關(guān)于核級緊固件的性能要求概述

緊固件在核電廠安全系統(tǒng)和設(shè)備中大量使用， 承擔(dān)了承壓密封、部件連接和支承固定等功能，其質(zhì)量與性能對核電廠安全系統(tǒng)和設(shè)備執(zhí)行核安全功能有著重要作用。然而在核電廠建設(shè)和設(shè)備制造監(jiān)管過程中發(fā)現(xiàn)，緊固件的設(shè)計(jì)、采購、制造、安裝、驗(yàn)收等方面存在薄弱環(huán)節(jié)，必須加以高度重視，切實(shí)采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)和完善。2016年8月17日，國家核安全局先后發(fā)布了國核安發(fā)[2016]195號《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠緊固件等大宗材料質(zhì)量管理的通知》，國核安發(fā)[2016]284號《關(guān)于開展核電廠緊固件核查工作的通知》，要求進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠緊固件質(zhì)量管理。本文將總結(jié)歸納各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于緊固件性能的要求，為加強(qiáng)緊固件的質(zhì)量管理提供指導(dǎo)和幫助。

1 國家核安全局要求

   [2016]195號《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠緊固件等大宗材料質(zhì)量管理的通知》對緊固件等大宗材料質(zhì)量管理提出了進(jìn)一步要求，涉及設(shè)計(jì)、采購、制造、安裝及驗(yàn)收等方面。主要要求有：①安全重要緊固件及其附件的設(shè)計(jì)、制造和安裝等活動，均應(yīng)按HAF003及相關(guān)導(dǎo)則建立并實(shí)施質(zhì)保體系。②在安全分析報(bào)告中增加對緊固件的相關(guān)描述。③設(shè)計(jì)單位應(yīng)按緊固件的規(guī)范分級和質(zhì)保等級進(jìn)行設(shè)計(jì)并提出明確的設(shè)計(jì)要求。④應(yīng)對緊固件制造單位進(jìn)行合格供方評價(jià)和監(jiān)察，并加強(qiáng)制造過程的質(zhì)量管理和控制。⑤緊固件使用前應(yīng)開展入廠（場）復(fù)驗(yàn)工作，未進(jìn)行復(fù)驗(yàn)或復(fù)驗(yàn)不合格批次的緊固件不得使用。⑥如緊固件失效，應(yīng)進(jìn)行失效分析。

   [2016]195號《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠緊固件等大宗材料質(zhì)量管理的通知》的附件還給出了核電廠緊固件入廠（場）復(fù)驗(yàn)指南，要求復(fù)驗(yàn)單位是依法通過計(jì)量認(rèn)證和國家相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)定，獨(dú)立于采購單位和制造單位的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)。復(fù)驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目和抽樣數(shù)量由設(shè)計(jì)單位根據(jù)緊固件的分類及規(guī)范分級在緊固件采購技術(shù)條件中確定。并對復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目和抽樣數(shù)量提出了要求。抽樣水平是根據(jù)ASTM F1470-12《緊固件規(guī)定的機(jī)械性能和性能檢驗(yàn)的抽樣標(biāo)準(zhǔn)方法》規(guī)定結(jié)合國內(nèi)核電實(shí)踐形成的試驗(yàn)項(xiàng)目、抽樣水平和抽樣數(shù)量。復(fù)驗(yàn)指南參照國標(biāo)GB/T

3098規(guī)定。

2 RCCM規(guī)范要求

   RCCM規(guī)范中緊固件相關(guān)的要求主要有M 5 1 1 0 、M 5 1 4 0和M5150。M5110和M5150分別規(guī)定了用于制造1、2、3級設(shè)備中螺栓和驅(qū)動桿棒材的采購規(guī)范和用于制造S1、S2級軸、拉桿和支撐螺栓棒材的采購規(guī)范。M5140規(guī)定了壓水堆部件中的1、2、3級螺栓、螺釘、螺桿及螺母的采購規(guī)范。

   2.1 M5110制品采購規(guī)范用于制造1、2、3級設(shè)備中螺栓和驅(qū)動桿的軋制或鍛造棒材。M5110規(guī)定了制作螺栓和螺桿用棒材的冶煉工藝，化學(xué)成分分析，制造、力學(xué)性能、表面檢測、體積檢測、不可接受區(qū)的清理和修補(bǔ)、尺寸檢查、標(biāo)識等多方面的內(nèi)容。力學(xué)性能部分規(guī)定了硬度、拉伸和沖擊試驗(yàn)的取樣方法，試驗(yàn)方法，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)驗(yàn)，重新熱處理等[1]。

   試料應(yīng)取自棒材的延長部分。對于非加工硬化的棒材，在每批中取4%（至少為2根）的棒材進(jìn)行試驗(yàn)，其中2%為該批中硬度最高的棒材，另外2%為該批中硬度最低的棒材；對于經(jīng)加工硬化的奧氏體不銹鋼棒材，若已逐根進(jìn)行冷加工，則試驗(yàn)在每根棒上進(jìn)行；若該批是從軋制的、非軋制的和冷加工的棒材

頂部依次切取的，則試驗(yàn)在該批的一根棒材上進(jìn)行。RCCM中的所謂批是指來自同一熔煉爐號、經(jīng)相同制造過程、同爐熱處理（在使用連續(xù)爐的情況下）或經(jīng)過相同的熱處理制度的截面尺寸相近的棒材。

   每批中的每根棒材都應(yīng)測硬度值。應(yīng)對每個(gè)試料進(jìn)行1組力學(xué)性能試驗(yàn)，包括室溫拉伸和高溫拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)每組3個(gè)試樣。按MC1000進(jìn)行硬度、沖擊和拉伸試驗(yàn)，如果試驗(yàn)結(jié)果不滿足，可進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。允許2次重新熱處理。

   M5110附件II列出了按照級別和直徑對制作螺栓和螺桿用棒材進(jìn)行的檢測目錄。M5110附表III-VIII列出了碳鋼、合金鋼、馬氏體不銹鋼、非加工硬化的奧氏體不銹鋼、加工硬化的奧氏體不銹鋼、特殊牌號不銹鋼等的冶煉工藝，化學(xué)成分要求、熱處理、力學(xué)性能指標(biāo)。

   2 . 2 M5150規(guī)定了用于制造S1、S2級軸、拉桿和支撐螺栓的軋制或鍛造棒材的冶煉工藝、化學(xué)成分要求、制造、力學(xué)性能、表面檢測、體積檢測、不可接受區(qū)的清理和修補(bǔ)、尺寸檢查、標(biāo)識等多方面的內(nèi)容。力學(xué)性能部分規(guī)定了硬度、拉伸和沖擊試驗(yàn)的取樣方法，試驗(yàn)方法，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)驗(yàn)，重新熱處理等[2]。

   每批的每根棒材都要測定硬度值。每根棒材進(jìn)行硬度測量后，在每批中取4%（至少為2根）的棒材進(jìn)行試驗(yàn)，其中2%為該批中硬度最高的棒材，另外2%為該批中硬度最低的棒材。應(yīng)該在截取的每一根試料上進(jìn)行1個(gè)試樣的室溫拉伸試驗(yàn)，對于φ≥25mm的棒材，還需做1次0℃的KV（3個(gè)試樣）沖擊試驗(yàn)。

   試驗(yàn)方法按MC1000。試驗(yàn)結(jié)果不滿足，可進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。允許2次重新熱處理。

   M5150附件I列出了按照級別和直徑對棒材進(jìn)行的檢測目錄。附表II-III分別列出了碳鋼、合金鋼的冶煉工藝，化學(xué)成分要求、熱處理、力學(xué)性能指標(biāo)。

   2.3 M5140制品采購技術(shù)規(guī)范壓水堆部件中的1、2、3級螺栓、螺釘、螺桿及螺母。M5140規(guī)定了壓水堆部件中的123級螺栓、螺釘、螺桿及螺母的制造、化學(xué)成分要求、交貨熱處理狀態(tài)、力學(xué)性能、表面檢測、體積檢測、不可接受區(qū)的清理和修補(bǔ)、尺寸檢查、標(biāo)識等多方面的內(nèi)容。力學(xué)性能部分規(guī)定了硬度、拉伸和沖擊試驗(yàn)的取樣方法，試驗(yàn)方法，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)驗(yàn)，重新熱處理等。

   對螺釘、螺栓和螺母，如果棒材以熱處理狀態(tài)交貨且制造后不再作熱處理，則不要求驗(yàn)證其力學(xué)性能。若在制造后進(jìn)行熱處理，則供貨商應(yīng)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。測定的性能指標(biāo)值應(yīng)符合棒材采購技術(shù)規(guī)范中針對所用鋼種所規(guī)定的要求值。試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量如下：

? 螺母：

   應(yīng)對各批的每根棒材作硬度試驗(yàn)。當(dāng)設(shè)備規(guī)格書有規(guī)定時(shí)，應(yīng)從制造螺母的每批棒材中隨機(jī)選取鋼坯截取試樣來測定斷面收縮率和伸長率。此鋼坯應(yīng)與螺母一起經(jīng)過同爐熱處理。

? 螺釘、螺栓和螺桿

a)每批試驗(yàn)的數(shù)目為檢測每批棒材的均勻性，每批的每根棒材都應(yīng)測定硬度值。一般允許30HB的偏差每批試驗(yàn)數(shù)目按棒材數(shù)目作如下規(guī)定：每批棒材數(shù)量小于等于500，2組試驗(yàn)，每批棒材數(shù)量大于500，4組試驗(yàn)。

b)需做的試樣

   除在每根棒材上做硬度試驗(yàn)外，每組試驗(yàn)還應(yīng)包括：

—1個(gè)室溫拉伸試驗(yàn)；

—如果涉及溫度足夠高，以致應(yīng)用此溫度下的抗拉強(qiáng)度來確定棒材尺寸時(shí)，則需做1個(gè)350℃高溫拉伸試驗(yàn)；

—對φ≥15mm的產(chǎn)品做1組沖擊試驗(yàn)，規(guī)定如下：

   當(dāng)室溫拉伸試驗(yàn)中的A%小于45%時(shí)，對奧氏體不銹鋼棒材在室溫條件下的KV（3個(gè)試樣）沖擊試驗(yàn)。

   對碳鋼、低合金鋼和馬氏體不銹鋼棒材，在0℃時(shí)做KV（3個(gè)試樣）沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按MC1000。試驗(yàn)結(jié)果不滿足，可進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。允許1次重新熱處理。

3 ASME和ASTM規(guī)范要求

3.1 ASME中的要求

   ASME第Ⅱ卷第1分篇表3和表4列出了關(guān)于螺母或螺栓用材料的規(guī)格要求，在第II卷材料篇相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中是螺栓或螺母材料的具體性能要求[4]。

   ASME III CC-2500襯里材料斷裂韌性，要求每批襯里螺栓連接材料應(yīng)做夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)。CC-2521.1規(guī)定了沖擊試驗(yàn)的材料范圍，CC-2523.1， CC-2524.3，CC-2525.4，CC-2527.2分別是對螺栓連接材料沖擊試驗(yàn)取樣、沖擊試驗(yàn)要求及驗(yàn)收準(zhǔn)則、試驗(yàn)的次數(shù)、復(fù)試等相關(guān)要求。試驗(yàn)可在金屬最低工作溫度或在低于金屬最低工作溫度30℉（17℃）或更低溫度下進(jìn)行。在金屬最低工作溫度下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測定橫向膨脹量和吸收能量值，三個(gè)試樣均應(yīng)符合表1的要求。在低于最低金屬工作溫度30℉（17℃）或更低時(shí)，應(yīng)測量橫向膨脹和吸收能量，所有三個(gè)試樣應(yīng)滿足表2中的要求。

   ASME III NB-2000, NC-2000, ND-2000提出了對螺栓連接用材料規(guī)格、性能試驗(yàn)試樣或試件的制備、要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的范圍、沖擊試驗(yàn)取樣、沖擊試驗(yàn)要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)次數(shù)、檢測及修補(bǔ)等方面的要求。

   對于螺栓連接件材料包括雙頭螺栓、螺母和螺栓，三個(gè)CV試樣的試驗(yàn)溫度應(yīng)不高于螺栓預(yù)緊溫度或最低使用溫度（取兩者中較小值）。NB-2333和NC-2333要求三個(gè)試樣都應(yīng)滿足表3的要求，ND-2333要求三個(gè)試樣都應(yīng)滿足表4的要求。

3.2 ASTM中的要求

   《ASTM F1470-12規(guī)定機(jī)械特性和性能檢驗(yàn)用緊固件抽樣指南》規(guī)定了抽樣方法以確定緊固件的機(jī)械和物理性能、涂裝等質(zhì)量要求是否可接受[5]。該指南提供了兩種方案，detection process和prevention process。對于不同的性能總共有ABCD四級抽樣水平，A最嚴(yán)格，A到D依次變松。detection process方案的大部分檢查項(xiàng)均比prevention process高一級抽樣水平。該抽樣指南可用于制造方的最終檢查方案或用于買方或使用方的接收檢查方案。如果制造方的質(zhì)保體系符合ASQ Q9001，ISO 9001，或按照F2688，則制造方可選擇detection process或prevention process抽樣方案進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，或購買方已指定抽樣方案，否則應(yīng)采取detectionprocess抽樣方案。

4 國標(biāo)要求

   《GB/T3098.1-2010緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》規(guī)定了由碳鋼或合金鋼制造的、在環(huán)境溫度為10℃~35℃條件下進(jìn)行測試時(shí)，螺栓、螺釘和螺柱的機(jī)械和物理性能[6]。GB/T3098.1適用于粗牙螺紋M1.6~M39，細(xì)牙螺紋M8*1~M39*3。GB/T3098.1規(guī)定了各性能等級的緊固件用材料的化學(xué)成分極限和最低回火溫度，各性能等級的螺栓、螺釘和螺柱的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、保證應(yīng)力、斷后延長率 、斷面收縮率、頭部堅(jiān)固性、硬度、脫碳、破壞扭矩、吸收、最小拉力載荷、保證載荷等物理和機(jī)械性能。還規(guī)定了各種試

驗(yàn)方法及其適用性。

5 總結(jié)

   RCCM在相關(guān)的制品采購規(guī)范中規(guī)定了不同等級緊固件的性能要求，包括及試驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等。ASME規(guī)范中CC-2000，NB-2000，NC-2000，ND-2000分別規(guī)定了不同等級緊固件斷裂韌性要求，包括試驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，在具體的材料章節(jié)有關(guān)于緊固件用材料的各項(xiàng)性能要求。ASTMF1470-12給出了緊固件性能檢驗(yàn)的抽樣指南，主要用于緊固件性能的復(fù)驗(yàn)。GB/T3098.1-2010則主要注重于對螺栓、螺釘和螺柱等緊固件成品性能檢驗(yàn)要求和試驗(yàn)方法。