核安全設備用緊固件標準分析及復驗要求探討

易 飛，王祥元

(東方電氣(廣州)重型機器有限公司，廣東 廣州 511458)

2015年7月，國家核安全局發文通報了國內某制造廠為多個核電廠供貨的核安全相關系統和設備用緊固件存在質量文件造假事件[1]。2016年8月，國家核安全局發布了《關于進一步加強核電廠緊固件等大宗材料質量管理的通知》(國核安發[2016]195號)[2]，設備制造廠在進行緊固件采購時按照該通知中的《核電廠緊固件入廠(場)復驗指南》(本文后續簡稱《指南》)進行復驗工作，有效的加強了緊固件的質量控制。本文梳理了不同核電項目的緊固件制造標準及設計要求的差異，分析了采購方在執行緊固件復驗時存在的問題并提出了建議。

1核安全設備用緊固件常用的技術標準

核安全設備用緊固件的設計標準體系主要有ASME鍋爐及壓力容器規范(ASME)[3]、壓水堆核島機械設備設計和建造規則(RCC-M)[4]及國標GB/T 3098—2010緊固件機械性能系列標準。

表1列出了核安全設備常用緊固件材料標準。

表1 核安全設備常用緊固件標準

2 不同標準體系中緊固件性能要求的差異

2.1 RCC-M標準對緊固件性能的要求

RCC-M M5110、M5120規定了緊固件棒材階段的拉伸性能、沖擊性能和硬度試驗要求。RCC-M M5140規定了螺栓、螺釘、螺桿及螺母的采購要求，第4章規定：對螺釘、螺栓和螺母，如果棒材以熱處理狀態交貨且制造后不再作熱處理，則不要求檢驗其力學性能。若在制造后進行熱處理，供貨商必須做力學性能試驗,測定的性能值應符合棒材采購技術規范中所用鋼種的規定值。按RCC-M體系設計的華龍一號項目核安全設備的緊固件在制造后不需要進行熱處理，這些緊固件在棒材階段進行力學性能檢驗，按圖紙加工成成品后不需要再進行拉伸性能檢驗。

2.2 ASME標準對緊固件性能的要求

ASME標準對緊固件的棒料及緊固件成品的性能檢驗項次較多，與國標要求相近但也有差異。如核安全設備緊固件常用的標準ASME SA193對制造螺栓的棒料的拉伸性能進行了規定，成品階段僅在某些特定情況下需要進行拉伸試驗和楔形拉伸試驗，而 GB/T 3098.1對棒料階段的拉伸性能并沒有進行規定，緊固件成品階段主要進行楔負載和保證載荷試驗，當進行了楔負載試驗的不再進行拉伸試驗。ASME SA194和GB/T 3098.2相比，在強度性能檢測方面要求基本一致，對棒料階段的拉伸性能并沒有規定，而規定了緊固件成品階段的保證載荷和硬度要求。另外，SA194規定當供需雙方存在爭議時可以采用鋼錐楔壓保證載荷試驗進行判定。

以最常用到的SA193-2019為例，對緊固件的強度性能要求進行說明[5]，見表2。

表2 SA193部分強度性能試驗要求(未包含部分特殊情況)

從上述常用的緊固件標準對比可以看出不同的標準體系對緊固件的棒料及緊固件成品的性能要求是有差異的，相比RCC-M標準，ASME標準和國標對緊固件成品的性能檢驗項次較多。

3 國家監管單位關于緊固件復驗的要求

國核安發[2016]195號中《指南》規定：屬于安全重要物項的緊固件應通過抽樣試驗的方式進行入廠(場)復驗，復驗單位應獨立于采購單位和制造單位(通常稱為第三方復驗)。緊固件復驗檢驗項目核抽樣數量由設計單位根據緊固件的分類以及規范分級在緊固件采購技術條件中明確。《指南》給出了復驗項目和抽樣數量，其中試驗項目與抽樣水平見表3。

表3 試驗項目與抽樣水平

需要說明的是，《指南》明確指出表3中的試驗項目適用于核電廠緊固件采購技術條件中要求的項目，另外參照國標(GB/T 3098—2010)規定從力學性能的硬件檢測條件考慮，對螺栓進行了劃分：對于螺紋規格小于或等于M39的螺栓，應進行實物拉力或楔負載試驗；對于螺紋規格大于M39的螺栓，當不能實施實物拉力或楔負載試驗項目時，可用機加工試樣的拉伸試驗代替，并可采用具有代表性的產品延長段或產品本體進行試驗；對于沖擊試驗和機加工試樣拉伸試驗，若因試樣不具代表性而造成結果不合格，允許按照緊固件相關材料標準重新試驗。

從上述規定可以看出，并非是表3中的所有項次都需要復驗，而是原緊固件的技術條件要求了的試驗項目，復驗時才需要做。如某項目蒸汽發生器人孔螺栓的技術條件無脫碳和保證載荷試驗要求，則在進行第三方復驗時也就不必進行該試驗。

根據《指南》的要求，國內大部分設計單位在均發布了相適應的緊固件復驗規定，如《核電廠安全重要物項緊固件采購補充質量及技術管理要求》、《緊固件復驗技術條件》、《緊固件入廠復驗方案》等，但詳盡程度不同，有的給出了該項目需要第三方復驗的安全重要物項緊固件清單和復驗項次，更便于操作執行。

4 緊固件采購過程中存在的問題和理解

4.1 設計采購文件應當明確哪些緊固件需要進行第三方復驗

當設計單位沒有明確需要復驗的緊固件清單時，對個別緊固件是否需要進行復驗可能存在一定分歧。設計方應當發布產品的零部件(含緊固件)的安全分級和質保分級清單或需第三方復驗的緊固件清單以便于執行。需要特別說明的是，安全重要物項的緊固件屬于《指南》的適用范疇，根據GB/T 17569[7]，除了安全1級、2級和3級物項以外，非安全級中有特殊要求的物項(即NC(S)級)也屬于安全重要物項。

4.2 不同標準體系應避免混用

不同標準體系對緊固件的要求有一定差異，應避免在進行緊固件設計時同時選用不同標準體系的標準，如確實需要采用不同的標準，應明確相應標準中的哪些條款適用緊固件的哪些要求。如某螺母采用國標GB/T 6170(GB/T 6170中的性能要求引用的是GB/T 3098.2和GB/T 3098.15)，同時又選用了ASME牌號SA194 Gr.7材料，這類緊固件的性能如何驗收，螺母是否要做保證載荷試驗，如果要做，保證載荷應按多少驗收。這類緊固件嚴格意義上并不屬于標準緊固件，并不能簡單直接引用標準。碰到此種情況時，通常的做法是緊固件供貨方通過向設計方發函確認的方式明確，一般情況下棒料的性能按照相應的材料標準進行驗收，緊固件的尺寸要求按照緊固件標準執行。當確實要進行保證載荷試驗或者實物拉力試驗時，應明確具體驗收指標。

4.3 非標緊固件的驗收要求應當明確

非標緊固件一般是指使用溫度、尺寸規格、材料或等級超出緊固件標準的緊固件。目前的緊固件標準都有其適用范圍，如GB/T 3098.1適用使用溫度為-50～300 ℃且規格小于M39的螺栓， GB/T 3098.2適用使用溫度為-50～150 ℃且規格小于M39的螺母。當設計選用這類非標緊固件時，對標準中不適用的或未明確的要求應進行明確，避免制造和驗收過程中出現分歧。

4.4 關于核一級設備承壓螺栓、螺母復驗方式的探討

根據《加強緊固件質量管理的要素分析與建議》[8]的分析及《指南》的規定，核安全重要物項緊固件均需要納入管理范疇，主要焦點是大宗材料。但屬于核安全重要緊固件的還有一類，如反應堆壓力容器主螺栓、主螺母，蒸汽發生器人孔及手孔螺栓、螺母等。這類緊固件安全級別高、質保等級高，按設備進行設計、制造和采購，其設計文件完整、技術要求和驗收要求明確，這類緊固件并不屬于大宗材料。但按照《指南》的規定，這類緊固件仍應進行第三方復驗工作，不可避免的增加了管理和經濟成本。

這類緊固件由持證單位供貨，供應商編制了完整的制造和質量文件，制造大綱由緊固件采購方審查確認，質量計劃由緊固件采購方和業主審查確認，并由采購方和業主代表選點見證，這類緊固件的質量是比較可靠的。同時，考慮到這些緊固件的重要程度及材料不均勻性的可能性，進行材料性能的復驗是必要的。建議對這類緊固件的復驗方式進行適當調整，具體如下：

針對這類緊固件中規格較小的緊固件(如規格不大于M48的)的復驗要求，建議調整為在業主代表見證下由緊固件供應商或采購方進行復驗。

反應堆壓力容器的主螺栓、主螺母的規格尺寸大且制造要求高(如某項目主螺栓規格為M170,長度2 106 mm，單件重303 kg)，其制造周期長、成本高，如采用成品主螺栓、螺母進行復驗，需要將其破壞。主螺栓在棒料階段完成性能試驗后再加工螺紋，后續并無熱處理，其棒料階段的性能可以代表主螺栓的性能。建議在主螺栓棒材性能試驗階段，在其延長段上截取一段復驗用料，在業主的見證下由緊固件供應商或采購方進行復驗。

5 結論

核安全重要緊固件質量事件給國內核電機組建造帶來了巨大的經濟損失。緊固件的管理從設計、采購、制造、安裝、不符合項管理、檢查核試驗等環節進行了增強和優化[8-9]。緊固件的復檢要求、復檢范圍在設計文件中應清晰、明確，并避免不同標準體系混用。緊固件供應商和采購方嚴格落實《指南》要求，確保制造的緊固件滿足設計文件要求。