TCNEA-國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型編制說明

《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》編制說明（征求意見稿）一、工作簡況1、任務(wù)來源《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》，由上海核工程研究設(shè)計院有限公司（以下簡稱“上海核工院”）牽頭編制。該標準經(jīng)過中國核能行業(yè)協(xié)會評審并經(jīng)過公示后予以立項，并由上海核工程研究設(shè)計院有限公司與中國核能行業(yè)協(xié)會簽訂《中國核能行業(yè)協(xié)會團體標準制（修）訂專項技術(shù)服務(wù)合同》。團體標準《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》系列標準編制周期為18個月，自2021年1月1日至2022年6月30日，其中項目的節(jié)點要求如下：2021年9月30日前，完成項目征求意見稿。2021年12月31日前，完成項目送審稿。2022年2月28日前，完成項目報批稿。2、主要工作過程2.1前期準備（2020年3月-2020年6月）2020年11月，中國核能行業(yè)協(xié)會發(fā)布了《關(guān)于2020年度中國核能行業(yè)協(xié)會首批團體標準審批通過項目公示的通知》（〔2020〕），計劃于2022年基本完成核能行業(yè)協(xié)會首批團體標準工作。上海核工院消化吸收了中國先進核電標準體系研究重大專項課題的研究成果，收集了ASME規(guī)范、ASME規(guī)范案例N-809等核電有關(guān)的核級管道金屬材料疲勞裂紋擴展速率模型相關(guān)標準，耗時3年，自主開展了三代核電國產(chǎn)核級管道典型材料SA335P11合金鋼和SA376TP316LN奧氏體不銹鋼及其焊縫材料的疲勞裂紋擴展速率試驗研究，考慮了溫度、載荷比、加載時間等對材料疲勞裂紋擴展速率的影響，并積累具有代表性的數(shù)據(jù)，結(jié)合中國先進核電標準體系研究（第二階段）重大專項課題研究任務(wù)，對相關(guān)標準進行了研究、對比和分析。2.2標準起草階段（2021年1月1日至2021年9月30日）上海核工院成立了《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》標準編制小組，分解工作任務(wù)、文件收集和調(diào)研分析、明確標準編制的進度控制。在前期準備階段成立標準編制小組和明確工作任務(wù)后，結(jié)合中國先進核電標準體系研究（第二階段）重大專項課題和相關(guān)重大專項課題已完成的研究報告，結(jié)合針對國產(chǎn)核級金屬管道材料的疲勞裂紋擴展速率試驗數(shù)據(jù)進行擬合的結(jié)果，確立編制標準的構(gòu)架、技術(shù)內(nèi)容、需要補充的驗證試驗以及本標準編制的進度安排。在上述調(diào)研分析的基礎(chǔ)上同時結(jié)合國內(nèi)實際情況，起草了本標準的初稿。同時基于國產(chǎn)化金屬管道材料的疲勞裂紋擴展速率性能實測試驗數(shù)據(jù)對模型進行了擬合。2.3編制組討論階段2020年6月26日，上海核工院組織召開了《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》系列團體標準編制組討論會，編制組就標準初稿進行了充分討論并形成修改意見。上海核工院根據(jù)組內(nèi)意見完成標準初稿的修改，本部分的主要修改內(nèi)容如下：（1）細化確定載荷比、加載時間對疲勞裂紋擴展速率影響。（2）明確數(shù)據(jù)模型所依據(jù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。（3）明確給出材料疲勞裂紋擴展速率的使用范圍。（4）增加開展國產(chǎn)化金屬管道材料試驗的有效性說明。2.4征求意見階段計劃2021年11月至2022年1月進行意見征集，編制組后續(xù)將依據(jù)修改意見進行修改。3、主要參加單位和工作組成員及其所作的工作等本標準由上海核工程研究設(shè)計院有限公司主編，暫無其他單位參編，征求意見階段可以接受其他相關(guān)機構(gòu)參與。編制組成員見表1。表1標準編制組成員名單序號姓名單位職務(wù)/職稱負責(zé)編寫內(nèi)容1梁兵兵上海核工程研究設(shè)計院有限公司研究員級高級工程師全文（審核）2張旭2上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（審核）3殷海峰上海核工程研究設(shè)計院有限公司高級工程師全文（校核）4陳杰上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（編制）5張旭3上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（編制）6袁新宇上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（參編）7戴揚上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（參編）8陳軒上海核工程研究設(shè)計院有限公司工程師全文（參編）9秦潔上海核工程研究設(shè)計院有限公司高級工程師全文（參編）二、標準編制原則和主要內(nèi)容1、標準編制原則《國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》屬于在役檢查專篇的一部分，根據(jù)標準體系的設(shè)計，該標準需反映國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能的共性特征，并提供理論模型，與其他層次標準配套使用。當前我國核電技術(shù)存在多種堆型、多種技術(shù)路線、多種標準并存的局面，但開展含缺陷管道的疲勞裂紋擴展分析評估目前主要依據(jù)國外標準如ASMEXI卷等材料性能，在我國重大專項研究過程中，發(fā)現(xiàn)ASMEXI卷疲勞裂紋擴展曲線并不能完全適用于國產(chǎn)化核級管道金屬材料的疲勞裂紋擴展特性，在不同載荷范圍與國外標準相比，呈現(xiàn)出一定的個性特征。因此，本標準采用ASME第XI卷非強制性附錄C卷中模型方法，依據(jù)ASTME647開展國產(chǎn)核級管道疲勞裂紋擴展速率測試，基于疲勞裂紋擴展工程評估經(jīng)典理論Paris方程，同時參考國標（GB）和能源局標準（NB）的要求，按照中國核能行業(yè)協(xié)會團體標準框架編寫，結(jié)合了我國當前工業(yè)體系的實際情況，進行國產(chǎn)化核級管道疲勞裂紋擴展速率模型的開發(fā)和標準編寫工作，符合標準體系核電工業(yè)級共性要求。（1）科學(xué)性本部分采用具有工程代表性的國產(chǎn)核級管道材料，依據(jù)國內(nèi)外公認的測試標準ASTME647開展了考慮主要影響因素的疲勞裂紋擴展速率測試，在獲得有效測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用與ASMEXI卷相同的理論模型分析方法進行了疲勞裂紋擴展速率模型的開發(fā)工作。并且在此基礎(chǔ)上完成了國內(nèi)外相關(guān)研究的詳細調(diào)研，能夠充分保證工作的科學(xué)性。（2）實用性本標準基于具有代表性的國產(chǎn)化核級金屬管道材料試驗，規(guī)定了國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型，打破長期以來我國核電運維開展疲勞裂紋擴展相關(guān)的損傷容限分析中依賴國外數(shù)據(jù)庫和分析模型的局面，解決了國外標準對國產(chǎn)化材料性能不完全適用的問題，對于國產(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型具備一定的普遍適用性。2、標準主要內(nèi)容的依據(jù)本部分按照ASME第XI卷非強制性附錄A-4300和C-8400給出的規(guī)則起草。本部分按照ASTME647開展國產(chǎn)化核級管道金屬材料疲勞裂紋擴展速率測試，依據(jù)測試有效數(shù)據(jù)進行模型開發(fā)，并結(jié)合中國先進核電標準體系研究的研究成果以及國內(nèi)核電工程相關(guān)測試數(shù)據(jù)而制定。標準的主要章節(jié)的編制依據(jù)如下：范圍本標準適用于國產(chǎn)核級管道材料中的低合金鋼、奧氏體不銹鋼及其焊縫等材料的疲勞裂紋擴展性能模型。規(guī)范性引用文件根據(jù)本部分實際引用的標準，形成了引用標準的清單?？倓t本部分按照ASME第XI卷非強制性附錄C給出的規(guī)則起草。本部分按照ASTME647開展國產(chǎn)化核級管道金屬材料疲勞裂紋擴展速率測試，依據(jù)測試有效數(shù)據(jù)進行模型開發(fā)，并結(jié)合中國先進核電標準體系研究的研究成果以及國內(nèi)核電工程相關(guān)測試數(shù)據(jù)而制定。國產(chǎn)核級管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴展性能模型主要對考慮不同影響因素的國產(chǎn)核級管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴展特性曲線進行規(guī)定，給出考慮多參數(shù)影響的保守可靠的國產(chǎn)化核級核級材料疲勞裂紋擴展速率特性曲線和疲勞裂紋擴展速率計算公式模型。國產(chǎn)核級管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴展性能模型主要對考慮不同影響因素的國產(chǎn)核級管道奧氏體不銹鋼材料疲勞裂紋擴展特性曲線進行規(guī)定，給出考慮多參數(shù)影響的保守可靠的國產(chǎn)化核級材料疲勞裂紋擴展速率特性曲線和疲勞裂紋擴展速率計算公式模型。3、解決的主要問題核電標準體系是一項需要長期持續(xù)投入的系統(tǒng)工程，其通過不斷地建設(shè)、完善和優(yōu)化，來適應(yīng)需求的變化和技術(shù)發(fā)展。核電標準體系的成長歷程既是對當前技術(shù)成果固化和產(chǎn)品標準化的過程，同時也是一個隨技術(shù)和安全理念的發(fā)展不斷地動態(tài)更新的持續(xù)過程。在我國眾多核電廠中，以ASME規(guī)范和RCC-M標準進行建造的核電廠，占據(jù)了主導(dǎo)地位。眾所周知，壓水堆核電站起源于美國西屋公司，西屋公司的核電站設(shè)計采用ASME規(guī)范體系。而RCC-M標準，是為適應(yīng)法國核安全管理的要求并根據(jù)工業(yè)實踐經(jīng)驗和業(yè)主（EDF）對制造和檢測的要求，在ASME規(guī)范的基礎(chǔ)上，由法國AFCEN協(xié)會負責(zé)編寫的。該標準以ASME設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，加入了西屋的設(shè)計規(guī)范書的要求，并融入了法國與歐洲核電廠建造規(guī)定、規(guī)范和管理辦法，最終形成了日趨符合法國工業(yè)和審管要求的壓水堆技術(shù)。因此在以RCC-M為基礎(chǔ)設(shè)計壓水堆核電站中，可以發(fā)現(xiàn)大量源自ASME規(guī)范的要求。但是，由于兩個規(guī)范標準的深度、結(jié)構(gòu)、框架，配套法規(guī)、標準體系等多個方面的不同，在具體的技術(shù)實施層面，仍有許多明顯的技術(shù)差異。由于存在上述的技術(shù)差異，核島機械設(shè)備現(xiàn)階段采購、制造仍以具體項目的規(guī)格書、技術(shù)條件為主，不同堆型、不同項目之間，同類設(shè)備的技術(shù)要求存在差異，這對設(shè)備制造廠的制造、管理以及成本控制，造成較大的影響。因此，核電業(yè)界，尤其是材料、設(shè)備制造單位，對核島機械設(shè)備規(guī)范標準統(tǒng)一提出了需求，各方都期望能結(jié)合我國核電的發(fā)展方向和技術(shù)路線，立足于總結(jié)提煉并固化壓水堆的技術(shù)實踐成果，包括最新的重大專項實施成果，兼容我國既有標準規(guī)范、監(jiān)管體制和工業(yè)基礎(chǔ)實際以及實踐經(jīng)驗，研究并構(gòu)建適應(yīng)我國工業(yè)體系、能夠滿足我國自主化核電建設(shè)和技術(shù)發(fā)展需求、具有自我完善和發(fā)展能力的壓水堆核電廠核島機械設(shè)備標準體系。隨著我國核電國產(chǎn)化日益推進，核級管道制造安裝已經(jīng)完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，目前國產(chǎn)核級管道材料（奧氏體不銹鋼材料和P11合金鋼材料等）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核電廠回路系統(tǒng)。值得關(guān)注的是，我國核電廠含缺陷管道材料疲勞裂紋評估時材料疲勞裂紋擴展速率性能主要參考ASMEBPVC第XI卷。該標準所提出的核級材料疲勞裂紋擴展速率模型主要依據(jù)美國、日本等國家材料測試結(jié)果，與我國國產(chǎn)化材料性能并不完全相符。鑒于我國核電廠核級工藝管道國產(chǎn)制造的發(fā)展水平，有必要根據(jù)我國材料制造的特點，對國產(chǎn)核級管道材料的疲勞裂紋擴展性能進行系統(tǒng)性研究，建立適用于國產(chǎn)化核級管道材料（奧氏體不銹鋼材料和P11合金鋼材料等）的疲勞裂紋擴展速率標準特性。本標準基于對國產(chǎn)核級材料開展的大量疲勞裂紋擴展速率試驗，結(jié)合溫度、R比值、加載時間、焊接等影響因素，提出了適用于國產(chǎn)化核級管道金屬材料裂紋擴展速率的標準模型?！秶a(chǎn)核級管道材料疲勞裂紋擴展性能模型》規(guī)定了與我國工業(yè)基礎(chǔ)緊密結(jié)合，對我國工業(yè)良好實踐進行系統(tǒng)總結(jié)的工業(yè)級共性要求，將直接支撐國產(chǎn)化核級核級管道材料疲勞裂紋擴展分析等相關(guān)核電廠運維工作的開展。三、主要試驗（或驗證）情況無。四、標準中涉及專利的情況本標準不涉及專利問題。五、預(yù)期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況本標準的推廣與應(yīng)用，不僅有助于建立跨堆型的具有普遍適用性的自主化核島機械設(shè)備標準體系，降低設(shè)計、制造、監(jiān)管成本，有效提高核電廠核級管道運維分析評估的可靠性，也將為核電技術(shù)“走出去”奠定標準基礎(chǔ)。本標準基于對國產(chǎn)核級材料開展的大量疲勞裂紋擴展速率試驗，結(jié)合溫度、R比值、加載時間、焊接等影響因素，提出了適用于國產(chǎn)化核級管道金屬材料裂紋擴展速率的標準模型。該標準的建立，將直接支撐國產(chǎn)化核級管道材料疲勞裂紋擴展分析工作。六、與國際、國外對比情況本標準是ASMEXI卷中核級材料疲勞裂紋擴展速率標準缺陷的補充，專門針對我國的國產(chǎn)化核級管道金屬材料的疲勞裂紋擴展速率特點，給出疲勞裂紋擴展速率標準曲線，滿足我國核級管道疲勞裂紋擴展分析的實際需求。目前國外標準中的核級管道金屬材料疲勞裂紋擴展速率模型中僅考慮了少量影響因素對材料疲勞裂紋擴展速率影響，本標準中的模型在國外標準基礎(chǔ)上還針對奧氏體不銹鋼材料增加考慮加載時間、焊縫等因素影響，針對P11合金鋼材料考了溫度、加載時間、焊縫等因素影響，考慮因素更加全面，并充分表征國產(chǎn)材料特性，本標準不涉及專利。本標準擬開展對現(xiàn)有國產(chǎn)核級管道材料（奧氏體不銹鋼和P11合金鋼及焊縫）疲勞裂紋擴展速率測試數(shù)據(jù)開展部分補充測試或者驗證。本部分標準貫徹核安全法規(guī)精神，針對壓水堆核電廠核島機械設(shè)備制造活動所要遵循的明確而細致的技術(shù)規(guī)范，標準與法規(guī)要求是協(xié)調(diào)一致的。七、