附件5：CSTM標準光滑試樣在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生試驗方法編制說明（征求意見稿/送審稿/報批稿）標準編制組2021年7月工作簡要過程，來源及主要參加單位和工作組成員1.1工作簡要過程（1）總體過程本標準的制定過程主要分為前期準備、初稿編寫階段、征求意見稿編寫階段。（2）前期準備（2019年9月-2019年12月）主要任務是成立標準編制小組，分解工作任務、文件收集和調研分析、明確標準編制的進度控制。在前期準備階段成立標準編制小組和明確工作任務后，首先消化吸收上海交通大學編制的相關技術條件；收集了國標（GB）和能源標準（NB）有關的檢測、檢驗標準，并對上述所有標準進行了研究和分析，確立編制標準的構架以及技術內容。根據核電標準體系研究的前期工作分析結果，確定了本標準編制的進度安排。（3）初稿編寫（2020年1月-2020年8月）在上述調研分析的基礎上同時結合國內實際情況，起草了本標準的初稿。（4）征求意見稿編寫（2020年8月-2020年10月）初稿完成后，在具體章節編寫過程中，對于標準內容的定位和合理安排問題主編單位向各參編單位征求了相關意見。并對反饋意見主編單位內部進行多次反復討論和修改，最終形成本標準征求意見稿。標準征求意見稿編制期間主要工作如下：2020年8月19日于上海主編單位上海交通大學就本標準初稿向部分專家征求了修改意見，對初稿進行了部分修改及完善。1.2來源及主要參加單位和工作組成員本標準經過中國材料與試驗團體標準委員會（以下簡稱：CSTM標準委員會）金屬材料腐蝕與防護領域委員會審查，CSTM標準委員會批準CSTM標準《光滑試樣在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生試驗方法》立項，標準項目歸口管理委員會為CSTM/FC92金屬材料腐蝕與防護領域委員會，該標準（中文版）立項編號為CSTMLX920000737-2021，標準（英文版）立項編號為CSTMLX920000737-2021E，計劃于2022年6月完成本項目。本項目由上海交通大學牽頭主編，蘇州熱工研究院有限公司、東北大學和西北工業大學為參編單位。本標準編制組成員情況詳見表1。表1：標準編制組成員名單序號姓名單位職務/職稱負責編寫內容1汪家梅上海交通大學博士后編制全文2郭相龍上海交通大學副教授審核全文3陳凱上海交通大學博士后審核全文4張樂福上海交通大學研究員審定全文5薛飛蘇州熱工研究院有限公司高級工程師審定全文6彭群家蘇州熱工研究院有限公司高級工程師審核全文7梅金娜蘇州熱工研究院有限公司高級工程師審定全文8韓姚磊蘇州熱工研究院有限公司工程師審核全文9張濤東北大學教授審核全文10杜東海西北工業大學副教授審核全文標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則2.1標準化對象簡要情況試驗方法的水平及使用情況，試驗設備及儀器情況本標準采用光滑拉伸試樣結合直流電壓降（DCPD）技術在高溫高壓水中在線監測應力腐蝕裂紋萌生行為，獲得定量的裂紋萌生時間數據；對核電結構材料應力腐蝕失效定量化評價數據的產出、開裂機理的揭示、核電安全的保障、設備壽命的預測和運行維護成本的降低等都具有重要意義。所獲得關鍵數據已在華龍一號、CPR1000等核電機組設計和安全論證中得到應用。試驗方法的水平及使用情況，試驗設備及儀器情況其中，直流電壓降（DCPD）技術對裂紋擴展行為在線監測已在ASTM標準《ASTME647-11StandardTestMethodforMeasurementofFatigueCrackGrowthRates》中得到標準化應用。試樣制備和要求可參考《GB/T15970.7-2000金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗》和《ASTMG129-00(2013)StandardPracticeforSlowStrainRateTestingtoEvaluatetheSusceptibilityofMetallicMaterialstoEnvironmentallyAssistedCracking》等現行標準。標準中試驗所涉及的拉伸設備、信號采集儀表、高溫高壓水回路的水化學監測儀表等均采用標準化商用儀器儀表。2.2制修訂標準的原則（1）制修訂標準的依據或理由；目前，核能約占全世界能源的13%，在全球變暖的嚴峻形勢下，由于具有零碳排放的優勢，核能正逐漸重新獲得世界各國的青睞。截止到2011年，全世界已有435個核電運行機組，總發電功率達到370GWe，此外還有108個在建核電機組(總功率108GWe)。發展核能已成為世界各國、尤其是發展中國家的重要能源戰略目標之一。截止到2017年12月31日，我國投入商業運行的核電機組共37臺，裝機容量35.8GWe，2017年核能發電量占比3.94%。目前，我國在建機組為17臺，并且每年將批準新建4-6個機組，按照這個發展趨勢，預計在2035年，中國將成為全球最大的核電國。我國核電建設起步晚，平均堆齡為7.2年，但于上世紀九十年代投運的秦山一期和大亞灣共三個機組已經面臨著許可證延續的挑戰，老化管理和壽命預測也逐漸成為國內核電機組面臨的重要問題。壓力邊界主設備，如壓力容器、蒸汽發生器和主管道等，在長期運行過程中逐漸老化，評估其應力腐蝕性能是這些設備完整性評價的重要內容。因此，深入研究核電結構材料應力腐蝕開裂行為及失效機理對于保障核電安全、設備壽命預測和降低運行維護成本等都有著重要的意義。為填補國際標準空白，本課題組結合自主研制的多軸多試樣恒載荷應力腐蝕裂紋萌生試驗裝置，采用直流電壓降（DCPD）法，監測裂紋萌生時間，研究恒載荷下的材料應力腐蝕裂紋萌生性能，在大量的試驗數據支持下，提出《光滑試樣在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生試驗方法》，為設計者和使用者提供更新一代的標準。通過本標準的制定，可以規范核電設備用金屬材料在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生在線測量方法，促進國內相關科研機構間測試方法和試驗結果的規范性、通用性、一致性以及可靠性；對核電結構材料應力腐蝕失效定量化評價數據的產出、開裂機理的揭示、核電安全的保障、設備壽命的預測和運行維護成本的降低等都具有重要意義。（2）制修訂標準的原則。（1）合規合法性本標準的制定符合國家現行有關法律、法規和政策。（2）科學合理性本標準的制定和對試驗的各項規定均需符合科學規律，具有科學合理性。（3）先進性本標準的制定有利于促進技術進步和科技發展，反映了本行業的具體情況和未來發展方向，充分論證與界定了標準的適用范圍，其技術水平為國內領先、國際先進水平。（4）通用性標準的制定主要為了規范核電設備用金屬材料在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生在線測量方法，促進國內相關科研機構間測試方法和試驗結果的規范性、通用性、一致性以及可靠性。（5）規范性本標準制定時嚴格遵循GB/T1.1-2020《標準化工作導則》規定，文字表達力求準確簡明，內容嚴謹合理。標準主要內容確定的論據本標準主要內容確定的論據：本標準按照GB/T1.1-2020標準規定的結構、格式和表達方式編輯；基本物理概念表示方法，考慮測試方法的規范性、統一性以及使用習慣；在測試方法使用的可指導性方面，規定了核電設備用金屬材料在高溫高壓水中進行應力腐蝕裂紋萌生時間定量測量試驗的適用范圍、試樣制備和要求、試驗原理、儀器、設備、關鍵試驗步驟、試驗結果觀察及評定和試驗報告等；本標準主要內容：本標準采用光滑拉伸試樣結合直流電壓降（DCPD）技術在高溫高壓水中在線監測應力腐蝕裂紋萌生行為，獲得定量的裂紋萌生時間數據；規定了試驗適用范圍、試樣制備和要求、試驗原理、儀器、設備、關鍵試驗步驟、試驗結果觀察及評定和試驗報告等在本標準編寫過程中，參考了《GB/T15970.1金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第1部分：試驗方法總則》、《GB/T15970.6金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第6部分：恒載荷或恒位移下預裂紋試樣的制備和應用》、《GB/T15970.7-2000金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗》、《ASTME647-11StandardTestMethodforMeasurementofFatigueCrackGrowthRates》、《ASTME399-06StandardTestMethodforLinear-ElasticPlane-StrainFractureToughnessKICofMetallicMaterials》、《ASTMG129-00(2013)StandardPracticeforSlowStrainRateTestingtoEvaluatetheSusceptibilityofMetallicMaterialstoEnvironmentallyAssistedCracking》中關于裂紋萌生試驗的相關規定，結合自主研制的多軸多試樣恒載荷應力腐蝕裂紋萌生試驗裝置，采用直流電壓降（DCPD）法，監測裂紋萌生時間，研究恒載荷下的材料應力腐蝕裂紋萌生性能，在大量的試驗數據支持下，提出《光滑試樣在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生試驗方法》。具體技術內容說明如下。高溫高壓水環境應力腐蝕/腐蝕疲勞實驗系統應包括伺服加載系統、水化學控制回路、高壓釜、加熱及溫度控制器、信號采集與集成控制軟件系統。伺服加載和計算機應能夠實現交互控制。可以實現電腦控制的載荷加載方式，至少要有20kN的拉伸載荷，試驗機至少能夠達到1E-7～1mm/s的加載速率范圍，以適應裂紋萌生試樣的不同加載要求。一般采用可調流量的高壓計量泵為高壓釜系統提供壓力和介質流量。高壓計量泵的流量應與高壓釜容積相匹配，控制高壓計量泵流量的目標是保證高壓釜內的水質恒定、且為可控的目標值。對于模擬壓水堆核電廠一、二回路的一般環境情況下，應至少保證高壓釜內換水率大于2次/小時，即高壓泵每小時的流量大于高壓釜的容積，在較純凈水質工況要求下，建議高壓釜換水率大于4次/小時。由于長期的試驗過程中，環境溫度的波動對電極的熱電勢以及儀器設備的測量精度有影響。實驗設備系統建議安裝在室內溫度比較穩定的實驗室中，有條件時建議安裝恒溫空調系統，以減小室內溫度波動對精密儀器測量精度的影響。對于應力腐蝕裂紋萌生試驗，國內外普遍采用標距段光滑的圓棒狀或片狀拉伸試樣。試樣的取樣、形狀尺寸推薦參照GBT15970.7-2000標準，實際可以根據材料尺寸限制和試驗目的進行適當調整。為保證試樣標距段表面的均勻一致性，通常采用打磨拋光試樣進行試驗。通常裂紋萌生試驗采用恒應力加載方法，加載載荷通常選取0.6~1.2倍屈服強度。通常屈服強度隨溫度會發生顯著變化，必須采用試驗溫度下的屈服強度。對于腐蝕性較強的環境，需要預先在試驗介質中進行拉伸試驗，獲得應力-應變曲線和相應溫度下的屈服強度。通常對于恒載荷裂紋萌生試驗，可選用彈簧加載和獨立拉伸機加載的方式進行，彈簧加載裝置簡單，無需獨立拉伸機，但試驗過程中載荷波動較大，推薦使用獨立拉伸機進行載荷的維持。根據事先獲得的屈服強度，計算每根拉伸軸需要提供的載荷，緩慢（建議低于0.01mm/s）加載至目標載荷，記錄相應的應力-應變曲線，同時打開DCPD測量系統，進行電位監測，實時計算參比應變。一旦發現電位或參比應變發生顯著增加，表明試樣標距段出現萌生裂紋，此時應在較短時間內停止試驗，取出試樣進行SEM形貌觀察，根據裂紋分布情況結合DCPD曲線確定裂紋萌生時間。主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論證，預期的經濟效果等。高效、定量獲取核電壓力邊界材料應力腐蝕開裂裂紋萌生時間參數是本標準的主要目的。為起草本標準，標準編制組進行了大量試驗驗證工作，各參與單位分工負責反應堆一、二回路中多種牌號結構材料的應力腐蝕開裂裂紋萌生行為及裂紋萌生時間數據測試工作，在上海交通大學自主研發設計的高溫高壓水應力腐蝕開裂裂紋萌生試驗機上開展試驗研究工作，充分驗證標準中給出的測試方法的通用性和合理性，從而按照本標準的編制原則和要求，形成高溫高壓水環境中不同金屬材料的裂紋萌生時間數據的試驗方法、步驟、結果觀察及評定等要素。通過試驗獲取主要反應堆材料在一回路高溫高壓水環境下的應力腐蝕裂紋萌生和擴展規律，澄清了其應力腐蝕裂紋萌生和擴展的機理問題，一方面可用于現役設備的壽命預測，完善核級設備老化管理體系，另一方面也將為新型材料的開發應用論證提供標準化手段。顯然，該項技術預期可引領長壽命免/少維護反應堆的主流發展方向，有望轉入“十四五”預研/國家安全重大基礎研究項目繼續開展研究。標準試驗所形成的反應堆材料的應力腐蝕裂紋萌生數據和預測模型在現有核電關鍵材料中的應用將有利于保障核電站的安全可靠運行，減少非計劃停堆，創造巨大的經濟效益。據測算，1臺百萬千瓦機組非計劃停堆一天將造成1000萬元人民幣的經濟損失。另外，通過項目的實施，既可以培養一批具有材料服役行為評價與預測新思想和新理念，掌握新模式和新方法，富有創新精神和協同創新能力的高素質核電人才隊伍；也可以向公眾普及核電知識，提高公眾對核電的認識，為核電建設營造良好的社會環境。與有關的現行的方針、政策、法律、法規和強制性標準的關系。與相關法律法規的協調關系。《光滑試樣在高溫高壓水中多通道應力腐蝕裂紋萌生試驗方法》系列標準滿足核安全法規（HAF）、核安全導則（HAD）。與相關標準的協調關系。目前國內外并無統一的裂紋萌生試驗標準。GB10126-88《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應力腐蝕試驗方法》以恒變形方法，采用U型彎曲試樣和C型環試樣，評價奧氏體不銹鋼、鐵鎳基合金、鎳基合金在高溫水中應力腐蝕破裂敏感性。該試驗方法簡單、操作方便、費用較低，但應力狀態不明確，一旦發生應力松弛，即試驗過程中裂紋萌生，試樣加載時所儲存的彈性應變能會部分或全部轉變為塑性變形得以釋放，導致已有裂紋擴展緩慢或者停止，對試驗結果有顯著影響。G