ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона,

модуль сдвига

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2021

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт эмерготехники имени Н.А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 «Атомная техника»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. N9 1166-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5    Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

©Оформление. ФГБУ «РСТ». 2021

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии И

Библиография

[1]    Федеральные нормы и правила Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубо-в области использования атомной проводов атомных энергетических установок

энергии НП-089-15

(2]    Сводный перечень документов по стандартизации в области использования атомной энергии

УДК 621.039:531:006.354    ОКС    27.120.99

Ключевые слова: оборудование, трубопроводы, конструкционные материалы, модуль нормальной упругости, температурный коэффициент линейного расширения

Редактор Л.В. Коретиикоеа Технический редактор И.Е. Черепкова Корректор М.И. Першина Компьютерная верстка И.А. НапвОкиной

Сдано в набор 20.10.2021. Подписано и печать 08.11 2021. Формат в0*84'/4. Гарнитура Лриап.

Уся. печ. п. 2.32 Уч. над. п. 2.10

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении е ФГБУ «РСТ» для комплектования Федерального информационного фонда стандартов. 117418 Москва Нахимовский пр-т. д. 31. к. 2. wvvw gostmfo ru infofg90slinfo.ru

Содержание

1 Область применения ......................................................... 1

2 Нормативные ссылки .................................................................1

3    Термины, определения, обозначения и сокращения....................................

3.1    Термины и определения.......................................................

3.2    Обозначения и сокращения ....................................................

4    Общие положения................................................................

5    Требования к экспериментальному определению физических характеристик конструкционных

материалов .....................................................................

5.1    Общие положения............................................................

5.2    Методы определения физических характеристик конструкционных материалов .........

Приложение А (справочное) Подразделение марок конструкционных материалов..............

Приложение Б (рекомендуемое) Физические свойства конструкционных материалов..........

Библиография........................................................................13

Введение

Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Модуль упругости, томпературный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона, модуль сдвига

Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Modulus of elasticity, coefficient of linear thermal expansion. Poisson's ratio, shear modulus

Дата введения — 2022—01—01

1    Область применения

1.1    Настоящий стандарт предназначен для применения при проведении расчетов по обоснованию прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1].

1.2    Настоящий стандарт устанавливает значения и методы определения следующих характеристик физических свойств основных конструкционных материалов (далее материалов), используемые при проведении расчетов на прочность оборудования и трубопроводов:

-    модуля упругости;

-    среднего температурного коэффициента линейного расширения:

-    коэффициента Пуассона.

-    модуля сдвига.

1.3    Применимость материалов для изготовления указанных в 1.1 оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1).

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.932 Государственная система обеспечения единства измерений. Требования к методикам (методам) измерений в области использования атомной энергии. Основные положения

ГОСТ Р 59115.1 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Термины и определения

ГОСТ Р 59115.3-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Кратковременные механические свойства конструкционных материалов

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий гад. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение. в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

Издание официальное

3    Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    конструкционные материалы (основные): Материалы в виде полуфабрикатов из сталей и сплавов, применяемые при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

3.1.2    коэффициент Пуассона: Величина отношения относительного изменения поперечного размера к относительному изменению продольного размера образца.

3.1.3    модуль упругости (модуль нормальной упругости, модуль Юнга): Физическая величина. характеризующая сопротивляемость материала упругой деформации под воздействием механических напряжений, определяемая как отношение нормального напряжения к единице относительного удлинения.

3.1.4    модуль сдвига: Физическая величина, характеризующая упругие свойства материала и его способность сопротивляться деформации сдвига, определяемая как отношение касательного напряжения к сдвиговой деформации.

3.1.5    полуфабрикат: Заготовка (лист, труба, поковка, сортовой прокат, отливка, заготовка крепежных деталей), поставляемая для изготовления деталей или сборочных единиц оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

3.1.6    средний температурный коэффициент линейного расширения: Относительное приращение длины образца, вызванное повышением его температуры от нижней до верхней границы заданного температурного интервала, отнесенное к величине этого интервала.

3.2 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

Е^т — модуль упругости (модуль нормальной упругости, модуль Юнга) при температуре Т. ГПа;

а^т — средний температурный коэффициент линейного расширения при изменении температуры с 293 К (20 °С) до температуры Т. 10^е К'¹;

G⁷ — модуль сдвига при температуре Г, ГПа:

ц — коэффициент Пуассона,

ПКД — проектная конструкторская документация.

4    Общие положения

4.1    Подразделение марок конструкционных материалов по группам (классам) приведено в приложении А.

4.2    При проведении расчетов на прочность значения характеристик физических свойств материалов следует принимать по данным документов по стандартизации, содержащим требования к физическим свойствам материалов, и'или по требованиям ПКД¹. В случае отсутствия или недостаточности в этих документах необходимых данных при проведении расчетов на прочность следует руководствоваться данными, приведенными в таблицах Б.1 и Б.2.

4.3    В таблице Б.1 приведены значения модуля упругости материалов (модуля нормальной упругости. модуля Юнга). В группы объединены материалы, выполненные из:

-    углеродистых сталей с массовой долей углерода менее 0,25 % (1-я группа);

-    углеродистых сталей с массовой долей углерода 0,25 % и более (не более 0,5 %) (2-я группа):

-    легированных сталей с массовой долей углерода не более 0.25 % и с суммарным легированием в сумме до 3 % массовой доли марганцем, кремнием, молибденом, ванадием (3-я группа);

-    15Х2МФА мод.А, 15Х2МФА-А мод.А. 15Х2МФА мод.Б (4-я группа);

-    20X1М1Ф1ТР (5-я группа);

-    низколегированных сталей с массовой долей углерода 0.25 % и более (не более 0,4 %) и с суммарным легированием до 3 % массовой доли (6-я группа);

-    высокохромистых сталей с массовой долей хрома 11 % — 14 % и суммарным легированием до 3 % массовой доли никелем, молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием (7-я группа);

-    07X12НМФБ (8-я группа);

-    хромоникелевых сталей аустенитного класса с массовыми долями хрома 14 % — 23 %, никеля — 9 % — 22 % и суммарным легированием до 3,5 % массовой доли молибденом, титаном, вольфрамом и ниобием (9-я группа);

-    10X11Н20ТЗР. 10Х15Н9СЗБ1-Ш. 16Х12МВСФБР-Ш и 03Х18Н13С2АМ2ВФБР-Ш (10. 11.12 и 13-я группы, соответственно):

-    циркониевых сплавов (14-я группа):

-    титановых сплавов (15-я группа);

-    алюминиевых сплавов (16-я группа);

-    меди и латуни (17-я группа).

-    никеля (18-я группа);

-    никелевого сплава (19-я группа).

4.4    В таблице Б.2 приведены значения среднего температурного коэффициента линейного расширения материалов. В группы объединены материалы, выполненные из:

-    углеродистых и легированных сталей в состоянии после нормализации или закалки и высокого отпуска с суммарным легированием до 3 % массовой доли марганцем, кремнием, хромом, молибденом, ванадием (1-я группа);

-    15Х2МФА МОД.А. 15Х2МФА-А мод.А. 15Х2МФА мод.Б (2-я группа),

-    20Х1М1Ф1ТР (3-я группа);

-    высокохромистых сталей в состоянии после нормализации или закалки и высокого отпуска с массовой долей хрома 11 % — 14 % и дополнительным суммарным легированием до 3 % массовой доли молибденом, вольфрамом, никелем, ванадием (4-я группа).

-    07X12НМФБ (5-я группа);

-    хромоникелевых сталей аустенитного класса с массовыми долями хрома 15 % — 20 %. никеля — 8 % — 15 % и дополнительным суммарным легированием до 3.5 % массовой доли молибденом, титаном, ниобием (6-я группа);

-    08Х22Н6Т, 16X12МВСФБР-Ш, 10X15Н9СЗБ1 -Ш и 03Х18Н13С2АМ2ВФБР-Ш (7. 8. 9 и 10-я группы соответственно);

-    циркониевых сплавов (11-я группа);

-    титановых сплавов (12-я группа);

-    алюминиевых сплавов (13-я группа);

-    меди и латуни (14-я группа):

-    никеля (15-я группа);

-    никелевого сплава (16-я группа).

4.5    В таблице Б.З приведены значения модуля сдвига.

4.6    Значения характеристик физических свойств материалов, используемые в расчетах на прочность, в случае их отсутствия в документах, указанных в 4.2. и в настоящем стандарте, следует определять экспериментально в соответствии с требованиями [1] и настоящего стандарта.

5 Требования к экспериментальному определению физических характеристик конструкционных материалов

5.1    Общие положения

5.1.1    Для определения значений физических характеристик, используемых в расчетах на прочность. должны быть использованы результаты испытаний образцов, вырезанных из металла промышленных плавок материалов изготавливаемой номенклатуры полуфабрикатов и крепежных изделий, применяемых для изготовления оборудования, трубопроводов и других элементов ядерных установок.

5.1.2    Для определения значений физических характеристик, используемых в расчетах на прочность. следует применять аттестованные в соответствии с ГОСТ Р 8.932 методики измерений при испытаниях. включающие или основанные на процедурах проведения испытаний и обработки их результатов. установленных в документах по стандартизации на поставку этих материалов, и в настоящем стандарте.

5.1.3    Требования к организациям (испытательным лабораториям) и персоналу, проводящим испытания по определению физических характеристик материалов, установлены в ГОСТ Р 59115.3-2021 (пункт 5.1.3).

5.1.4    Требования к средствам измерения и испытательному оборудованию, используемым при испытаниях, установлены в ГОСТ Р 59115.3-2021 (пункт 5.1.3).

5.1.5    Образцы для проведения испытания (заготовки для образцов) следует вырезать из материалов:

-    соответствующих требованиям документов по стандартизации на поставку конкретных материалов. ПКД и технологической документации, что должно быть подтверждено сертификатами организаций — изготовителей материалов, и прошедших входной контроль качества;

-    термически обработанных в соответствии с документами по стандартизации на поставляемые материалы и/или с требованиями ПКД.

5.1.6    Образцы по определению физических характеристик и направление их вырезки в исследуемом полуфабрикате (включая отбор проб, заготовок для образцов и испытательных образцов для испытаний), порядок проведения испытаний и обработка результатов для определения расчетных значений модуля нормальной упругости (модуля Юнга), температурного коэффициента линейного расширения, коэффициента Пуассона и модуля сдвига должны соответствовать методикам измерений при испытаниях. указанным в 5.1.2.

5.2 Методы определения физических характеристик конструкционных материалов

5.2.1    Определение модуля нормальной упругости (модуля Юнга)

5.2.1.1    Измерение модуля нормальной упругости (модуля Юнга) следует проводить динамическим методом по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2 (допускается использование статического метода при условии обеспечения погрешности определения характеристики не более чем при использовании динамического метода).

5.2.1.2    При каждой температуре измерений должно быть получено не менее 10 значений измеряемой характеристики.

5.2.2    Определение среднего температурного коэффициента линейного расширения

5.2.2.1    Определение температурного коэффициента линейного расширения следует проводить дилатометрическим методом по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2. используя дилатометры с погрешностью измерения 3 %. При каждой температуре испытаний измеряется длина образца.

5.2.2    2 По результатам испытаний следует определять значение среднего температурного коэффициента линейного расширения для температурного интервала от 20 X до температуры испытаний.

5.2.2.3    Для температурного интервала, указанного в 5.2.2.2. должно быть получено не менее 10 значений измеряемой характеристики.

5.2.3    Определение коэффициента Пуассона

5.2.3.1    Определение коэффициента Пуассона следует проводить по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2.

5.2.3.2    Для определения коэффициента Пуассона следует использовать не менее пяти образцов.

5.2.3.3    По результатам испытаний следует определять относительное поперечное сужение (расширение) е_х и относительное продольное удлинение (сжатие) образца по формулам:

где d_Q. d — диаметр цилиндрической части образца (поперечный размер образца) до и после деформации (нагрузки), мм;

/₀, / — длина образца до и после деформации (нагрузки), мм.

5.2.3.4 Коэффициент Пуассона следует определять по формуле

(5.2)

5.2.3.5 В расчетах на прочность конструктивных элементов, изготовленных из материалов, указанных в пунктах 1—8 таблицы А.1, допускается принимать значение коэффициента Пуассона, равное 0.3.

Приложение А (справочное)

Подразделение марок конструкционных материалов

Таблица А.1 — Подразделение марок конструкционных материалов по группам (классам)

Номер п/п Группа материалов (класс стали) Марка* 1 Углеродистые (перлитного класса) СтЗспб. 10.15. 15Л. 20. 20Л. 20К. 22К. 25. 25Л. 30. 35.40. 45 2 Легированные кремнемарган-цовистые (перлитного класса) 09Г2С.15ГС.16ГС.20ГСЛ 3 Легированные (перлитного класса) 20Х. ЗОХ. 35Х. 40Х.45Х. 45ХН. 10ХСНД. 10ХН1М. 10Х2М. 10Х2М1ФБ. 12Х2М", 12ХМ, 12МХ. 15ХМ. 20ХМ. 20ХМА. 20ХМЛ. 20ХМФЛ. ЗОХМ. ЗОХМА. 35ХМ. 35ХМА". 38ХМ. 30ХГСА. 10ГН2МФАЛ** 4 Легированные хромомолибден-ванадиевые (перлитного класса) 16ГНМА. 10ГН2МФА. 10ГН2МФА-А. 12Х1МФ. 15Х1М1Ф. 15Х1М1ФЛ. 20Х1М1Ф1БР. 20Х1М1Ф1ТР”, 25X1МФ. 25Х2М1Ф. 12Х2МФА. 12Х2МФА-А. 15Х2МФА. 15Х2МФА мод.А. 15Х2МФА-А. 15Х2МФА-А мод .А. 15Х2МФА-А мод.Б‘\ 18Х2МФА. 18Х2МФА-А. 25Х2МФА. 25Х2МФА-А. 25ХЗМФА. 25ХЗМФА-А. 15ХЗНМФА. 15ХЗНМФА-А. 15Х2НМФА. 15Х2НМФА-А. 15Х2НМФА класс 1. 15Х2НМ1ФА. 15Х2НМ1ФА-А. 36Х2Н2МФА**, 38ХНЗМФА. 38Х2МЮА 5 Высокохромистые 10Х9МФБ. 10Х9МФБ-Ш. 08X13. 12X13. 20X13. 20Х13Л. 30X13. 08X14МФ. 14Х17Н2. 05Х12Н2М. 20Х12ВНМФ. 06Х12НЗД. 06Х12НЗДЛ. 06Х13Н7Д2. 07Х16Н4Б. 09Х17Н, 16Х12МВСФБР-Ш". 12Х11В2МФ/1Х12В2МФ**, 18Х12ВМБФР**. 07Х12НМФБ’* 6 Хромоникелевая сталь (аустенитно-ферритного класса) 08Х22Н6Т 7 Хромоникелевые (аустенитного класса) 10Х18Н9. 12Х18Н9. 06Х18Н10Т. 08Х18Н10. 08Х18Н10Т. 12Х18Н9Т. 12Х18Н9ТЛ. 09Х18Н9. 08Х18Н12Т. 12Х18Н10Т. 12Х18Н12Т 8 Хромоникельмолибденовые (аустенитного класса) 10Х18Н12МЗЛ. 31Х19Н9МВБТ. 10X11H23T3MP. 10X11H20T3R 03Х16Н9М2. 08X16Н11 М3. 08Х17Н13М2Т. 10Х17Н13М2Т. 10X17H13M3T. 03X17H14M3. 10Х15Н9СЗБ1-Ш”, 10Х18Н22В2Т2.12Х18Н12МЗТЛ. 03Х18Н13С2АМ2ВФБР-Ш”. 09Х16Н15МЗБ'*. 45Х14Н14В2М- 9 Железоникелевые сплавы 03X21Н32МЗБ. 12ХН35ВТ/ХН35ВТ. 12ХН35ВТ-ВД>'ХН35ВТ-ВД. 08ХН358ТЮ/ХН35ВТЮ. 06Х20Н46Б/0Х20Н46Б. 1Х16Н36МБТЮР” 10 Циркониевые сплавы Цирконий + 2.5 % ниобия, цирконий + 1 % ниобия 11 Титановые сплавы ВТ1-0. ВТ1-0(М)*\ ВТ1-00. ПТ-1М. ПТ-7М. ЗМ. ПТ-ЗВ. 5В. 5ВЛ. ОТ4-1. ВТ5-1. ОТ4-1В, АТ-2 12 Алюминиевые сплавы АДОО. АДО, АД1. АД. АВ. АМг2. АМгЗ. САВ1. САВ2 13 Медь М1.М2.МЗ 14 Латуни Л062-1. ЛО70-1** 15 Бронзы БрАЖМц 10-3-1.5. БрАЖН 10-4-4. БрБ2 16 Медно-никелевый сплав МНЖ5-1 17 Никель НП2 18 Никелевый сплав ХН78Т * В числителе действующее обозначение марки, в знаменателе — устаревшее. " Материалы не включены в Сводный перечень документов по стандартизации [2]. Применимость материалов для изготовления оборудования и трубопроводов регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1J.

1

Применимость материалов для изготовления оборудования и трубопроводов регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1].