“華龍一號”核電核一級緊固件用SA540材料力學性能的研究

那 帥，李晶晶，曹賀

（沈陽博帥材料科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

“華龍一號”是根據最新核電經驗與最新安全要求，研發的先進的百萬千瓦級別的壓水堆核電技術，華龍一號凝聚了我國建設者的智慧和心血，將核電技術在先進性與成熟性的統一，實現了安全性和經濟性的平衡，將核電的能動與非能動的結合[1]。核一級緊固件指的是核電設備中機械配件的安全等級，在安全角度上，核一級緊固件的主要作用于核輻射最強的機械設備，保證機械設備在日常工作中能夠更加牢固的固定設備中的各個零件。為此研究核一級緊固件用SA540材料力學性能。國外針對SA540材料的研究起步較早，以美國為首的工業發達地區，已經擁有較為完整的研究成果，理論基礎豐富。國內研究該種材料力學性能起步較晚，但現今已經得到部分研究成果，但還需不斷繼續研究學習[2]。

1 實驗材料與實驗過程

1.1 實驗材料與準備

為了研究核一級緊固件用SA540材料力學性能，實驗原材料選用表1所示的化學成分。成分如表1所示：

表1 實驗材料化學成分

利用表1中化學成分的原材料，采用表2的熱處理參數，制成試樣。熱處理參數如表2所示：

表2 熱處理參數

采用如上表所示的熱處理參數，處理實驗準備的原材料。

1.2 實驗設備與方法

將熱處理后的原材料制成直徑為40mm和 65mm的試樣，然后采用金屬拉伸試驗機進行拉伸試驗，如下圖1所示：

圖1 金屬拉伸試驗機

拉伸實驗前，測定SA540材料試樣的直徑和標距，將試件安裝在實驗機的上、下夾頭內，在實驗段的標記處安裝引伸儀，測量試樣件的變形[3]。運行中的實驗機進行緩慢加載，與實驗機相關聯的電腦會顯示出試件拉伸變化數值，評定材料的均勻性。

準備SA540材料樣品，將樣品待測試表面打磨平整，選取3個點測試材料的布氏硬度，使用載荷為50kg，淬火金屬球壓在試件表面，保持時間為10~15s[5]。SA540材料樣品放在樣品臺中央，順時針平穩轉動手輪，樣品臺上升，試樣與壓頭接觸；直至手輪與螺母之間產生相對滑動，停止轉動手輪，壓力完全加上后開始設定保持時間倒計時，到時間后立即卸載，恢復初始狀態，完成緊固件樣品布氏硬度測試。

表3 試件力學性能值

2 實驗結果分析

2.1 力學數值分析

依照上述實驗準備及處理過程，得到試樣的力學性能值，如表1所示。

由上表所示的各項參數可知，當溫度條件為RT時，試棒的屈服強度保持在955 N/mm2左右，拉伸強度在1069 N/mm2左右，計算得到該核一級緊固件的延伸率在19%，斷面收縮率為61%左右，試棒硬度為342-356HB范圍，核一級SA540材料硬度的延伸率數值較小，收縮率數值較大，在實際使用過程中，在受到外力的作用下，緊固件不易變形，產生裂縫后容易修復，符合核一級安全等級的要求。當溫度在+350℃時，從整體數值來看，屈服強度為789 N/mm2左右，拉伸強度為954 N/mm2，計算得到該核一級緊固件的延伸率在28%，斷面收縮率為81%左右，試棒硬度為339-351HB范圍時，屈服強度與拉伸強度均小于溫度條件為RT下的數值，但從延伸率與斷面收縮率來看，數值均大于溫度條件為RT的實驗構件。從實驗結果可判定出，核一級SA540材料緊固件在安全使用等級范圍內。

2.2 側向膨脹量測定

根據側向膨脹量的測定方法，將實驗準備階段SA540材料試件重新標記號碼，由表2側向膨脹量數值可知，模擬SA540材料的核一級緊固件工作溫度為15℃及-12.2℃，根據側向膨脹量數值可知，實驗構件側向膨脹量的數值維持在數值1左右，側向膨脹量數值變化不大，在實際操作運用過程中，能夠保持穩定，基本符合核一級緊固件的安全要求。

3 結束語

我國核產業不斷發展，對核用零件的安全等級提出了更高的要求，為此研究SA540材料硬度均勻性，能夠根據實際核工程的安全，調整材料的性能系數，保證緊固件的性能，保證核工程的安全。

表4 側向膨脹量