《石墨抗拉强度检测 劈裂拉伸法》编制说明

CSTM标准《石墨抗拉强度检测劈裂拉伸法》编制说

明

一、标准编制说明内容一般应包括：

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；

人造石墨广泛应用于核设施构件，作为慢化剂、反射层、

堆芯结构材料和熔盐流道。这些构件在高温、强辐射环境下

服役，评价其辐照和氧化后的抗拉强度对于反应堆的设计和

安全评估十分重要。用传统试验方法如ASTMC749或者DIN

51914获取石墨的抗拉强度，需要较大的试样，而辐照仓和

氧化设备往往空间有限，难以大量进行人造石墨的辐照和氧

化处理，这就给获取辐照和氧化之后的人造石墨抗拉强度造

成很大困难。劈裂拉伸法获取人造石墨的抗拉强度，所需要

的试样尺寸小，可以很好适应辐照仓和氧化设备的空间。本

标准的制定可以指导和规范人造石墨劈裂拉伸试验，很方便

地测试辐照和氧化后核石墨的抗拉强度，同时使得国外内开

展的石墨抗拉强度试验结果能够相互参考和借鉴，可以提高

资源利用率，避免重复试验。本标准应用于其他人造石墨应

用领域，也可以大量节约试验材料。

主要参加编制单位包括中国科学院上海应用物理研究

所，贵州大学，成都方大炭炭复合材料股份有限公司,清华

大学，中国核电工程有限公司，中山大学。

工作组成员包括曾广礼，熊东波，周伯谋，陈红鸟，李

虓，苏启晖，赵世贵，黄庆，王晚霞，王佳敏,孙立斌，史

力，贺楷，马显锋。

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则。

（1）标准化对象简要情况

《石墨抗拉强度检测劈裂拉伸法》主要用于测试石墨

材料的抗拉强度。抗拉强度是石墨材料的一个基本的材料

参数。用于评估石墨构件的设计安全性以及寿命评估。在

核反应堆中，这一性能尤为重要。

（2）制修订标准的原则

本标准在制定过程中，注重标准制定与技术创新、试验验

证相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标

准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原

则来进行本标准的制定工作。

3、请说明制修订标准与相关现有标准的主要区别，并填写下

方主要参数对比表。若采用了国际标准和国外先进标准，应

当详细地说明采用该标准的目的、意义，采用标准程度及理

由，或与测试的国外样品的有关数据对比情况等。

美国材料实验协会（ASTM）标准D8289Standardtest

methodfortensilestrengthestimatebydisc

compressionofmanufacturedgraphite是为了解决石墨测

试抗拉强度困难提出的国际标准。是由上海应用物理研究所

的曾广礼研究员编写出来的，是世界首创。

（1）请根据实际情况填写主要参数对比表，可适当添加或删

减此表。

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

标准号本标准ASTMD8289-20

石墨抗拉强度Standardtestmethodfortensilestrength

标准名称检测劈裂拉estimatebydisccompressionof

伸法manufacturedgraphite

范围针对人造石墨针对核石墨

原理劈裂拉伸法劈裂拉伸法

样本直径≥

10mm样本直径≥6mm

制样要求

试样数≥10试样数≥6个

个

文字表达方式

试验条件

不同

文字表达方式

不同

仪器设备

增加仪器设备

校准内容

试剂材料不适用不适用

文本结构不

同，

样品尺寸和数

试验方法

量不同

增加试验质量

控制内容

文字表达方式

试验结果

不同

试验有效裂纹从中心开

裂纹从中心开始扩展

性判断始扩展

无法比对

．．．．．

注：若和相关标准差异较大，无法进行比对，请在“无法比对”行说

明无法比对的具体原因和主要差异。

（2）若采用了国际标准和国外先进标准，请详细说明：

近些年来，第四代核反应堆成为未来发展的主要堆型。

在四代堆的高温气冷堆以及熔盐堆中，核石墨都是不可或缺

的中子慢化体和反射体材料。这两种堆的寿命、经济性及安

全性都受制于核石墨的发展。为推进四代堆的发展，近年来

世界主要发达国家都在努力发展新一代核石墨材料，比如

IG110和IG430（日本东洋碳素），NBG18和NBG17（德国西

格里），PCEA和PCIB（美国GrafTech）等。其中部分核石墨

牌号实现了工程应用（例如：我国山东石岛湾的球床模块式

高温气冷堆（HTR-PM）核电站采用了日本的IG110核石墨）。

为在核能技术上不受国外限制，同时降低反应堆建设成本，

国内企业（兰州碳素、成都碳素及中钢新型）联合清华大学、

中国科学院上海应用物理研究所开发了多款石墨牌号，并尝

试开展了快中子辐照实验，获取中子辐照后拉伸性能，该性

能是核石墨进堆的先提条件。中子辐照实验具有辐照仓体积

小，价格昂贵的特点。国外的核石墨材料经过多年的试验和

大量投资，中子辐照后的性能数据完整，扫清了工业应用上

的障碍。而新型国产核石墨由于起步较晚，投入不足，中子

辐照后的性能数据缺失，难以在工业上应用。如何快速获取

核石墨材料中子辐照后的性能数据，降低试验成本，成为了

新型国产化石墨走向工业应用，替代进口石墨，抢占国际市

场的关键。

上海应用物理研究所的曾广礼研究员开创性地利用劈裂

拉伸法获取人造石墨拉伸强度，高效低成本地获得了可替代

传统方法获得的拉伸数据。其方法在美国和欧洲国家的石墨

专家在国际会议中讨论时，得到多国专家的认同。为了抢占

制高点，所以决定首先申请国际标准（ASTMB8289-

19“Standardtestmethodfortensilestrength

estimatebydisccompressionofmanufactured

graphite”），再将标准引入国内，以应对激烈的国际竞争，

希望发表这CSTM标准能把国际标准在中国得到推广。为以

后建立更多的中国的核石墨标准奠定基础。

为了确认劈裂抗拉强度测试标准测定的石墨抗拉强度的

与传统方法测定的抗拉强度的一致性，分别用本标准和德国

DIN51914-2009《Testingofcarbonaceousmaterials-

Determinationoftensilestrengthsolidmaterials》、

美国ASTMC749-08《StandardTestMethodforTensile

Stress-StrainofCarbonandGraphite》测定相同牌号材

料的抗拉强度，并比较其最大值，最小值，平均值，标准方

差。

抗拉强度劈裂拉伸ASTM大拉伸ASTMC749-08哑铃型DIN

测试标准D8289-1951914-

2009

有效判据中间起裂平行段断裂中间断裂

有效数据4346（Total48）103

均值23.123.024.6

最大值25.426.627.3

最小值18.418.819.6

样品标准1.3551.751.61

方差

比较不同测试标准测量得到的抗拉强度各个特征值，判定

劈裂抗拉强度测定结果均值与抗拉强度测定结果基本一致。

劈裂抗拉强度测定结果样本标方差远小于大拉伸抗拉和哑

铃型抗拉强度，表明劈裂抗拉强度测定结果均匀优于大抗拉

强度测定标准和哑铃型抗拉强度测定标准。

4、标准主要内容（包括牌号、成分、性能指标、型号、各种

参数、公式、试验方法、检验规则等）确定的论据（包括试

验、验证、统计数据等），修订标准时，应列有新旧标准的对

比分析。

试验设备是保证试验数据的准确性和可靠性的重点。标

准对试验设备的类型、功能和精度以及部分使用方法进行了

规定。重点讲述夹具装置设计及尺寸（见图1和表1）。

图1夹具示意图

表1:夹具尺寸

名称夹具尺寸/mm

样品直径/mm101520

R57.510

L1171717

L2555

L31.51.51.5

L4121212

W1303030

W2101010

W3101010

W42.593.885.18

W512.5113.1713.83

W6555

a30°30°30°

b15°15°15°

5、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论

证，预期的经济效果等。

由中国科学院上海应用物理研究所、美国爱达荷州国家

实验室、美国橡树岭国家实验室、英国国家核实验室,NRG多

家试验室共同进行了人造石墨的抗拉强度试验，本节列举了

部分试验结果和分析，包括依据本标准进行的试验以及为了

对比本标准试验结果与传统抗拉强度试验结果而进行的依

据ASTMC749的抗拉强度试验。

图2是在美国爱达荷州国家实验室开展的NBG-18石墨

材料抗拉强度试验。该试验依据ASTMC749测量了NBG-18的

抗拉强度，同时依据本标准，选择了不同尺寸的试样进行试

验。从图2可以看到，依据本标试验获得的抗拉强度与ASTM

C749获得的抗拉强度是很接近的。

上海应用物理研究所分别依据ASTMC749和本标准对不

同型号石墨进行了抗拉强度试验，结果如图3所示。试验结

果表明，依据两个标准获得的抗拉强度不存在大的偏差。

图4是六个实验室依据本标准测试相同石墨材料抗拉强

度的试验结果。各个试验室之间的试验结果偏差较小。这表

明依据本标准进行试验获得的结果可重复性、再现性较好，

分散性较低。

利用有限元分析表明，经辐照收缩后的核石墨样品仍然

可以利用本标准进行抗拉强度试验（见图5）。

图2、美国爱达荷州国家实验室对不同石墨样本尺寸作对比

验证

图3、上海应用物理研究所应用在不同石墨品牌和C749的

对比

图4、ASTMInterlaboratorytest

图5、上海应用物理研究所对样本作理论分析在不同辐照剂

量下

6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的

关系。

本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致。

7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据。

无

8、标准水平建议，预期的社会经济效果。

本标准的制定，一方面解决了获得辐照和氧化石墨抗拉

强度的困难，有利于核石墨工业的发展；另一方面规范了相

关数据的获取，使得国外内开展的石墨抗拉强度试验结果能

够相互参考和借鉴，可以提高资源利用率，避免重复试验，

促进相关领域发展。另外，虽然制定本标准的出发点在于测

量辐照、温度对抗拉强度的影响，但是该方法也可是直接用

于正常工况下石墨材料的抗拉强度测量，可以大量的节约试

验材料。

9、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、

过渡办法等内容），根据国家经济、技术政策需要和该标准

涉及的产品的技术改造难度等因素提出标准的实施日期的

建议。

无

10、废止有关标准的建议。

无

11、标准涉及专利情况说明，包括：

1)专利发布日期、专利编号、专利权人；

2)专利处置情况；

3)专利使用许可申明和披露申明。

无

12、重要内容的解释和其它应予说明的事项。

标准编制说明书中的有关附件是编制说明的必要补充，附件

一般包括：

1）专题试验，调研报告；

2）数据收集及分析报告；

3）国内外标准水平对比分析报告；

4）试生产验证报告；

5）重大分歧意见处理报告或表格；

6）其它有必要论述问题的报告。

附件包括ASTMResearchreport:D02-1910

InterlaboratoryStudytoEstablishPrecision

StatementsforASTMD8289-19TestMethodforTensile

StrengthEstimatebyDiskCompressionofManufactured

Graphite

CSTM标准《石墨抗拉强度检测劈裂拉伸法》编制说

明

一、标准编制说明内容一般应包括：

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；

人造石墨广泛应用于核设施构件，作为慢化剂、反射层、

堆芯结构材料和熔盐流道。这些构件在高温、强辐射环境下

服役，评价其辐照和氧化后的抗拉强度对于反应堆的设计和

安全评估十分重要。用传统试验方法如ASTMC749或者DIN

51914获取石墨的抗拉强度，需要较大的试样，而辐照仓和

氧化设备往往空间有限，难以大量进行人造石墨的辐照和氧

化处理，这就给获取辐照和氧化之后的人造石墨抗拉强度造

成很大困难。劈裂拉伸法获取人造石墨的抗拉强度，所需要

的试样尺寸小，可以很好适应辐照仓和氧化设备的空间。本

标准的制定可以指导和规范人造石墨劈裂拉伸试验，很方便

地测试辐照和氧化后核石墨的抗拉强度，同时使得国外内开

展的石墨抗拉强度试验结果能够相互参考和借鉴，可以提高

资源利用率，避免重复试验。本标准应用于其他人造石墨应

用领域，也可以大量节约试验材料。

主要参加编制单位包括中国科学院上海应用物理研究

所，贵州大学，成都方大炭炭复合材料股份有限公司,清华

大学，中国核电工程有限公司，中山大学。

工作组成员包括曾广礼，熊东波，周伯谋，陈红鸟，李

虓，苏启晖，赵世贵，黄庆，王晚霞，王佳敏,孙立斌，史

力，贺楷，马显锋。

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则。

（1）标准化对象简要情况

《石墨抗拉强度检测劈裂拉伸法》主要用于测试石墨

材料的抗拉强度。抗拉强度是石墨材料的一个基本的材料

参数。用于评估石墨构件的设计安全性以及寿命评估。在

核反应堆中，这一性能尤为重要。

（2）制修订标准的原则

本标准在制定过程中，注重标准制定与技术创新、试验验

证相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标

准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原

则来进行本标准的制定工作。

3、请说明制修订标准与相关现有标准的主要区别，并填写下

方主要参数对比表。若采用了国际标准和国外先进标准，应

当详细地说明采用该标准的目的、意义，采用标准程度及理

由，或与测试的国外样品的有关数据对比情况等。

美国材料实验协会（ASTM）标准D8289Standardtest

methodfortensilestrengthestimatebydisc

compressionofmanufacturedgraphite是为了解决石墨测

试抗拉强度困难提出的国际标准。是由上海应用物理研究所

的曾广礼研究员编写出来的，是世界首创。

（1）请根据实际情况填写主要参数对比表，可适当添加或删

减此表。

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

标准号本标准ASTMD8289-20

石墨抗拉强度Standardtestmethodfo