一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法
2023-06-27 16:07:11
專利名稱：一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法
技術領域：
本發明屬於材料輻照效應研究技術領域，具體涉及一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法。
背景技術：
反應堆關鍵部件(如反應堆壓力容器)在服役時，其材料在快中子的輻照下將造成輻照脆化，從而對反應堆運行安全造成嚴重的影響。而在進行反應堆壓力容器(RPV)材料輻照脆化的研究時，往往會因為標準樣品的尺寸過大，造成一系列的困難，如因試驗輻照孔道小而導致的試驗成本高、輻照時樣品溫度梯度大、輻照後樣品感生放射性過高等。小衝杆測試技術(SP)由於測試樣品小(測試樣品尺寸約為Φ3Χ0. 3_)，從而很好地解決了這一系列問題，其測試方法如下利用小衝杆傳力，衝壓球僅對小薄圓片狀的試樣進行衝壓，記錄整個變形過程的樣品載荷-位移曲線，然後從載荷-位移曲線中提取數據，並通過各種關係公式轉換成標準樣品的數據的方法。SP測試技術主要包括試驗技術和數據標準化計算模型兩個方面的內容，這兩個方面的內容一直是國內外研究者對於SP研究的重要對象之一。在試驗技術方面，由於SP測試技術是非標樣測試方法，目前尚無標準規範，僅有行業內公認的幾個模具尺寸參數要求。目前國際上SP的難點在於保證其試驗操作的簡便可靠，以便減小放射性樣品測試時的操作難度；保證其試驗溫度的到溫速度和控制精度，以減少長時間控溫對樣品或裝置造成的幹擾(如結霜、氧化等等)及減小溫度波動。在數據標準化計算模型方面，目前國際上主要針對拉伸、衝擊、斷裂韌性等建立了一系列經驗模型(文中稱之為「傳統模型」)。其中拉伸數據的傳統模型是通過不同材料在室溫下擬合而得的，其計算 精度應用於反應堆壓力容器材料時精度將有所降低；斷裂韌性數據的傳統模型是通過斷裂韌性與等效斷裂應變進行間接線性擬合而得，缺乏斷裂韌性理論依據。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的一個目的是提供一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，該方法簡便可靠，易於實現，測試結果精度高。本發明的另一個目的是提供一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置，該裝置結構簡單，易於操作，測試成本低。為達到以上目的，本發明採用的技術方案是一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，包括以下步驟( I)建立低溫小衝杆測試裝置；(2)將標準樣品即輻照後的反應堆壓力容器鋼製成厚為O. 3mm的薄片作為小樣品，將小樣品放入小衝杆測試裝置中，在20°C -150°C的溫度範圍內，利用小衝杆測試裝置對小樣品進行持續衝壓，直至小樣品斷裂，記錄衝壓過程中載荷-位移曲線；
(3)將載荷-位移曲線中彈性段和塑性變形段切線的延長線交點所對應載荷作為屈服特徵值py，將載荷-位移曲線中的最大載荷作為抗拉特徵值Pu，然後將PyAtl2和Pytci2與各自對應的標準樣品的標準屈服強度Oy和標準抗拉強度Ou進行線性擬合，得到小樣品的屈服特徵值Py和抗拉特徵值Pu與標準樣品的標準數據之間的關係O y=0. 154Py/t02+339 ①，σ u=0. 085Pu/t02+198 ②，其中，tQ表示小樣品的厚度。進一步，步驟(I)中，小衝杆測試裝置包括加載試驗機和設在加載試驗機的加載位置下方的低溫環境系統；低溫環境系統包括低溫環境爐、與低溫環境爐相連的溫控儀以及自上而下設在低溫環境爐中的衝杆壓塊、上衝模和下衝模，上衝模的底面和下衝模的頂部相接觸；衝杆壓塊的底部中心處連接有豎直朝下的衝杆；上衝模的中心軸處設有提供衝杆的行程的通孔，上衝模的通孔中設有可移動的衝壓球；下衝模的頂部中心軸處設有與上衝模的通孔同軸的樣品槽，樣品槽的底部設有與其同軸並貫通下衝模的中心軸的通孔。進一步，上衝模上設有貫通的螺絲孔，下衝模上設有與上衝模的螺絲孔對應的螺絲孔。進一步，上衝模、下衝模和衝杆壓塊呈圓柱體狀，下衝模的樣品槽為圓形；下衝模的樣品槽的直徑大於下衝模的通孔的直徑，下衝模的通孔的直徑大於上衝模的通孔的直徑。再進一步，下衝 模的側面設有位於樣品槽下方並與下衝模的通孔相通的鉬電阻插孔，設在鉬電阻插孔中的鉬電阻的頂部通過鉬電阻插孔插至樣品正下方。進一步，低溫環境爐包括銅質爐體和纏繞在銅質爐體外表面的銅管，銅管內流通有液氮，低溫環境爐的側面設有與下衝模的鉬電阻插孔對應的鉬電阻插孔。再進一步，步驟(2)中，溫控儀通過鉬電阻探測樣品槽中小樣品的溫度，並通過控制銅管內液氮的流量對小樣品進行控溫，控溫範圍在-50 _150°C，精度達±0. 2°C。本發明提供的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置，包括加載試驗機和設在加載試驗機的加載位置下方的低溫環境系統；低溫環境系統包括低溫環境爐、與低溫環境爐相連的溫控儀以及自上而下設在低溫環境爐中的衝杆壓塊、上衝模和下衝模，上衝模的底面和下衝模的頂部相接觸；衝杆壓塊的底部中心處連接有豎直朝下的衝杆；上衝模的中心軸處設有提供衝杆的行程的通孔，上衝模的通孔中設有可移動的衝壓球；下衝模的頂部中心軸處設有與上衝模的通孔同軸的樣品槽，樣品槽的底部設有與其同軸並貫通下衝模的中心軸的通孔；下衝模的側面設有位於樣品槽下方並與下衝模的通孔相通的鉬電阻插孔。再進一步，低溫環境爐包括銅質爐體和纏繞在銅質爐體外表面的銅管，銅管內流通有液氮；低溫環境爐的側面設有與下衝模的鉬電阻插孔對應的鉬電阻插孔。本發明所提供的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，簡便可靠，減小反射性樣品測試時的操作難度，易於實現；在測試過程中能保證試驗溫度的到溫速度和控制精度，以減少長時間控溫對樣品或裝置造成的幹擾，從而減少溫度波動，因而測試結果精度高。本發明所提供的測試裝置結構簡單，易於操作，控溫精度高，測試成本低。
圖1是本發明提供的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置的結構示意圖；圖2是圖1中樣品槽處的放大示意圖；圖3是根據本發明提供的方法得到的載荷-位移曲線以及屈服特徵值Py和抗拉特徵值Pu的取值方法的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步描述。本發明所提供的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置，包括加載試驗機和設在加載試驗機的加載位置下方的低溫環境系統。如圖1所示，低溫環境系統包括低溫環境爐、與低溫環境爐相連的溫控儀以及自上而下設在低溫環境爐中的衝杆壓塊9、上衝模4和下衝模5(即SP測試模塊)，上衝模4的底面和下衝模5的頂部相接觸；衝杆壓塊9的底部中心處連接有豎直朝下的衝杆3 ;上衝模4的中心軸處設有提供衝杆的行程的通孔，上衝模4的通孔中設有可移動的衝壓球6 ;下衝模5的頂部中心軸處設有與上衝模5的通孔同軸的樣品槽10 (見圖2)，樣品槽10的底部設有與其同軸並貫通下衝模5的中心軸的通孔，試驗時將待測小樣品8放入樣品槽10中即可。樣品槽10的聞度應與待測小樣品8的厚度相等。上衝模4上設有貫通的螺絲孔，下衝模5上設有與上衝模的螺絲孔對應的螺絲孔，安裝時使用內六角螺絲將上衝模4、下衝模5連接在一起。優選情況下，上衝模4、下衝模5和衝杆壓塊9呈圓柱體狀，下衝模5的樣品槽10為圓形；下衝模5的樣品槽10的直徑大於下衝模5的通孔的直徑，下衝模5的通孔的直徑大於上衝模4的通孔的直徑。此外，下衝模5的側面設有位於樣品槽10下方並與下衝模的通孔相通的鉬電阻插孔7，並且鉬電阻插孔7緊鄰樣品槽10的底部設置；低溫環境爐I的側面設有與下衝模5的鉬電阻插孔7對應的鉬電阻插孔，用於放置測溫用鉬電阻，鉬電阻的頂部通過鉬電阻插孔可插至待測的小樣品的正下方。本裝置中，低溫環境爐I包括銅質爐體和纏繞在銅質爐體外表面的銅管2，銅管2內流通有液氮。以下詳細說明如何使用上述裝置實施本發明提供的小衝杆測試方法。試驗前，首先裝卡樣品，裝卡方法為將輻照後的反應堆壓力容器鋼製成厚度為
O.3mm的薄圓片狀小樣品8，將小樣品8裝入下衝模5的樣品槽10中，然後蓋上上衝模4，利用內六角螺絲固定上、下衝模4、5，接著由上衝模5的通孔裝入衝壓球6及衝杆3，最後再將衝杆3固定在衝壓壓塊9的底部。試樣裝卡完畢後，將SP測試模塊置入低溫環境爐I內，將鉬電阻穿過低溫環境爐I的鉬電阻插孔插入下衝模5的鉬電阻插孔7中，並使鉬電阻端頭放置於小樣品8的正下方。樣品裝卡完畢後，即可開啟溫控儀，對爐體進行控溫。爐體的低溫環境主要通過控制銅管內的液氮流量來獲得。待爐體到溫並穩定保溫20分鐘後，開啟加載試驗機進行衝壓試驗。衝壓試驗可在20°C _150°C的溫度範圍內進行，溫控儀通過設在鉬電阻插孔中的鉬電阻探測樣品溫度，並通過控制銅管內液氮的流量對樣品進行控溫，精度可達±0. 2°C。進行衝壓試驗時，向衝杆壓塊9上持續不斷加壓，直至小樣品斷裂，由加載試驗機自動記錄載荷-位移曲線。通常，載荷-位移曲線中會包括四個變形階段，依次是發生彈性形變的第I階段、發生塑性形變的第II階段、發生薄膜伸張形變的第III階段和發生開裂破裂形變的第IV階段。試驗後，對加載試驗機獲得的載荷-位移曲線進行處理，處理方法如下選取載荷-位移曲線中變形第I階段和第II階段的擬合直線的交點縱坐標作為SP小樣品的屈服特徵值py，選取載荷-位移曲線中的最高點縱坐標作為SP小樣品的抗拉特徵值Pu，如圖3所示，結合標準樣品的標準拉伸數據(可通過常規的拉伸試驗獲得)，擬合得到式①、②。根據本發明，通過小衝杆試驗測得輻照後反應堆壓力容器鋼小樣品的屈服特徵值Py和抗拉特徵值Pu，結合式①、②即可計算出標準樣品的標準屈服值和抗拉值。上述實施例只是對本發明的舉例說明，本發明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實施，而不偏離本發明的要旨或本質特徵。因此，描述的實施方式從任何方面來看均應視為說明性而非限定性的。本發明的範圍應由附加的權利要求說明，任何與權利要求的意圖和範圍等效的變化也應包含在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於， (1)建立低溫小衝杆測試裝置； (2)將標準樣品即輻照後的反應堆壓力容器鋼製成厚為O.3mm的薄片作為小樣品，將小樣品放入小衝杆測試裝置中，在20°C _150°C的溫度範圍內，利用小衝杆測試裝置對小樣品進行持續衝壓，直至小樣品斷裂，記錄衝壓過程中載荷-位移曲線； (3)將載荷-位移曲線中彈性段和塑性變形段切線的延長線交點所對應載荷作為屈服特徵值Py，將載荷-位移曲線中的最大載荷作為抗拉特徵值Pu，然後將PyAtl2和PuAci2與各自對應的標準樣品的標準屈服強度oy和標準抗拉強度σ u進行線性擬合，得到小樣品的屈服特徵值Py和抗拉特徵值Pu與標準樣品的標準數據之間的關係σ y=0. 154Py/t02+339 ①，σ u=0. 085Pu/t02+198 ②， 其中，h表示小樣品的厚度。
2.根據權利要求1所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，步驟(I)中，小衝杆測試裝置包括加載試驗機和設在加載試驗機的加載位置下方的低溫環境系統； 低溫環境系統包括低溫環境爐、與低溫環境爐相連的溫控儀以及自上而下設在低溫環境爐中的衝杆壓塊、上衝模和下衝模，上衝模的底面和下衝模的頂部相接觸； 衝杆壓塊的底部中心處連接有豎直朝下的衝杆； 上衝模的中心軸處設有提供衝杆的行程的通孔，上衝模的通孔中設有可移動的衝壓球； 下衝模的頂部中心軸處設有與上衝模的通孔同軸的樣品槽，樣品槽的底部設有與其同軸並貫通下衝模的中心軸的通孔。
3.根據權利要求2所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，上衝模上設有貫通的螺絲孔，下衝模上設有與上衝模的螺絲孔對應的螺絲孔。
4.根據權利要求2或3所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，上衝模、下衝模和衝杆壓塊呈圓柱體狀，下衝模的樣品槽為圓形；下衝模的樣品槽的直徑大於下衝模的通孔的直徑，下衝模的通孔的直徑大於上衝模的通孔的直徑。
5.根據權利要求4所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，下衝模的側面設有位於樣品槽下方並與下衝模的通孔相通的鉬電阻插孔，設在鉬電阻插孔中的鉬電阻的頂部通過鉬電阻插孔插至樣品正下方。
6.根據權利要5所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，低溫環境爐包括銅質爐體和纏繞在銅質爐體外表面的銅管，銅管內流通有液氮，低溫環境爐的側面設有與下衝模的鉬電阻插孔對應的鉬電阻插孔。
7.根據權利要求5或6所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，其特徵在於，步驟(2)中，溫控儀通過設在鉬電阻插孔中的鉬電阻探測樣品溫度，並通過控制銅管內液氮的流量對樣品進行控溫，控溫範圍在20 _150°C，精度可達±0. 2°C。
8.一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置，其特徵在於， 該裝置包括加載試驗機和設在加載試驗機的加載位置下方的低溫環境系統； 低溫環境系統包括低溫環境爐、與低溫環境爐相連的溫控儀以及自上而下設在低溫環境爐中的衝杆壓塊、上衝模和下衝模，上衝模的底面和下衝模的頂部相接觸； 衝杆壓塊的底部中心處連接有豎直朝下的衝杆； 上衝模的中心軸處設有提供衝杆的行程的通孔，上衝模的通孔中設有可移動的衝壓球； 下衝模的頂部中心軸處設有與上衝模的通孔同軸的樣品槽，樣品槽的底部設有與其同軸並貫通下衝模的中心軸的通孔；下衝模的側面設有位於樣品槽下方並與下衝模的通孔相通的鉬電阻插孔。
9.根據權利要求8所述的一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試裝置，其特徵在於，低溫環境爐包括銅質爐體和纏繞在銅質爐體外表面的銅管，銅管內流通有液氮；低溫環境爐的側面設有與下衝模的鉬電阻插孔對應的鉬電阻插孔。
全文摘要
本發明涉及一種用於反應堆壓力容器鋼的小衝杆測試方法，包括(1)建立低溫小衝杆測試裝置；(2)將標準樣品即輻照後的反應堆壓力容器鋼切割成小樣品，將小樣品放入小衝杆測試裝置中進行衝壓試驗，記錄衝壓過程中的載荷-位移曲線；(3)將載荷-位移曲線中彈性段和塑性變形段切線的延長線交點所對應載荷作為屈服特徵值Py，將載荷-位移曲線中的最大載荷作為抗拉特徵值Pu，然後將Py/t02和Pu/t02與標準拉伸數據進行線性擬合，得到小樣品的屈服特徵值Py和抗拉特徵值Pu與標準數據之間的關係σy＝0.154Py/t02+339及σu＝0.085Pu/t02+198。本發明還提供了能實現上述方法的裝置。採用本發明的方法和裝置進行的小衝杆測試試驗，簡便可靠，易於操作，測試成本低，精度高。
文檔編號G01N3/32GK103063529SQ20131000076
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月4日 優先權日2013年1月4日
發明者佟振峰, 張長義, 鍾巍華, 楊文 申請人:中國原子能科學研究院