HJ 1201-2021 放射性物品運輸容器防脆性斷裂的安全設計指南

1 適用范圍

      本標準規定了放射性物品運輸容器防脆性斷裂的安全設計評價(jià)方法。

      本標準適用于鐵素體鋼、奧氏體不銹鋼、球墨鑄鐵等金屬材料制造的放射性物品運輸容器包容系統的防脆性斷裂設計，非包容系統的防脆性斷裂設計可參照執行。

2 規范性引用文件

      本標準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準。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標準。

      GB 11806 放射性物品安全運輸規程

      GB 150 壓力容器

      GB/T 229 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法

      GB/T 4161 金屬材料 平面應變斷裂韌度 KIC 試驗方法

      GB/T 5482 金屬材料動(dòng)態(tài)撕裂試驗方法

      GB/T 6803 鐵素體鋼的無(wú)塑性轉變溫度落錘試驗方法

      GB/T 8363 鋼材 落錘撕裂試驗方法

      GB/T 21143 金屬材料 準靜態(tài)斷裂韌度的統一試驗方法

3 術(shù)語(yǔ)和定義

      下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標準。

3.1

      無(wú)塑性轉變溫度 nil-ductility transition temperature

      按照落錘試驗標準方法進(jìn)行試驗時(shí)，落錘試樣斷裂時(shí)的最高溫度，用 TNDT 表示。

3.2

      斷裂韌度 fracture toughness

      通常指準靜態(tài)單一加載條件下的裂紋擴展阻力的通用術(shù)語(yǔ)，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，用 KId 表示。

3.4

      應力強度因子 stress intensity factor

      均勻線(xiàn)彈性體在特定的裂紋擴展類(lèi)型下理想裂紋尖端應力場(chǎng)的幅值，用 K 表示。

3.5

      屈服強度 yield strength

      當金屬材料呈現屈服現象時(shí)，在試驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加時(shí)的應力。應區分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度用 ReL 表示，下屈服強度用 ReH 表示。屈服強度通常是指準靜態(tài)加載速率下測得的下屈服強度。

3.6

      動(dòng)態(tài)屈服強度 dynamic yield strength

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

3.7

      凈截面應力 net section stress

      凈截面上的平均應力。凈截面等于總體截面（毛截面）減去截面中孔洞面積。

4 防脆性斷裂設計方法的選取

4.1 為滿(mǎn)足運輸容器在GB 11806 規定的正常運輸條件和運輸事故條件下放射性物品運輸的安全要求， 限制外部輻射，確保對放射性物品的包容，并防止核臨界，放射性物品運輸容器在貨包設計時(shí)應防止脆性斷裂。

4.2 設計者可選用下述任何一種方法進(jìn)行防脆性斷裂設計評價(jià)：

      第一種方法為通過(guò)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（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(guò)測試無(wú)塑性轉變溫度等材料韌性指標評價(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)結構的抗斷裂性能。

      前兩種方法是僅基于材料試驗要求的準則，需證明某些材料參數（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，需證明計算的運輸容器包容系統的應力強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，但應論證其合理性。

5 防脆性斷裂評價(jià)免除條件

5.1 設計選用材料時(shí)，選用在 GB 11806 規定的正常運輸條件和運輸事故條件下，在要求的使用溫度范圍內（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(guò) 6.2 所述的力學(xué)試驗證明其具有足夠的延性和斷裂韌性。

6 用無(wú)塑性轉變溫度等材料韌性指標評價(jià)鐵素體鋼的方法

6.1 概述

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

      6.2 用沖擊吸收能量或側膨脹值作為驗收指標的評價(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）與斷裂韌度關(guān)系的數據庫，沖擊吸收能量可作為材料韌性的間接指標。其基礎是確定無(wú)塑性轉變溫度方法，驗收準則是在規定溫度下夏比V 型缺口沖擊試驗測得的沖擊吸收能量(或者側膨脹值)大于標準規定的限值。在低溫下的沖擊吸收能量限值可參考相應的標準，溫度應至少包括要求的使用溫度范圍（包括低至-40 ℃）。

6.3 用無(wú)塑性轉變溫度作為驗收指標的評價(jià)方法

6.3.1 評價(jià)基礎

      本章規定了不同貨包級別和不同截面厚度鐵素體鋼應滿(mǎn)足的斷裂韌性評價(jià)準則。準則要求材料的無(wú)塑性轉變溫度與事故條件下最低使用溫度（-40 ℃）的最小溫度差是截面厚度的函數。該溫度差是以無(wú)塑性轉變溫度與斷裂韌度的關(guān)系為基礎。6.3 適用于 B 型貨包包容系統的防脆性斷裂評價(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 等其他標準評價(jià)。B 型貨包Ⅰ級包容系統對組合應力采用的失效理論是最大剪應力理論，控制應力是應力強度；B 型貨包Ⅱ級、Ⅲ級包容系統對組合應力采用的失效理論是最大應力理論，控制應力是第一主應力。第 7 章中應力分析可參照本條執行。

6.3.2 公稱(chēng)壁厚小于 100 mm 的鐵素體鋼評價(jià)準則

      根據貨包裝載放射性?xún)热菸锘疃人降牟煌瑢?/span> B 型貨包進(jìn)行了分級，分級原則見(jiàn)表 1。Ⅰ級需要對包容系統的每個(gè)試樣進(jìn)行斷裂韌性試驗，評價(jià)結果應滿(mǎn)足Ⅰ級的評價(jià)準則，參見(jiàn)表 2；Ⅱ級和Ⅲ級可以進(jìn)行試驗或者參考相應標準數據，評價(jià)結果應滿(mǎn)足相應級別的評價(jià)準則，參見(jiàn)表 3、表 4。關(guān)鍵部件是指因斷裂失效而導致運輸容器包容系統穿透或破裂的部件。

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