中华人民共和国国家生态环境标准 HJ 1201—2021 放射性物品运输容器防脆性断裂的安全 设计指南 Guidelines for the safe design of packaging for radioactive material against brittle fracture 本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。 2021-11-13 发布 2021-12-01实施 生 态 环 境 部 发 布 HJ 1201—2021 i 目 次 前 言 ................................................................ ................................ ................................................................ . ii 1 适用范围 ................................ ................................................................ ................................ ........................ 1 2 规范性引用文件 ................................ ................................ ................................................................ ............. 1 3 术语和定义 ................................ ................................................................ ................................ .................... 1 4 防脆性断裂设计方法的选取 ................................................................ ................................ ......................... 2 5 防脆性断裂评价免除条件 ................................................................ ................................ ............................. 2 6 用无塑性转变温度等材料韧性指标评价铁素体钢的方法 ................................................................ ......... 2 7 利用断裂力学理论评价抗断裂性能的方法 ................................ ................................................................ . 6 HJ 1201—2021 ii 前 言 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》 《中华人民共和国放射性污染防治法》 《中华人民共和国核安 全法》，防治放射性污染，保障人体健康，保护生态 环境，规范放射性物品运输容器防脆性断裂的安全 设计工作，制定本标准。 本标准规定了放射性物品运输容器的防脆性断裂安全设计评价方法，是与《放射性物品安全运输规 程》 （ GB 11806 ）相配套的标准。 本标准为首次发布。 本标准由生态环境部辐射源安全监管司、法规与标准 司组织制订。 本标准起草单位：中机生产力促进中心、中国核电工程有限公司。 本标准由生态环境部 2021年11月13日批准。 本标准自 2021年12月1日起实施。 本标准由生态环境部解释。 HJ 1201—2021 1 放射性物品运输容器防脆性断裂的安全设计指南 1 适用范围 本标准规定了放射性物品运输容器防脆性断裂的安全设计评价方法。 本标准适用于铁素体钢、奥氏体不锈钢、球墨铸铁等金属材料制造的放射性物品运输容器包容系统 的防脆性断裂设计，非包容系统的防脆性断裂设计可参照执行。 2 规范性引用文件 本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。 凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。 GB 11806 放射性物品安全运输规程 GB 150 压力容器 GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法 GB/T 4161 金属材料 平面应变断裂韧度 KIC试验方法 GB/T 5482 金属材料动态撕裂试验方法 GB/T 6803 铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法 GB/T 8363 钢材 落锤撕裂试验方法 GB/T 21143 金属材料 准静态断裂韧度的统一试验方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 无塑性转变温度 nil-ductility transition temperature 按照落锤试验标准方法进行试验时，落锤试样断裂时的最高温度，用 TNDT表示。 3.2 断裂韧度 fracture toughness 通常指准静态单一加载条件下的裂纹扩展阻力的通用术语 ，用 KIc表示。 3.3 动态断裂韧度 dynamic fracture toughness 表征材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料在动态加载下韧性好坏的一个定量指标，用 KId表示。 3.4 应力强度因子 stress intensity factor 均匀线弹性体在特定的裂纹扩展类型下理想裂纹尖端应力场的幅值 ，用 K表示。 3.5 屈服强度 yield strength 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而力不增加时的应力。应区分上屈服强度和 HJ 1201—2021 2 下屈服强度。上屈服强度用 ReL表示，下屈服强度用 ReH表示。屈服强度通常是指准静态 加载速率下测 得的下屈服强度。 3.6 动态屈服强度 dynamic yield strength 动态加载速率（如冲击）下测得的屈服强度，用 σyd表示。 3.7 净截面应力 net section stress 净截面上的平均应力。净截面等于总体截面（毛截面）减去截面中孔洞面积。 4 防脆性断裂设计方法的选取 4.1 为满足运输容器在 GB 11806 规定的正常运输条件和运输事故条件下放射性物品运输的安全要求， 限制外部辐射，确保对放射性物品的包容，并防止核临界 ，放射性物品运输容器在货包设计 时应防止脆 性断裂。 4.2 设计者可选用下述任何一种方法进行防脆性断裂设计评价： 第一种方法为通过选用材料免除防脆性断裂评价，其免除条件为选用在要求的使用温度范围内（包 括低至-40 ℃）能够保持延性和韧性比较高的材料。 第二种方法为通过测试无塑性转变温度等材料韧性指标评价铁素体钢的抗断裂性能 。 第三种方法为 利用断裂力学理论评价 结构的抗断裂性能。 前两种方法是仅基于材料试验要求的准则，需证明某些材料参数（如冲击吸收能量）若不低于其许 用值，则该材料具有良好的韧性。第三种方法基于断裂力学方法，适用 于所有材料，需证明计算的运输 容器包容系统的应力强度因子与测定的材料断裂韧度之间存在足够的裕度。 4.3 在实际工作中可以采用其他的替代方法，但应论证其合理性。 5 防脆性断裂评价免除条件 5.1 设计选用材料时，选用在 GB 11806 规定的正常运输条件和运输事故条件下，在要求的使用温度范 围内 （包括低至 -40 ℃） 能够保持较高延性和韧性的材料， 例如奥氏体不锈钢， 可免除防脆性断裂评价。 5.2 对铸造奥氏体不锈钢，不能免除其防脆性断裂评价，需通过 6.2所述的力学试验证明其具有足够 的延性和断裂韧性。 6 用无塑性转变温度等材料韧性指标评价铁素体钢的方法 6.1 概述 确定无塑性转变温度的基础是确定某一温度，在此温度下进行标准落锤试验时，焊接接头处不会出 现脆性断裂。 6.2提供了基于冲击吸收能量或侧膨胀值评价铁素体钢的方法， 6.3提供了基于无塑性转变 温度评价铁素体钢的方法，可采用任意一种。本方法适用于运输容器用母材的评价，也适用于焊缝和热 影响区的评价。 6.2 用冲击吸收能量或侧膨胀值作为验收指标的评价方法 对于铁素体钢（含螺栓） ，已建立大量的冲击吸收能量（夏比 V型缺口冲击试验）与断裂韧度关系 的数据库，冲击吸收能量可作为材料韧性的间接指标。其基础是确定无塑性转变温度方法，验收准则是 HJ 1201—2021 3 在规定温度下夏比 V型缺口冲击试验测得的冲击吸收能量 (或者侧膨胀值 )