ICS77.040.10 H 22 备案号：46477-2014 NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 20292—2014 核电厂用铁素体钢韧脆转变区参考温度 T 的测试方法 Test method for determination of reference temperature, To, for ferritic steels in the ductile-to-brittle transition range for nuclear power plants 2014-06-29发布 2014-11-01实施 发布 国家能源局 NB/T 20292—2014 目 次 前言 III 范围 1 2 规范性引用文件 术语 3 4 符号和说明 5 试验原理与试验方法概述 仪器与设备， 6 5 试样的形状、尺寸和制备 6 8 断裂韧度试验方法， 14 6 断裂韧度的计算。 19 10 确定参考温度To. 22 试验报告 11 25 附录A（资料性附录） T。的估算精度 26 NB/T 20292—2014 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准参考ASTME1921-11《确定铁素体钢韧脆转变区参考温度To的标准试验方法》编制，并根据 我国实际情况做了适当修改。 本标准由国家能源行业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、华东理工大学、中广核工程有限公司、中国核动力研究 设计院。 本标准主要起草人：曹昱澎、贺寅彪、李辉、王秉熙、曹明、包章根、惠虎、李培宁、阴志英、李 承亮 II 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 1范围 本标准规定了核电厂用铁素体钢韧脆转变区参考温度T。的测试方法。 本标准适用于核电厂用规定屈服强度大于或等于275MPa至825MPa的铁素体钢，以及经过消除应 力退火、与母材强度失配不超过10%的焊缝金属的参考温度T.的测定。 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。凡是不注日期的可用文件， 其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 金属材料 夏 摆锤冲击 （ISO148-1:2006，MOD) GB/T229 2007 金属材料 GB/T4161 平面应变 提韧度Kle试验方法（ISO12737:2005，MOD） GB/T8170 数值修约规则 与极限数值的 示和判定 GB/T12160 单轴试验用 伸计的标定 SO9513:1999，IDT GB/T16825.1 静力单轴试 验机的检验 第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校 准（ISO7500-1:2004， IDT) GB/T21143 2007 金属林 准静态断裂韧度的统一试验方 法（ISO12135:2002，MOD） 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3. 1 铁素体钢 ferritic steels 本标准所指的铁素体钢一般是碳钢、低合金钢，或高合金 典型的微观组织是铁素体和珠光体， 也可以是贝氏体、回火贝氏体、回火马氏体，具有体心立方晶格，其断裂韧度呈现韧脆转变的特征。 注1：本术语和定义也见GB/T229。 注2：本定义并不意味着所有可能类型的铁素体钢已按本试验方法进行 分析验证。 3. 2 韧脆转变ductile-to-brittle transition 随着温度下降，铁素体钢的断裂机理表现山强烈的变化：由延性断裂（孔洞萌生，长大聚合机制） 转变为脆性断裂机制（穿晶解理）。这种韧脆转变发生在相对较小的温度范围内。在这个温度范围内， 几十摄氏度的温度变化也可能导致材料中值断裂韧度有数倍的变化。此外，即使在同一温度下测得的断 裂韧度数据也呈现高度的分散性。 3. 3 解理断裂cleavagefracture 解理断裂是在正应力作用产生的一种穿品的脆性断裂，即断裂面沿一定的品面（即解理面）分离。 解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和应力集中常促使解理断裂的发生。 面心立方金属很少发生解理断裂。 3. 4 I NB/T20292—2014 弹塑性elastic-plastic 解理起裂时的积分。 3. 5 弹塑性断裂韧度KJeelastic-plastic Kc 由J.通过式(1)转换得到的弹塑性等效应力强度因子。 E (1) 式中： E弹性模量； 一泊松比。 3. 6 累积失效概率cumulativefailureprobability R 从同一试验温度下大量试样中随机选择一个试样，当加载载荷达到特定的K时及达到此K。之前发 生失效的概率。 3. 7 K的韦布尔分布WeibuildistributionofK 三参数的韦布尔模型被用来描述在同一温度下K和累积失效概率P之间的关系，如式(2)所示： P, =1-exp(-[(Ke - Kmin) /(K。- Kmn)°). .(2) 式中： Kmin—取20MPam; b- 一韦布尔斜率，取4。 3. 8 韦布尔分布的尺度参量Weibullscaleparameter Ko 式(2)中K为韦布尔分布的尺度参量，对应于63.2%的累积失效概率，即当P=0.632时，Kj=Ko。尺 度参数K,通过极大似然法对一组断裂韧度数据拟合得到，见第10章的式(20)及式(21)。 3. 9 中值断裂韧度 mediantoughness Kic(med) 同一温度下一组断裂韧度K数据的中值，对应50%的累积失效概率，可根据式(3)，由K来确定 K Jc(med) = Kmin +(K。- Kmin)[ln(2)}l/4 , MPa/m . (3) 式中： Kmm取20MPam。 3.10 断裂韧度主曲线MasterCurveoffracturetoughness 2 NB/T20292—2014 韧脆转变温度区的断裂韧度Kj数据随温度变化的曲线的形状与ASMEKic和KrR下包络设计曲线相 似。在本方法中，1T尺寸试样(见“第4章符号和说明”中的nT说明)的中值断裂韧度KJc(med)和试验温度T 的关系曲线称为断裂韧度主曲线，可用式（4)描述： Kjc(med) =30+ 70exp[0.019(T-T,)], MPa m. 式中： 试验温度，单位为摄氏度（℃）； T- To- 一参考温度，单位为摄氏度（℃） 3.11 参考温度reference temperature To 1T尺寸试样的Kjemed)等于100MPa/m时的试验温度。 3.12 容许失效边界 tolerance bounds 给定累积失效概率 P下的断 裂韧度-温度 邮线，例如！ 2%容许失效边界，以KJec(0.02)表示，即为 2%累积失效概率时的断裂韧度 K随温度T变化的临界线（见式(25)）。 3.13 审定过程 censoring prod cedur 审定过程是指： a)各断袭 度K试验值的有效性判定：b）无效断裂韧度并不完全舍弃，而是用某 些断裂韧度上限值（称为虚拟 韧初度值，dummyKje)替代的过程，然后将这些替代的Kje数据和有效 Kje数据一起共同用于统计分析求解To。 3. 14 裂纹突进 pop-in 在试验的载荷位看 移曲线上 出现不连续的情况 注：裂纹突进（pop- ）事件 常是可以听得见的，是突然发生解理断裂起裂然后止裂的事件。试验记录的载荷位 移曲线上该处显 出随着位移的增加，载荷略有下降 但试样并未完全断裂 在这之后，试验记录的载荷与位 移继续增大 4符号和说明 本标准采用的符号和说明见表1。 和说明 符号 单位 说明 K MPaVm 应力强度因子 Kmar MPaVm 预制疲劳裂纹时的最大应力强度因子 Kr MPaVm 预制疲劳裂纹扩展最后阶段的应力强度因子K的最大值 Kieaa MPaVm 发生慢稳定裂纹扩展的断裂韧度最大限定值 J积分，围绕着裂纹前缘，从裂纹的一侧表面到另一侧表面的线积分或面积分，用以表征裂 J kJ/m² 纹前缘区域的局部应力应变场的强度 Jie kJ/m² 延性断裂韧度，裂纹开始稳定扩展时J的工程估计值 3 NB/T20292——2014 表1(续) 符号 单位 说明 E MPa 试验温度下的弹性模量 Ee MPa 有效弹性模量 v 泊松比 - 基于J积分变形理论，关联施加在试样上的塑性功与裂纹扩展阻力的无量纲参量 n - ao mm 初始裂纹长度 Aape mm 从机加工缺口开始扩展的预制疲劳裂纹扩展的平均长度 Dar mm 预制疲劳裂纹扩展最后阶段长度 W mm 试样宽度 bo mm 初始韧带长度=W-ao s mm SE(B)试样的跨距，见GB/T21143—2007图10 B mm 试样厚度 BN mm 试样净厚度，对于侧面开槽的试样，两侧缺口根部之间的试样净厚度 定义试样尺寸的代号，n值表示2.54mm（1in）的倍数，例如0.5T试样的厚度B为1.27mm nT (0.5 in) Au mm/s 加载线位移速率 Too 采用本标准试验方法计算的T。暂定值。如果满足所有的有效性判定标准，则To=Too 通过不符合本测试方法要求的试样或试验，或在两者都不符合本标准的情况下，得到了一组 To Ky数据。此时，对应于Kic(med)=100MPaVm的温度被定义为To，T。不是T。的暂定值。 MPa/m/s 施加的应力强度因子的增量的速率 Kmax MPa/m 预制疲劳裂纹的应力强度因子K的最大值 Kr MPaVm 预制疲劳裂纹最后阶段的应力