ICS 27.120.20 F 69 NB 备案号：59610—2017 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 20440—2017 压水堆核电厂反应堆压力容器 防止快速断裂评定准则 Assessment criteria for proventing fast rupture of reactor pressure vessel of pressurized water reactor nuclear power plants 2017-04-01发布 2017-10-01实施 国家能源局 发布 NB/T204402017 目 次 前言 II 范围， 2规范性引用文件 3术语和定义 4分析区域及计算步骤的原则 5适用的规则.. 6材料的韧性 17 附录A（资料性附录） 方法一的RTNDT计算 20 附录B（资料性附录） 方法二的RTNDr计算 26 NB/T 20440—2017 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由能源行业核电标准化技术委员会提出。 本标准由核工业标准化研究所归口。 本标准起草单位：上海核工程研究设计院、苏州热工研究院有限公司、中国核动力研究设计院。 本标准主要起草人：贺寅彪、沈睿、陶宏新、吕峰、卢岳川、曹明。 II NB/T20440—2017 压水堆核电厂反应堆压力容器防止快速断裂评定准则 1范围 本标准规定了设计阶段的压水堆核电厂反应堆压力容器防止快速断裂的分析方法和评定准则。 本标准适用于压水堆核电厂钢制铁素体反应堆压力容器。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件， 其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 压水堆核电厂 NB/T20035—2011(2014RK) 工况分类 NB/T20292—2014 核电厂用铁素体钢韧脆转变区参考温度T的测试方法 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文 3. 1 基准缺陷 referenceflaw 最大的假想缺陷，作为保守性断裂计算的依据。其形状、深度以及长度（根据保守性要求）按壁厚 作具体规定。 3. 2 一次薄膜应力 primarymembrane stress 施加载荷产生的截面厚度上平均分布的法向应力，满足外部和内部力与力矩平衡条件，因而其基本 特征是非自限的。 3.3 一次弯曲应力 primarybending stress 施加载荷产生的沿截面厚度线性分布的法向应力，其性质与3.2相同。 3.4 二次薄膜应力·secondarymembranestress 由于相邻材料和结构本身约束引起的截面厚度上平均分布的法向应力，结构变形协调的自平衡应 力，其基本特征是自限的。 3.5 NB/T20440—2017 二次弯曲应力 secondarybendingstress 由于相邻材料或结构不连续处的约束、变形协调引起的沿截面厚度线性分布的法向应力，其性质与 3.4相同。 3. 6 参考无延性转变温度referencetemperatureofnil-ductiletransfer RTNDT 初始参考无延性转变温度（RTNDTO）加上由于服役环境（快中子辐照、热老化等）影响产生的温度 增量后的温度。 3. 7 静态断裂韧性referencestressintensityfactor Kic 材料的平面应变断裂韧性。 3. 8 延性撕裂启裂断裂韧性ductiletearingcrackinitiationtoughness Kic 延性断裂启裂时刻所对应的断裂韧性。 4分析区域及计算步骤的原则 4.1分析区域的选择 根据如下因素选定分析区域： a）可能存在缺陷的部位； b）该处应力总变动幅度有可能导致裂纹扩展； c）可能存在环境(快中子辐照、热老化等)导致的脆化。 4.2计算步骤 依据断裂力学，按如下程序实施计算： a）在所选分析部位假设存在一个基准缺陷； b）按缺陷和作用载荷确定裂纹尖端的应力强度因子； c）将应力强度因子与材料断裂韧性进行比较，并考虑一定量的安全系数。 5适用的规则 5.1总则 本标准推荐两种方法，在设计过程中应根据所用材料选择其中一种方法。 第一种方法采用线弹性断裂力学的简化分析方法，依据对明显保守且能覆盖全寿期的基准缺陷进行 分析，以给出设备对于快速断裂风险的相当大的安全裕度。 2 NB/T20440—2017 第二种方法采用线弹性断裂力学分析方法，并考虑了塑性修正，依据断裂失效模式将应力强度因子 与材料断裂韧性进行比较，防止裂纹出现断裂失效。 工况定义和划分按照NB/T20035一20112014RK)）的规定执行。 5.2第一种方法 5.2.1基准缺陷 5.2.1.1远离不连续区的筒体和封头 本标准中所考虑的基准缺陷是 个半椭圆形的表面裂纹，裂纹平面垂直于最大主应力方向，其尺寸 见表1。 表1 裂纹尺寸 壁厚 裂纹深度 裂纹长度 <100mm 25 mm 150mm 100~300mm 0.25t 1.5t >300mm 75mm 450mm （单位mm）。 注：t为截面壁厚 5.2.1.2接管、 法兰及几何不连续区附近 对于接管、法兰及几何不连续区附近的应力分布比较复杂的区域 可根据具体情况按基准缺陷的选 择要求，选取缺陷的几何形状、尺寸及方位。如果采用较小的缺陷尺寸， 应充分论证其可接受性 5.2.2评定方法 5.2.2.1概述 防快速断裂评定时应考虑设计规范书所给出各级工况下的所有载荷，对按基准缺陷和计及相应的安 全系数的组合应力强度因子K,进行评定，静态断裂韧性Kic根据断裂分析时裂纹尖端的材料温度T和该点 的参考无延性转变温度RTNDT确定，根据第6章规则加以确定，分别与选定的分析或评定时刻有关。判定 准则为：K/<KIC。 5.2.2.2使用载荷分级 依照设计任务书中对A、B、C、D各级使用限制载荷的定义，按照其相应的限值进行防止快速断裂 的评定。A级使用载荷是容器在完成其使用功能中可能承受的载荷：B级使用载荷是容器应承受、且不 发生需要修复损伤的载荷；C级使用载荷是可能在结构不连续区产生很大变形，以致需要检查或修复损 伤而暂停使用该部件的载荷；D级使用载荷是可能产生明显的整体变形，以致丧失结构的稳定性并为修 复损伤而需要停止部件使用的载荷。 5.2.3防止快速断裂评定 5.2.3.1A、B级应力强度因子组合 5.2.3.1.1远离不连续区的筒体和封头 远离不连续区的筒体和封头需考虑如下载荷： a）由于内压引起的总体一次薄膜应力； NB/T20440—2017 b）由于升、降温时出现于壁厚的温度梯度引起的热应力。 组合的总应力强度因子按下式确定： K,=2Km+K, (1) 式中： Kim 一次薄膜应力引起的应力强度因子； 热应力引起的应力强度因子。 5.2.3.1.2.接管、法兰及几何不连续区 在接管、法兰及几何不连续区附近，法兰和接管区的弯曲应力对K，值计算有较大影响，组合的应 力强度因子可按下式确定。 K, =2(Km+K)+(Km2 +K2) (2) 式中： Kim 一次薄膜应力引起的应力强度因子； Klb 一次弯曲应力引起的应力强度因子； Kim2- 一二次薄膜应力引起的应力强度因子； Klb2 二次弯曲应力引起的应力强度因子。 其中，螺栓预紧载荷产生的应力视为一次应力；总体热应力（接管与其连接的筒体之间温差产生的 应力，以及筒体轴向、径向温度分布产生的应力）和残余应力视为二次应力。对于接管等的热应力评定， 不推荐使用图1的K值，因为此时应力分布复杂。 5.2.3.1.3接管内隅角高应力区 接管内隅角处需要考虑的载荷有内压载荷、外部接管载荷和热载荷，组合的应力强度因子可按下式 确定。 K, =2Kp +K, . (3) 式中： KIp—内压、外部接管载荷引起的应力强度因子。 5.2.3.2C、D级应力强度因子组合 对于假想载荷、缺陷尺寸以及材料韧性等能证明适合所考虑的情况时，可采用本规则。 5.2.3.3水压试验应力强度因子组合（装料后） K, =1.5(Km +K)+(Km2 +Kb2) .. (4) 5.2.4应力强度因子的确定 5.2.4.1概述 由机械载荷和热载荷引起的基准缺陷处裂纹尖端的应力强度因子，可通过详细断裂分析或按照 5.2.4.1、5.2.4.2和5.2.4.3中给出的简化方法加以确定，并按5.2.2方法进行评定。 4