HJ 1201-2021 放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)指南

1 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)評價(jià)方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于鐵素體鋼、奧氏體不銹鋼、球墨鑄鐵等金屬材料制造的放射性物品運(yùn)輸容器包容系統(tǒng)的防脆性斷裂設(shè)計(jì)，非包容系統(tǒng)的防脆性斷裂設(shè)計(jì)可參照執(zhí)行。

2 規(guī)范性引用文件

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，其新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB 11806 放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程

GB 150 壓力容器

GB/T 229 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法

GB/T 4161 金屬材料 平面應(yīng)變斷裂韌度 KIC 試驗(yàn)方法

GB/T 5482金屬材料動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)方法

GB/T 6803鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗(yàn)方法

GB/T 8363鋼材 落錘撕裂試驗(yàn)方法

GB/T 21143金屬材料 準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗(yàn)方法

3 術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

無塑性轉(zhuǎn)變溫度 nil-ductility transition temperature

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)的高溫度，用 TNDT 表示。

3.2

斷裂韌度 fracture toughness

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)斷裂韌度 dynamic fracture toughness

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)力強(qiáng)度因子 stress intensity factor

均勻線彈性體在特定的裂紋擴(kuò)展類型下理想裂紋**應(yīng)力場的幅值，用 K 表示。

3.5

屈服強(qiáng)度 yield strength

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)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度用 ReL 表示，下屈服強(qiáng)度用 ReH 表示。屈服強(qiáng)度通常是指準(zhǔn)靜態(tài)加載速率下測得的下屈服強(qiáng)度。

3.6

動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度 dynamic yield strength

動(dòng)態(tài)加載速率（如沖擊）下測得的屈服強(qiáng)度，用σyd 表示。

3.7

凈截面應(yīng)力 net section stress

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。

4 防脆性斷裂設(shè)計(jì)方法的選取

4.1 為滿足運(yùn)輸容器在GB 11806 規(guī)定的正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件下放射性物品運(yùn)輸?shù)陌踩螅?限制外部輻射，確保對放射性物品的包容，并防止核臨界，放射性物品運(yùn)輸容器在貨包設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止脆性斷裂。

4.2 設(shè)計(jì)者可選用下述任何一種方法進(jìn)行防脆性斷裂設(shè)計(jì)評價(jià)：

**種方法為通過選用材料免除防脆性斷裂評價(jià)，其免除條件為選用在要求的使用溫度范圍內(nèi)（包括低至-40 ℃）能夠保持延性和韌性比較高的材料。

第二種方法為通過測試無塑性轉(zhuǎn)變溫度等材料韌性指標(biāo)評價(jià)鐵素體鋼的抗斷裂性能。第三種方法為利用斷裂力學(xué)理論評價(jià)結(jié)構(gòu)的抗斷裂性能。

前兩種方法是僅基于材料試驗(yàn)要求的準(zhǔn)則，需證明某些材料參數(shù)（如沖擊吸收能量）若不低于其許用值，則該材料具有良好的韌性。第三種方法基于斷裂力學(xué)方法，適用于所有材料，需證明計(jì)算的運(yùn)輸容器包容系統(tǒng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子與測定的材料斷裂韌度之間存在足夠的裕度。

4.3 在實(shí)際工作中可以采用其他的替代方法，但應(yīng)論證其合理性。

5 防脆性斷裂評價(jià)免除條件

5.1 設(shè)計(jì)選用材料時(shí)，選用在 GB 11806 規(guī)定的正常運(yùn)輸條件和運(yùn)輸事故條件下，在要求的使用溫度范圍內(nèi)（包括低至-40 ℃）能夠保持較高延性和韌性的材料，例如奧氏體不銹鋼，可免除防脆性斷裂評價(jià)。

5.2 對鑄造奧氏體不銹鋼，不能免除其防脆性斷裂評價(jià)，需通過 6.2 所述的力學(xué)試驗(yàn)證明其具有足夠的延性和斷裂韌性。

6 用無塑性轉(zhuǎn)變溫度等材料韌性指標(biāo)評價(jià)鐵素體鋼的方法

6.1 概述

確定無塑性轉(zhuǎn)變溫度的基礎(chǔ)是確定某一溫度，在此溫度下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)落錘試驗(yàn)時(shí)，焊接接頭處不會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂。6.2 提供了基于沖擊吸收能量或側(cè)膨脹值評價(jià)鐵素體鋼的方法，6.3 提供了基于無塑性轉(zhuǎn)變溫度評價(jià)鐵素體鋼的方法，可采用任意一種。本方法適用于運(yùn)輸容器用母材的評價(jià)，也適用于焊縫和熱影響區(qū)的評價(jià)。

6.2 用沖擊吸收能量或側(cè)膨脹值作為驗(yàn)收指標(biāo)的評價(jià)方法

對于鐵素體鋼（含螺栓），已建立大量的沖擊吸收能量（夏比 V 型缺口沖擊試驗(yàn)）與斷裂韌度關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，沖擊吸收能量可作為材料韌性的間接指標(biāo)。其基礎(chǔ)是確定無塑性轉(zhuǎn)變溫度方法，驗(yàn)收準(zhǔn)則是在規(guī)定溫度下夏比V 型缺口沖擊試驗(yàn)測得的沖擊吸收能量大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。在低溫下的沖擊吸收能量限值可參考相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，溫度應(yīng)至少包括要求的使用溫度范圍（包括低至-40 ℃）。

6.3 用無塑性轉(zhuǎn)變溫度作為驗(yàn)收指標(biāo)的評價(jià)方法

6.3.1 評價(jià)基礎(chǔ)

本章規(guī)定了不同貨包級別和不同截面厚度鐵素體鋼應(yīng)滿足的斷裂韌性評價(jià)準(zhǔn)則。準(zhǔn)則要求材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度與事故條件下低使用溫度（-40 ℃）的小溫度差是截面厚度的函數(shù)。該溫度差是以無塑性轉(zhuǎn)變溫度與斷裂韌度的關(guān)系為基礎(chǔ)。6.3 適用于 B 型貨包包容系統(tǒng)的防脆性斷裂評價(jià)，C 型貨包可參照 B 型貨包Ⅰ級進(jìn)行評價(jià)，B 型或 C 型貨包之外的其他貨包可參照 B 型貨包Ⅲ級進(jìn)行評價(jià)，也可按照 GB 150 等其他標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)。B 型貨包Ⅰ級包容系統(tǒng)對組合應(yīng)力采用的失效理論是大剪應(yīng)力理論，控制應(yīng)力是應(yīng)力強(qiáng)度；B 型貨包Ⅱ級、Ⅲ級包容系統(tǒng)對組合應(yīng)力采用的失效理論是大應(yīng)力理論，控制應(yīng)力是**主應(yīng)力。第 7 章中應(yīng)力分析可參照本條執(zhí)行。

6.3.2 公稱壁厚小于 100 mm 的鐵素體鋼評價(jià)準(zhǔn)則

根據(jù)貨包裝載放射性內(nèi)容物活度水平的不同對 B 型貨包進(jìn)行了分級，分級原則見表 1。Ⅰ級需要對包容系統(tǒng)的每個(gè)試樣進(jìn)行斷裂韌性試驗(yàn)，評價(jià)結(jié)果應(yīng)滿足Ⅰ級的評價(jià)準(zhǔn)則，參見表 2；Ⅱ級和Ⅲ級可以進(jìn)行試驗(yàn)或者參考相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，評價(jià)結(jié)果應(yīng)滿足相應(yīng)級別的評價(jià)準(zhǔn)則，參見表 3、表 4。關(guān)鍵部件是指因斷裂失效而導(dǎo)致運(yùn)輸容器包容系統(tǒng)穿透或破裂的部件。

?

更多標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容點(diǎn)擊以下鏈接獲取標(biāo)準(zhǔn)全文:

下載地址:《HJ 1201-2021 放射性物品運(yùn)輸容器防脆性斷裂的安全設(shè)計(jì)指南》