2021放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)指南

放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)指南目 次前 言 ii用圍 1范引文件 1語定義 1脆斷設(shè)方選取 2脆斷評(píng)免件 2無性變度料韌指評(píng)鐵體的方法 2用裂學(xué)論抗斷性的法 6iPAGEPAGE1PAGEPAGE2放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)指南適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法。本標(biāo)準(zhǔn)引用了下列文件或其中的條款。凡是注明日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB11806放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程GB150壓力容器GB/T229金屬料 夏擺沖試驗(yàn)GB/T4161金屬料 平應(yīng)斷韌度KIC驗(yàn)法GB/T5482金屬材料動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)方法GB/T6803鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗(yàn)方法GB/T8363鋼材 落撕試方法GB/T21143金屬料 準(zhǔn)態(tài)裂度的一驗(yàn)法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1無塑轉(zhuǎn)溫度 nil-ductilitytransitiontemperature按照落錘試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，落錘試樣斷裂時(shí)的最高溫度，用TNDT表示。3.2斷裂度 fracturetoughness通常指準(zhǔn)靜態(tài)單一加載條件下的裂紋擴(kuò)展阻力的通用術(shù)語，用KIc表示。3.3動(dòng)態(tài)裂度 dynamicfracturetoughness表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，是度量材料在動(dòng)態(tài)加載下韌性好壞的一個(gè)定量指標(biāo)，用KId表示。3.4應(yīng)力度子 stressintensityfactor均勻線彈性體在特定的裂紋擴(kuò)展類型下理想裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的幅值，用K表示。3.5屈服度 yieldstrength當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加時(shí)的應(yīng)力。應(yīng)區(qū)分上屈服強(qiáng)度和ReLReH3.6動(dòng)態(tài)服度 dynamicyieldstrength動(dòng)態(tài)加載速率（如沖擊）下測(cè)得的屈服強(qiáng)度，用σyd表示。3.7凈截應(yīng)力 netsectionstress凈截面上的平均應(yīng)力。凈截面等于總體截面（毛截面）減去截面中孔洞面積。為滿足運(yùn)輸容器在GB包括低至-40℃）第二種方法為通過測(cè)試無塑性轉(zhuǎn)變溫度等材料韌性指標(biāo)評(píng)價(jià)鐵素體鋼的抗斷裂性能。第三種方法為利用斷裂力學(xué)理論評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗斷裂性能。（GB406.2概述6.2（V在規(guī)定溫度下夏比V40（-406.3BBBCBGB150B7100mmB34表1 B貨包分級(jí)內(nèi)容物形式Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)低比活度—1000TBq3000A13000A2低于1000TBq并且低于3000A1或3000A2特殊形式超過3000A1或者超過1000TBq在30A1和3000A1之間并且不超過1000TBq低于30A1并且低于1000TBq一般形式超過3000A2或者超過1000TBq在30A2和3000A2之間并且不超過1000TBq低于30A2并且低于1000TBq注：A1為對(duì)特殊形式放射性物品的活度限值；A2為對(duì)所有其他放射性物品的活度限值。表2 I的價(jià)則壁厚B/mm斷裂韌性驗(yàn)收準(zhǔn)則16≤B＜100GB/T6803TNDT1TNDTRp0.2≥485MPa，還需滿足以下要求：16（GB/T5482）DT＞540J；或在上平臺(tái)溫度下，夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)（GB/T229）結(jié)果應(yīng)滿足：沖擊吸收能量KV8＞61J。5≤B＜16在最低使用溫度（LST）下，動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)（GB/T5482）結(jié)果應(yīng)滿足：纖維斷面率≥80%；或在最低使用溫度（LST）下，落錘撕裂試驗(yàn)（GB/T8363）結(jié)果應(yīng)滿足：剪切面積百分?jǐn)?shù)SA%≥80%。注：LST為最低使用溫度（-40℃），是運(yùn)輸容器用金屬的最低溫度，下文所涉及的LST與此相同。表3 Ⅱ的價(jià)則壁厚B/mm斷裂韌性驗(yàn)收準(zhǔn)則16≤B＜100GB/T6803TNDT21或圖3中KⅠD/σyd-A曲線1確定的TNDT限值；GB/T6803TNDT223323TNDT限值。5≤B＜16在最低使用溫度（LST）下，動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)（GB/T5482）結(jié)果應(yīng)滿足：纖維斷面率≥50%；或在最低使用溫度（LST）下，落錘撕裂試驗(yàn)（GB/T8363）結(jié)果應(yīng)滿足：剪切面積百分?jǐn)?shù)SA%≥50%；或使用細(xì)晶正火鋼或韌性更好的鋼材，無需進(jìn)行斷裂韌性測(cè)試。B＜5B小于5mm時(shí)，無要求。注：全速加載即為不使用減震裝置(如減震器)情況下的加載；減速加載即為使用減震裝置降低加載速率。表4 Ⅲ的價(jià)則壁厚B/mm斷裂韌性驗(yàn)收準(zhǔn)則10≤B＜100B≥16mm時(shí)，依據(jù)GB/T6803測(cè)得的TNDT應(yīng)滿足：TNDT≤-13℃；16mm13（GB/TDT≥68J；或在-13℃下，夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)（GB/T229）結(jié)果應(yīng)滿足：KV8≥20J；或使用細(xì)晶粒正火鋼或韌性更好的鋼材，或使用軋制鋼，假定焊縫殘余應(yīng)力已去除，且滿足無損檢驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則。這兩種情況下，無需進(jìn)行斷裂韌性測(cè)試。B＜10B小于10mm時(shí)，無要求。

0.35適用于薄壁部件0.3

σ/σyd1.00.25.20.150.10.150

TNDT=LST-A

0.80.60.40.2-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 01620 40 60 80 100A,℃壁厚B，mm注1：σ為基于線彈性分析的計(jì)算應(yīng)力或試驗(yàn)測(cè)得應(yīng)變通過廣義虎克定律算出的應(yīng)力，單位：MPa。注2：σyd為動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，單位：MPa；當(dāng)Rp0.2≤415MPa時(shí)，σyd=Rp0.2+205MPa；415MPa＜Rp0.2＜485MPa時(shí)，σyd=Rp0.2+140MPa；Rp0.2≥485MPa時(shí)，σyd=Rp0.2+100MPa；Rp0.2為材料標(biāo)準(zhǔn)室溫0.2%非比例延伸強(qiáng)度。注3：KⅠd為動(dòng)態(tài)斷裂韌度，單位：MPa?√m。注4：A為L(zhǎng)ST與TNDT的溫度差，A=LST-TNDT，單位：℃，下同。5：KⅠd/σyd為動(dòng)態(tài)斷裂韌度與動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度的比值，單位：√m，下同。圖1 I的鍵件設(shè)計(jì)圖117℃39117℃39℃23403020100-10-200 1620 40 60 80 100B，mm1：1KId/σyd曲線。2：100g2117415MPa≤Rp0.2≤690MPa3139Rp0.2＜415MPag為重力加速度。圖2 Ⅱ的鍵件裂設(shè)圖.3539℃.3TNDT=LST.3539℃.3TNDT=LST-A適用于薄壁部件17℃3.252.21.15.1.05-20 -10 010 20 30 40 50 600 162040 6080 1000000000A，℃ B，mm注1：曲線1是屈服應(yīng)力水平下全速加載時(shí)的基本KId/σyd曲線。2：100g2117415MPa≤Rp0.2≤690MPa范3139Rp0.2＜415MPag為重力加速度。注3：加裝減載裝置時(shí)，加載速率使貨包關(guān)鍵部件的材料產(chǎn)生0.1/s量級(jí)的應(yīng)變速率。圖3 Ⅱ的鍵件裂設(shè)100mm～300mm在要求的使用溫度（包括低至-40℃）下，依據(jù)GB/T6803測(cè)得的鐵素體鋼無塑性轉(zhuǎn)變溫度TNDT應(yīng)不高于表5中確定的限值。表5 無性變度值壁厚B/mmTNDT/℃100-97200-104300-107注：對(duì)于其他壁厚，可以利用線性插值法來確定TNDT。概述基于線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式為：=????√???? （1）式中：KI——應(yīng)力強(qiáng)度因子，MPa?√m；Y——形狀因子，是與缺陷和結(jié)構(gòu)的尺寸、取向以及幾何形狀等有關(guān)的常數(shù)，無量綱參數(shù)；——名義應(yīng)力，是運(yùn)輸容器無缺陷時(shí)算出的運(yùn)輸容器包容系統(tǒng)的應(yīng)力，MPa；a——裂紋深度，m?；诰€彈性斷裂力學(xué)的防脆性斷裂準(zhǔn)則為：KI≤KI(mat) （2）式中：KI——應(yīng)力強(qiáng)度因子，MPa?√m；KI(mat)——貨包在將要承受的加載速率下試驗(yàn)測(cè)得的斷裂韌度，MPa?√m。（2）√10√2（2）（評(píng)價(jià)過程一般步驟評(píng)價(jià)過程按照以下步驟開展：GBGB步驟b）與步驟f）也可采用力學(xué)試驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證?？紤]因素缺陷假設(shè)6:10.1。表6 參缺尺寸壁厚B/mm缺陷深度a/mm缺陷長(zhǎng)度l/mmB≤40min(B/2，10)6min(B/2，10)40＜B≤10025150100＜B≤300B/41.5BB＞30075450無損檢驗(yàn)設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮缺陷萌生或擴(kuò)展的可能性和可能的在役材料退化，以確定定期無損檢驗(yàn)的要求。參考缺陷尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算都應(yīng)基于關(guān)鍵部件中的最大拉應(yīng)力。應(yīng)力應(yīng)通過對(duì)無缺陷運(yùn)輸（使用動(dòng)力學(xué)有限元分析應(yīng)滿足以下條件：a）計(jì)算機(jī)程序能夠分析沖擊事件；b）使用可靠或保守的力學(xué)性能參數(shù)；c）模型精確或經(jīng)過保守的簡(jiǎn)化。從測(cè)試結(jié)果推導(dǎo)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)考慮測(cè)試儀特性、測(cè)試位置和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的合理性。應(yīng)力評(píng)價(jià)還需考慮材料的動(dòng)態(tài)特性和結(jié)構(gòu)特性。材料斷裂韌度的確定方法應(yīng)從圖4所示的三個(gè)選項(xiàng)中選擇。1-402（或接近下限）曲線來簡(jiǎn)化材料的測(cè)試程序。適量的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)足以證明該曲線對(duì)于材料的牌號(hào)、特定爐批號(hào)的適用性。選項(xiàng)3應(yīng)是基于滿足GB/T4161可采用GBT