TCNEA-國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型編制說(shuō)明

《國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》編制說(shuō)明（征求意見(jiàn)稿）一、工作簡(jiǎn)況1、任務(wù)來(lái)源《國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》，由上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“上海核工院”）牽頭編制。該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)審并經(jīng)過(guò)公示后予以立項(xiàng)，并由上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司與中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)簽訂《中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制（修）訂專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)服務(wù)合同》。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》系列標(biāo)準(zhǔn)編制周期為18個(gè)月，自2021年1月1日至2022年6月30日，其中項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)要求如下：2021年9月30日前，完成項(xiàng)目征求意見(jiàn)稿。2021年12月31日前，完成項(xiàng)目送審稿。2022年2月28日前，完成項(xiàng)目報(bào)批稿。2、主要工作過(guò)程2.1前期準(zhǔn)備（2020年3月-2020年6月）2020年11月，中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了《關(guān)于2020年度中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)首批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)審批通過(guò)項(xiàng)目公示的通知》（〔2020〕），計(jì)劃于2022年基本完成核能行業(yè)協(xié)會(huì)首批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)工作。上海核工院消化吸收了中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系研究重大專(zhuān)項(xiàng)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(jí)管道金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，耗時(shí)3年，自主開(kāi)展了三代核電國(guó)產(chǎn)核級(jí)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(kuò)展速率試驗(yàn)研究，考慮了溫度、載荷比、加載時(shí)間等對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響，并積累具有代表性的數(shù)據(jù)，結(jié)合中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系研究（第二階段）重大專(zhuān)項(xiàng)課題研究任務(wù)，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究、對(duì)比和分析。2.2標(biāo)準(zhǔn)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(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》標(biāo)準(zhǔn)編制小組，分解工作任務(wù)、文件收集和調(diào)研分析、明確標(biāo)準(zhǔn)編制的進(jìn)度控制。在前期準(zhǔn)備階段成立標(biāo)準(zhǔn)編制小組和明確工作任務(wù)后，結(jié)合中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系研究（第二階段）重大專(zhuān)項(xiàng)課題和相關(guān)重大專(zhuān)項(xiàng)課題已完成的研究報(bào)告，結(jié)合針對(duì)國(guó)產(chǎn)核級(jí)金屬管道材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的結(jié)果，確立編制標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)架、技術(shù)內(nèi)容、需要補(bǔ)充的驗(yàn)證試驗(yàn)以及本標(biāo)準(zhǔn)編制的進(jìn)度安排。在上述調(diào)研分析的基礎(chǔ)上同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，起草了本標(biāo)準(zhǔn)的初稿。同時(shí)基于國(guó)產(chǎn)化金屬管道材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率性能實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)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(kāi)了《國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制組討論會(huì)，編制組就標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)行了充分討論并形成修改意見(jiàn)。上海核工院根據(jù)組內(nèi)意見(jiàn)完成標(biāo)準(zhǔn)初稿的修改，本部分的主要修改內(nèi)容如下：（1）細(xì)化確定載荷比、加載時(shí)間對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)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(kuò)展速率的使用范圍。（4）增加開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化金屬管道材料試驗(yàn)的有效性說(shuō)明。2.4征求意見(jiàn)階段計(jì)劃2021年11月至2022年1月進(jìn)行意見(jiàn)征集，編制組后續(xù)將依據(jù)修改意見(jiàn)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)由上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司主編，暫無(wú)其他單位參編，征求意見(jiàn)階段可以接受其他相關(guān)機(jī)構(gòu)參與。編制組成員見(jiàn)表1。表1標(biāo)準(zhǔn)編制組成員名單序號(hào)姓名單位職務(wù)/職稱(chēng)負(fù)責(zé)編寫(xiě)內(nèi)容1梁兵兵上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司研究員級(jí)高級(jí)工程師全文（審核）2張旭2上海核工程研究設(shè)計(jì)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(jì)院有限公司高級(jí)工程師全文（校核）4陳杰上海核工程研究設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)院有限公司工程師全文（參編）7戴揚(yáng)上海核工程研究設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)院有限公司高級(jí)工程師全文（參編）二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容1、標(biāo)準(zhǔn)編制原則《國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》屬于在役檢查專(zhuān)篇的一部分，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)計(jì)，該標(biāo)準(zhǔn)需反映國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能的共性特征，并提供理論模型，與其他層次標(biāo)準(zhǔn)配套使用。當(dāng)前我國(guó)核電技術(shù)存在多種堆型、多種技術(shù)路線、多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面，但開(kāi)展含缺陷管道的疲勞裂紋擴(kuò)展分析評(píng)估目前主要依據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)如ASMEXI卷等材料性能，在我國(guó)重大專(zhuān)項(xiàng)研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)ASMEXI卷疲勞裂紋擴(kuò)展曲線并不能完全適用于國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展特性，在不同載荷范圍與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相比，呈現(xiàn)出一定的個(gè)性特征。因此，本標(biāo)準(zhǔn)采用ASME第XI卷非強(qiáng)制性附錄C卷中模型方法，依據(jù)ASTME647開(kāi)展國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試，基于疲勞裂紋擴(kuò)展工程評(píng)估經(jīng)典理論P(yáng)aris方程，同時(shí)參考國(guó)標(biāo)（GB）和能源局標(biāo)準(zhǔn)（NB）的要求，按照中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)框架編寫(xiě)，結(jié)合了我國(guó)當(dāng)前工業(yè)體系的實(shí)際情況，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型的開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)工作，符合標(biāo)準(zhǔn)體系核電工業(yè)級(jí)共性要求。（1）科學(xué)性本部分采用具有工程代表性的國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料，依據(jù)國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTME647開(kāi)展了考慮主要影響因素的疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試，在獲得有效測(cè)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(jìn)行了疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型的開(kāi)發(fā)工作。并且在此基礎(chǔ)上完成了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的詳細(xì)調(diào)研，能夠充分保證工作的科學(xué)性。（2）實(shí)用性本標(biāo)準(zhǔn)基于具有代表性的國(guó)產(chǎn)化核級(jí)金屬管道材料試驗(yàn)，規(guī)定了國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型，打破長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)核電運(yùn)維開(kāi)展疲勞裂紋擴(kuò)展相關(guān)的損傷容限分析中依賴(lài)國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)和分析模型的局面，解決了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)產(chǎn)化材料性能不完全適用的問(wèn)題，對(duì)于國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型具備一定的普遍適用性。2、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)本部分按照ASME第XI卷非強(qiáng)制性附錄A-4300和C-8400給出的規(guī)則起草。本部分按照ASTME647開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試，依據(jù)測(cè)試有效數(shù)據(jù)進(jìn)行模型開(kāi)發(fā)，并結(jié)合中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系研究的研究成果以及國(guó)內(nèi)核電工程相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)而制定。標(biāo)準(zhǔn)的主要章節(jié)的編制依據(jù)如下：范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于國(guó)產(chǎn)核級(jí)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(kuò)展性能模型。規(guī)范性引用文件根據(jù)本部分實(shí)際引用的標(biāo)準(zhǔn)，形成了引用標(biāo)準(zhǔn)的清單?？倓t本部分按照ASME第XI卷非強(qiáng)制性附錄C給出的規(guī)則起草。本部分按照ASTME647開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試，依據(jù)測(cè)試有效數(shù)據(jù)進(jìn)行模型開(kāi)發(fā)，并結(jié)合中國(guó)先進(jìn)核電標(biāo)準(zhǔn)體系研究的研究成果以及國(guó)內(nèi)核電工程相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)而制定。國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型主要對(duì)考慮不同影響因素的國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴(kuò)展特性曲線進(jìn)行規(guī)定，給出考慮多參數(shù)影響的保守可靠的國(guó)產(chǎn)化核級(jí)核級(jí)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率特性曲線和疲勞裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算公式模型。國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道低合金鋼材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型主要對(duì)考慮不同影響因素的國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道奧氏體不銹鋼材料疲勞裂紋擴(kuò)展特性曲線進(jìn)行規(guī)定，給出考慮多參數(shù)影響的保守可靠的國(guó)產(chǎn)化核級(jí)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率特性曲線和疲勞裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算公式模型。3、解決的主要問(wèn)題核電標(biāo)準(zhǔn)體系是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期持續(xù)投入的系統(tǒng)工程，其通過(guò)不斷地建設(shè)、完善和優(yōu)化，來(lái)適應(yīng)需求的變化和技術(shù)發(fā)展。核電標(biāo)準(zhǔn)體系的成長(zhǎng)歷程既是對(duì)當(dāng)前技術(shù)成果固化和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)隨技術(shù)和安全理念的發(fā)展不斷地動(dòng)態(tài)更新的持續(xù)過(guò)程。在我國(guó)眾多核電廠中，以ASME規(guī)范和RCC-M標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(guó)西屋公司，西屋公司的核電站設(shè)計(jì)采用ASME規(guī)范體系。而RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，是為適應(yīng)法國(guó)核安全管理的要求并根據(jù)工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和業(yè)主（EDF）對(duì)制造和檢測(cè)的要求，在ASME規(guī)范的基礎(chǔ)上，由法國(guó)AFCEN協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)編寫(xiě)的。該標(biāo)準(zhǔn)以ASME設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)，加入了西屋的設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)的要求，并融入了法國(guó)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(guó)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(jì)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(gè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的深度、結(jié)構(gòu)、框架，配套法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系等多個(gè)方面的不同，在具體的技術(shù)實(shí)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(jī)械設(shè)備現(xiàn)階段采購(gòu)、制造仍以具體項(xiàng)目的規(guī)格書(shū)、技術(shù)條件為主，不同堆型、不同項(xiàng)目之間，同類(lèi)設(shè)備的技術(shù)要求存在差異，這對(duì)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(duì)核島機(jī)械設(shè)備規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一提出了需求，各方都期望能結(jié)合我國(guó)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(shí)踐成果，包括最新的重大專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施成果，兼容我國(guó)既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、監(jiān)管體制和工業(yè)基礎(chǔ)實(shí)際以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究并構(gòu)建適應(yīng)我國(guó)工業(yè)體系、能夠滿(mǎn)足我國(guó)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(jī)械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著我國(guó)核電國(guó)產(chǎn)化日益推進(jìn)，核級(jí)管道制造安裝已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，目前國(guó)產(chǎn)核級(jí)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(guó)核電廠含缺陷管道材料疲勞裂紋評(píng)估時(shí)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率性能主要參考ASMEBPVC第XI卷。該標(biāo)準(zhǔn)所提出的核級(jí)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型主要依據(jù)美國(guó)、日本等國(guó)家材料測(cè)試結(jié)果，與我國(guó)國(guó)產(chǎn)化材料性能并不完全相符。鑒于我國(guó)核電廠核級(jí)工藝管道國(guó)產(chǎn)制造的發(fā)展水平，有必要根據(jù)我國(guó)材料制造的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料的疲勞裂紋擴(kuò)展性能進(jìn)行系統(tǒng)性研究，建立適用于國(guó)產(chǎn)化核級(jí)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(kuò)展速率標(biāo)準(zhǔn)特性。本標(biāo)準(zhǔn)基于對(duì)國(guó)產(chǎn)核級(jí)材料開(kāi)展的大量疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，結(jié)合溫度、R比值、加載時(shí)間、焊接等影響因素，提出了適用于國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料裂紋擴(kuò)展速率的標(biāo)準(zhǔn)模型?！秶?guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能模型》規(guī)定了與我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)緊密結(jié)合，對(duì)我國(guó)工業(yè)良好實(shí)踐進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)的工業(yè)級(jí)共性要求，將直接支撐國(guó)產(chǎn)化核級(jí)核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展分析等相關(guān)核電廠運(yùn)維工作的開(kāi)展。三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況無(wú)。四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專(zhuān)利的情況本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專(zhuān)利問(wèn)題。五、預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況本標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系，降低設(shè)計(jì)、制造、監(jiān)管成本，有效提高核電廠核級(jí)管道運(yùn)維分析評(píng)估的可靠性，也將為核電技術(shù)“走出去”奠定標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。本標(biāo)準(zhǔn)基于對(duì)國(guó)產(chǎn)核級(jí)材料開(kāi)展的大量疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，結(jié)合溫度、R比值、加載時(shí)間、焊接等影響因素，提出了適用于國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料裂紋擴(kuò)展速率的標(biāo)準(zhǔn)模型。該標(biāo)準(zhǔn)的建立，將直接支撐國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道材料疲勞裂紋擴(kuò)展分析工作。六、與國(guó)際、國(guó)外對(duì)比情況本標(biāo)準(zhǔn)是ASMEXI卷中核級(jí)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率標(biāo)準(zhǔn)缺陷的補(bǔ)充，專(zhuān)門(mén)針對(duì)我國(guó)的國(guó)產(chǎn)化核級(jí)管道金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率特點(diǎn)，給出疲勞裂紋擴(kuò)展速率標(biāo)準(zhǔn)曲線，滿(mǎn)足我國(guó)核級(jí)管道疲勞裂紋擴(kuò)展分析的實(shí)際需求。目前國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中的核級(jí)管道金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型中僅考慮了少量影響因素對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率影響，本標(biāo)準(zhǔn)中的模型在國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上還針對(duì)奧氏體不銹鋼材料增加考慮加載時(shí)間、焊縫等因素影響，針對(duì)P11合金鋼材料考了溫度、加載時(shí)間、焊縫等因素影響，考慮因素更加全面，并充分表征國(guó)產(chǎn)材料特性，本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專(zhuān)利。本標(biāo)準(zhǔn)擬開(kāi)展對(duì)現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)核級(jí)管道材料（奧氏體不銹鋼和P11合金鋼及焊縫）疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試數(shù)據(jù)開(kāi)展部分補(bǔ)充測(cè)試或者驗(yàn)證。本部分標(biāo)準(zhǔn)貫徹核安全法規(guī)精神，針對(duì)壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備制造活動(dòng)所要遵循的明確而細(xì)致的技術(shù)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)要求是協(xié)調(diào)一致的。七、