慣編制采購(gòu)規(guī)范，國(guó)內(nèi)習(xí)慣的材料供應(yīng)方式、范圍、習(xí)慣與ASME核電設(shè)備規(guī)范中涉及材料的條款有很大的差別。ASME規(guī)范用材的標(biāo)準(zhǔn)、牌號(hào)及要求與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在體系上有很大的差別，而鋼板制造廠技術(shù)人員多是在國(guó)內(nèi)材料制造基礎(chǔ)上對(duì)ASME規(guī)范進(jìn)行理解，且ASME規(guī)范對(duì)成形工藝評(píng)定試驗(yàn)的要求非常簡(jiǎn)略，即便是國(guó)內(nèi)較大的鋼板制造廠也沒(méi)有按照ASME規(guī)范執(zhí)行成形工藝評(píng)定試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，因此目前此種方式在國(guó)內(nèi)很難執(zhí)行。隨著ASME規(guī)范在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣，制造廠技術(shù)人員觀念有所轉(zhuǎn)變，但需要一段時(shí)間，目前此方式在國(guó)內(nèi)不適用。

3.3 材料到貨后的試驗(yàn)確認(rèn)

ASME核電設(shè)備規(guī)范允許在材料到貨后進(jìn)行應(yīng)變后的韌性試驗(yàn)，以確認(rèn)材料韌性滿足規(guī)范規(guī)定的要求。若采用這種方式試驗(yàn)不合格，則該材料不能用于相應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，而ASME核電設(shè)備規(guī)范用材料一般已定尺、甚至割圓(封頭壓制用)供應(yīng)，又很難轉(zhuǎn)用于其它設(shè)備，如果退貨又會(huì)對(duì)工期、成本等造成影響，因而這種方式的風(fēng)險(xiǎn)較大。鑒于目前國(guó)內(nèi)情況，山東海陽(yáng)和浙江三門核電站制造的設(shè)備閘門及貫穿件套筒的成形工藝評(píng)定均采用這種方式。

韌性值高于合格標(biāo)準(zhǔn)很多，變形量又不是特別大的材料，建議采用此種方式；產(chǎn)品生產(chǎn)批量小的，建議采用這種方式，以減少勞動(dòng)量，降低成本。

結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)在建的三門、海陽(yáng)項(xiàng)目采用AP1000核電技術(shù)，而AP1000是以ASME規(guī)范為基礎(chǔ)建造，ASME核電設(shè)備建造規(guī)范在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，有必要在體系、觀念上對(duì)ASME規(guī)范進(jìn)行理解。

本文提出ASME核電設(shè)備建造規(guī)范要求的成形工藝評(píng)定的三種實(shí)施方式：①在材料采購(gòu)前，容器制造廠進(jìn)行成形工藝評(píng)定，以得到韌性的補(bǔ)償值，并將補(bǔ)償值附加到采購(gòu)合同中；②將成形工藝評(píng)定的試驗(yàn)要求附加到采購(gòu)合同中，由鋼材制造廠進(jìn)行試驗(yàn)；③材料采購(gòu)到貨后，逐個(gè)爐批進(jìn)行韌性試驗(yàn)確認(rèn)。

根據(jù)目前國(guó)情，推薦采用第①和③種方式。對(duì)于材料韌性不容易保證或變形量很大或生產(chǎn)批量大的建議采用第①種方式；對(duì)于材料韌性較好，變形量又不是特別大或生產(chǎn)批量較小的建議選用第③種方式。

[1]劉林保，黃兵生，趙娜，等.ASME核電設(shè)備建造規(guī)范中的成形工藝評(píng)定 [J].石油化工設(shè)備，2011.7，40(4)：49-55.

[2]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection NB，Class 1 Components，2011 Edition.

[3]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection NC，Class 1 Components，2011 Edition.

[4]ASME Code，Section Ⅲ，Division 1，Subsection ND，Class 1 Components，2011 Edition.

[5]隋士武，王小葉，李艷，等.ASME核電建造規(guī)范中韌性試驗(yàn)的三種模式[J].壓力容器，2010，27（9）：42-50.

[6]應(yīng)道宴.ASME壓力容器規(guī)范實(shí)施中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].化工設(shè)備與管道，2000，37：22-23.