[发明专利]一种用于反应堆压力容器钢的小冲杆测试方法

说明书

技术领域

本发明属于材料辐照效应研究技术领域，具体涉及一种用于反应堆压力容器钢的小冲杆测试方法。 

背景技术

反应堆关键部件（如：反应堆压力容器）在服役时，其材料在快中子的辐照下将造成辐照脆化，从而对反应堆运行安全造成严重的影响。而在进行反应堆压力容器（RPV）材料辐照脆化的研究时，往往会因为标准样品的尺寸过大，造成一系列的困难，如：因试验辐照孔道小而导致的试验成本高、辐照时样品温度梯度大、辐照后样品感生放射性过高等。小冲杆测试技术（SP）由于测试样品小（测试样品尺寸约为φ3×0.3mm），从而很好地解决了这一系列问题，其测试方法如下：利用小冲杆传力，冲压球仅对小薄圆片状的试样进行冲压，记录整个变形过程的样品载荷-位移曲线，然后从载荷-位移曲线中提取数据，并通过各种关系公式转换成标准样品的数据的方法。 

SP测试技术主要包括试验技术和数据标准化计算模型两个方面的内容，这两个方面的内容一直是国内外研究者对于SP研究的重要对象之一。 

在试验技术方面，由于SP测试技术是非标样测试方法，目前尚无标准规范，仅有行业内公认的几个模具尺寸参数要求。目前国际上SP的难点在于：保证其试验操作的简便可靠，以便减小放射性样品测试时的操作难度；保证其试验温度的到温速度和控制精度，以减少长时间控温对样品或装置造成的干扰（如：结霜、氧化等等）及减小温度波动。 

在数据标准化计算模型方面，目前国际上主要针对拉伸、冲击、断裂韧性等建立了一系列经验模型（文中称之为“传统模型”）。其中拉伸数据的传统模型是通过不同材料在室温下拟合而得的，其计算精度应用于反应堆压力容器材料时精度将有所降低；断裂韧性数据的传统模型是通过断 裂韧性与等效断裂应变进行间接线性拟合而得，缺乏断裂韧性理论依据。 

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种用于反应堆压力容器钢的小冲杆测试方法，该方法简便可靠，易于实现，测试结果精度高。 

本发明的另一个目的是提供一种用于反应堆压力容器钢的小冲杆测试装置，该装置结构简单，易于操作，测试成本低。 

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于反应堆压力容器钢的小冲杆测试方法，包括以下步骤： 

（1）建立低温小冲杆测试装置； 

（2）将标准样品即辐照后的反应堆压力容器钢制成厚为0.3mm的薄片作为小样品，将小样品放入小冲杆测试装置中，在20℃～-150℃的温度范围内，利用小冲杆测试装置对小样品进行持续冲压，直至小样品断裂，记录冲压过程中载荷-位移曲线； 

（3）将载荷-位移曲线中弹性段和塑性变形段切线的延长线交点所对应载荷作为屈服特征值P_y，将载荷-位移曲线中的最大载荷作为抗拉特征值P_u，然后将P_y/t₀²和P_u/t₀²与各自对应的标准样品的标准屈服强度σ_y和标准抗拉强度σ_u进行线性拟合，得到小样品的屈服特征值P_y和抗拉特征值P_u与标准样品的标准数据之间的关系： 

σ_y=0.154P_y/t₀²+339    ①， 

σ_u=0.085P_u/t₀²+198    ②， 

其中，t₀表示小样品的厚度。 

进一步，步骤（1）中，小冲杆测试装置包括加载试验机和设在加载试验机的加载位置下方的低温环境系统；低温环境系统包括低温环境炉、与低温环境炉相连的温控仪以及自上而下设在低温环境炉中的冲杆压块、上冲模和下冲模，上冲模的底面和下冲模的顶部相接触；冲杆压块的底部中心处连接有竖直朝下的冲杆；上冲模的中心轴处设有提供冲杆的行程的通 孔，上冲模的通孔中设有可移动的冲压球；下冲模的顶部中心轴处设有与上冲模的通孔同轴的样品槽，样品槽的底部设有与其同轴并贯通下冲模的中心轴的通孔。 

进一步，上冲模上设有贯通的螺丝孔，下冲模上设有与上冲模的螺丝孔对应的螺丝孔。 

进一步，上冲模、下冲模和冲杆压块呈圆柱体状，下冲模的样品槽为圆形；下冲模的样品槽的直径大于下冲模的通孔的直径，下冲模的通孔的直径大于上冲模的通孔的直径。