ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Длительные механические свойства конструкционных материалов

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2021

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей» им. И.В. Горынина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей»)

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. № 1168-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 из-менениях 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 II

6.2.8 При отсутствии прямых испытаний по определению характеристик длительных механических свойств материала категории прочности ниже приведенной в таблице А.5 приложения А, их пределы длительной прочности определяют по значениям пределов длительной прочности марки стали или сплава категории прочности, указанной в таблице А.5. и их временного сопротивления и условных пределов текучести. Искомое значение принимают минимальным из двух (величин), определяемых по формулам:

(^Rlo.2\

(<)	2 К),
К!	I, ю,

Ю₂

(65)

категория прочности, приведенная в таблице А.5 приложения А (категория прочности 1);

категория прочности, для которой рассчитывают характеристики длительных механических свойств (категория прочности 2); соответственно пределы длительной прочности, условный предел текучести и временное сопротивление материала категорий прочности 1 и 2.

Значения требуемых характеристик выбирают по таблице А.5 и ГОСТ Р 59115.3.

Таким же образом значения относительного удлинения Aj и сужения Zj при длительном статическом нагружении материала категории прочности 2 допускается определять по известным значениям относительного удлинения (сужения) материала при категории прочности 1. временного сопротивления и условного предела текучести материала категорий прочности 1 и 2. Искомое значение принимают минимальным из двух характеристик, определяемых по формулам:

(66)

(67)

где (Z])y, (Z_f^r)₂, (A,^r)_v (А[)₂ —соответственно относительное сужение и удлинение при длительном

статическом нагружении материала категорий прочности 1 и 2.

Значения (А[), и (2[)₁ принимают по таблице А.З. Для материала категории прочности выше приведенной в таблице А.5 значения R^Tm, R^Tp02, Z_t^T и Af выбирают в соответствии с ГОСТ Р 59115.3 и таблицей А.З.

6.2.9 Истинное напряжение при разрыве при длительном статическом нагружении для металла шва сварного соединения Я_C^7ЛV рассчитывают по значениям истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении R^rc основного металла по формуле

R™ - ф₅ ■ RT,    (6.8)

где ф₅ — коэффициент снижения длительной прочности и пластичности; принимается согласно таблице 2.

7W

6.2.10 Значения длительной пластичности для металла шва сварного соединения f/j рассчитываются по значениям е ^ основного металла по формуле

e™=<Pse{.    (6.9)

где <p_s — коэффициент снижения длительной прочности и пластичности; принимается согласно таблице 2.

6.2.11 При контакте элементов (компонентов) оборудования и трубопроводов с натрием реакторной чистоты в расчетах используют расчетные значения характеристик длительных механических свойств определяемые умножением значений R^Tmt. R^_t на коэффициент снижения прочности от обезуглероживания г),, зависящий от типа материала, температуры и длительности эксплуатации. Определение значений коэффициента снижения прочности rj_f проводится по приложению Д.

Таблица 2 — Значения коэффициентов <ps при различных температурах Т

Основной Метод Сварочный мате- Вид термообработки Температура. *С металл сварки риал после сварки 350 400 450 500 550 600 Стали ау- Ручная 48 А-1 Без термообработки — — 0.8 0.70 0.60 0.50 стенитного Аустенизация — — 1.0 0.85 0.70 0.55 48А-2-ВИ Без термообработки — — 0,8 0.70 0.60 0.55 Аустенизация — — 0,8 0.70 0.55 0.45 ЭА400/10У Без термообработки — — 0.8 0.70 0.60 0,50 Аустенизация — — 0.8 0.70 0.60 0.55 Аргонодуго- СВ-04Х17Н10М2 Без термообработки — — 0.9 0.80 0.70 0.60 вая Аустенизация — — 1.0 0.90 0.75 0.65 Св-02Х17Н10М2-ВИ Без термообработки — — 0.9 0.80 0.70 0.65 Аустенизация — — 0.9 0.80 0.65 0.55 СВ-04Х19Н11МЗ Без термообработки — — 1.0 0.85 0.70 0.55 Аустенизация — — 1.0 0.85 0.70 0.60 ЭП-198 Без термообработки — — 0.5 0.45 0.40 0.40 Аустенизация — — 0.5 0.50 0.45 0.45 Автомати- СВ-04Х17Н10М2 Без термообработки — — 0.8 0.70 0.55 0.45 ческая Аустенизация — — 1.0 - - - Св-02Х 17Н10М2-ВИ Без термообработки — — 0.8 0.70 0.60 0.50 Аустенизация — — 0.8 0.70 0,55 0.45 СВ-04Х19Н11МЗ Без термообработки — — 0.8 0,70 0.60 0.50 Аустенизация — — 0.8 0.70 0.60 0.55 Электро- Св-04Х17Н10М2 Без термообработки — — 0.7 0.70 0.55 0.45 шлаковая Аустенизация — — 1.0 0.85 0.70 0.55 СВ-04Х19Н11МЗ Без термообработки — — 0.8 0.70 0.55 0.45 Аустенизация — — 0.9 0.80 0.65 0.55 Железо-ни- Аргонодуго- СВ-Х15Н35 Без термообработки — — 0.7 0.65 0.55 0,50 келевые дис-персионно-твердеющие вая Аустенизация — — 0.8 0.70 0.60 0.55 ЭП-198 Без термообработки — — 0.5 0.45 0.40 0.40 сплавы Аустенизация — — 0.5 0,50 0.45 0.45 Сталь 12Х2М Ручная 48Н-10 Высокий отпуск 1.0 0.80 0.7 0.60 0.55 0.50 48А-1 Без термообработки 1.0 0.85 0.7 — — — ЭА-395/9 Высокий отпуск 1.0 0.80 0.6 — — — 48А-1. КТИ-7 Без термообработки — — — 0.60 0,55 0.50 Высокий отпуск — — — 0.50 0.40 0.30 Автоматическая ПОД флюсом СВ-04Х2МА Высокий отпуск 0.7 0.65 0.6 0.60 0.55 0.55

Окончание табпииы 2

Основной металл Метод сварки Сварочный материал Вид термообработки после сварки Температура. *С 350 400 450 500 550 600 Стали 12Х1МФ, 15Х1МФ Ручная Н-6 Высокий отпуск 1.0 0.8 0.75 0.75 0.75 — Аргоно-ду говая Св-08ХМФА высокий отпуск 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 —

6.3 Метод экстраполяции пределов длительной прочности

6.3.1    Метод предназначен для получения пределов длительной прочности для заданного уровня вероятности разрушения Р материалов для сроков службы до 5 • 10⁵ ч по данным испытаний на длительную прочность ограниченной продолжительности с учетом 6.2.5 и 6.2.7. Реализация метода основана на определении при температуре Г₁ разрушающего напряжения R^T^_t за время t£' по п^Т1 опытам, проведенным при температуре Г,, и n^Ti опытам, проведенным при температуре Т₂.

При обработке экспериментальных данных (определении кривых длительной прочности при температурах Т] и Т₂) используются опыты продолжительностью более 200 ч.

6.3.2    Зависимость разрушающего напряжения от времени tfi при температуре Tjj* 1.2) описывается функцией по формуле

’9 ^RnK =    +    ^ь]‘    (^к)    .    (6.10)

где afj, bfi — постоянные коэффициенты, получаемые методом наименьших квадратов.

6.3.3    Для пояснения метода и принятых обозначений на рисунке 1 приведен способ его графической реализации.

Результаты испытаний на длительную прочность при температурах 7, и Т₂ на рисунке 1 изображены в виде точек в системе координат «1д о — lg t».

1 — испытания при Ту 2 — испытания при Т2 Рисунок 1 — Кривые длительной прочности

6.3.4 По экспериментальным точкам методом наименьших квадратов проводят средние линии длительной прочности при температурах Г, и Т₂, которые изображаются в общем случае криволиней-

ными отрезками. Кривая 1 (см. рисунок 1) соответствует температуре испытания Г,, кривая 2 (см. рисунок 1) — Т₂.

6.3.5    Дпя максимапьного времени испытания f^_ax при температуре Г, по кривой 1 определяется напряжение и по кривой 2 соответствующее этому напряжению время .

6.3.6    Экстраполированную кривую длительной прочности при температуре Г, и напряжениях, меньших <&,. получают переносом кривой при Т₂ вправо на расстояние Algl^v⁷?). При этом

Д|₉(<^ГЛ> = IgfJv - |д(£ = lg_Vft„,    (6.11)

где lg у_Дп — коэффициент экстраполяции.

6.3.7 Предел длительной прочности при температуре Г, и заданном времени 1%у определяется по кривой 2 при эквивалентном времени L-. При этом

<3» = <3^T,V-    <612)

6.3.8 Все вычисления по данному методу экстраполяции проводятся в следующей последовательности: определение коэффициентов уравнения (6.10) с использованием стандартных процедур метода наименьших квадратов; вычисление коэффициента экстраполяции у_{д п} по формуле (6.11). времени t*г из уравнения

■в#

6.3.9 Значения экстраполированного предела длительной прочности R^ _р при температуре Т_t для заданной вероятности разрушения Р рассчитывают по формуле

*9^,Р ^{=    +}    Zp -S₀'    (6.15)

где Z_p — квантиль уровня Р стандартного нормального распределения R^Tmt, определяемый согласно таблице 3 при n^ri 2 12 и п^тз г 12;

S_a — выборочное среднеквадратичное отклонение.

6.3.10 Среднее значение предела длительной прочности R^Tmt определяют для вероятности разрушения Р = 0.5 (Z_p = 0. Z_st = 0).

где t — время до разрушения, ч;

T_v Т₂ — температура испытаний.

6.3.21 Приведенные в соответствии с формулой (6.24) к температуре Г, точки обрабатывают зависимостью вида по формуле (6.10).

6.4 Метод экспраполяции условных пределов ползучести

6.4.1    Прогнозирование кривых ползучести может проводиться на основе экстраполяции пределов ползучести с применением процедур, используемых в методе экспраполяции длительной прочности (см. подраздел 6.3).

6.4.2    Для прогнозирования условных пределов ползучести проводят испытания на ползучесть для каждой партии материала при температурах 7^ и Т₂ = 7^ ♦ 50 К (°С).

По результатам испытаний на ползучесть строят кривые деформирования (первичные кривые ползучести) в координатах «с—/» в соответствии с ГОСТ 3248. По кривой ползучести находят f₃. соответствующую заданному остаточному удлинению.

6.4.3    Для каждой партии материала, испытанной при темпертурах 7^ и Т₂, строят кривые ползучести в координатах «lg f₃ — 1да», по которым определяют условный предел ползучести и для которых используют метод экстраполяции, изложенный в настоящем разделе.

6.4.4    Условные пределы ползучести определяют заменой по формулам (6.10)—(6.23) предела длительной прочности условных пределом ползучести, времени до разрушения — временем достижения заданной деформации А₃. у_{д п}-у_п, при этом коэффициент у_П определяют по максимальному времени достижения заданной деформации А₃ с помощью процедур, аналогичных описанным для метода экспраполяции предела длительной прочности в подразделе 6.3.

6.4.5    Уравнение для аппроксимации кривых условных пределов ползучести при температуре T_J (/=1.2) имеет вид

1д*сц =a^r'+b^r'-(lgf^J .    (6.26)

где а^г/. Ь^т> — коэффициенты.

6.5    Метод прогнозирования относительного удлинения и длительной пластичности

6.5.1    Метод предназначен для получения значений относительного удлинения и длительной пластичности при длительном статическом нагружении для заданного уровня вероятности разрушения Р = 0,5 материалов для сроков службы до 5 • 10⁵ ч по имеющимся данным либо по значениям, приведенным в приложении А.

6.5.2    Реализация метода возможна при линейной или близкой к линейной зависимости между логарифмом первоначально приложенного напряжения R^rmt и логарифма отношения lg(A_f^r//) или lg(ej/Q. Прогнозное значение относительного удлинения на заданной временной базе получают путем экстраполяции линейной зависимости до заданного времени, начиная с временной базы 10⁴ ч.

6.5.3    Для пояснения метода на рисунке 2 приведена его графическая реализация.

6.5.4    По имеющимся значениям относительного удлинения на временной базе свыше 10⁴ ч методом наименьших квадратов определяют коэффициенты аппроксимирующего уравнения з^т и Ь^гпо формуле

lg«mf =a^r-lg|^-j + b^r.

Рисунок 2 — Графическое представление метода прогнозирования относительного удлинения

6.5.5    Экстраполируя зависимость (6.27) с полученными коэффициентами а^т и Ь^т получают значения относительного удлинения при длительном статическом нагружении на необходимой временной базе (не более 5 • 10⁵ ч).

6.5.6    Если спрогнозированное значение превышает исходное значение при наибольшей временной базе, то в качестве спрогнозированного значения принимают значение А'_т по формуле

-К10» "² К.О* -Kio4    <⁶'²⁸>

6.5.7    В качестве окончательного прогнозного значения длительного относительного удлинения выбирают минимальное из значений, полученных по формулам (6.27) и (6.28).

6.5.8    Аналогичный подход используется при прогнозировании длительной пластичности

Приложение А (справочное)

Значения пределов длительной прочности, относительного удлинения и относительного сужения на различных временных базах

Таблица А.1 — Средние значения пределов длительной прочности R ^ МПа

Марка стали, сплава Я$.2 МПа R™. Темпе- Время, ч МПа ратураЧ X 10 30 102 з - ю2 10s 3 • 103 104 3 104 105 2- 10е 3 105 10Х2М 2245 2392 450 372 353 333 314 294 274 255 225 196 186 — 500 353 313 284 255 216 186 157 137 118 108 — 510 319 289 261 234 201 172 145 126 108 99 — 10Х2М1ФБ 2196 2343 400 333 319 304 297 284 268 235 212 186 167 — 450 333 314 299 294 269 250 225 201 176 167 — 500 250 230 201 181 162 147 132 122 108 98 — 550 216 1% 167 147 127 113 98 83 78 70 — 12МХ 2225 2411 500 368 368 353 328 299 274 207 174 135 114 — 15ХМ 2235 2441 500 412 402 372 348 314 260 217 183 142 120 — 20ХМЛ 2245 2441 500 412 402 372 348 314 289 217 183 142 120 — 20ХМФЛ 2294 2490 500 441 412 382 348 304 265 225 196 161 144 — 12Х1МФ2> 2274 2441 450 353 343 323 303 289 268 245 227 196 186 180 500 353 343 323 304 279 260 216 186 147 137 132 550 205 192 175 162 148 132 116 104 91 84 78 15Х1М1Ф3» 2314 2490 450 383 367 363 328 300 286 250 244 220 215 210 500 363 343 333 314 288 270 240 225 186 164 150 550 260 242 210 201 182 160 150 122 107 95 87 15Х1М1ФЛ 2314 2490 500 363 343 333 314 288 270 240 225 196 184 — 25X1МФ 2590 2736 500 587 549 472 392 325 281 255 212 167 — — 16ГНМА 2323 2490 400 490 490 490 478 470 442 420 380 350 320 — 450 437 433 428 419 406 379 339 295 242 212 — 500 401 383 353 316 273 229 181 139 100 80 — 09X18Н9 2196 2490 450 360 360 360 359 341 333 315 290 260 248 — 10Х18Н9 500 360 342 333 314 285 255 238 209 190 180 —

	*8.2 МПа	о 20 МПа	Темпе-	Время, ч
июни, uuiddd			ретуре 0, 'С	10	30	102	3- 10г	103	3 • 103	104	3- 104	105	2 ■ 10*	3-10®
12Х18Н9	2196	2490	550	322	313	290	274	237	200	170	152	133	122	—
			600	266	257	231	194	166	152	120	100	85	76	—
08Х18Н10Т	2196	2490	500	374	353	333	323	309	284	255	243	201	186	—
			550	324	304	294	266	245	208	178	144	120	108	—
			600	276	255	226	201	167	142	117	98	93	83	—
12Х18Н10Т	2216	2529	450	372	372	372	372	372	372	372	372	333	314	—
12Х18Н12Т			500	372	352	333	323	314	284	255	225	196	186	—
			550	353	333	314	294	265	235	201	171	149	140	137
			600	314	284	255	240	216	186	157	127	108	97	93
12Х18Н12МЗТЛ	2216	2491	500	284	280	274	270	267	235	216	186	176	162	—
03Х16Н9М2 и ее	2200	2520	450	491	477	466	456	418	391	364	339	319	306	—
сварные			500	463	432	404	378	351	325	298	274	247	233	—
соединения			550	443	411	379	315	306	274	237	203	174	158	—
(электрод ЦТ-46)			600	388	352	310	273	237	205	172	142	114	101	—
08Х16Н11МЗ	2196	2510	450	372	372	372	372	372	353	343	314	294	284	—
			500	372	372	372	343	323	304	284	245	220	196	—
			550	332	304	274	260	245	230	216	191	167	157	—
			600	265	240	216	196	167	157	137	110	108	96	—
10Х17Н13М2Т	2196	2510	500	304	284	265	250	235	216	201	176	157	147	—
			550	255	235	216	196	176	162	147	129	118	108	—
			600	221	203	186	167	152	132	113	98	83	77	—
ХН35ВТ	2392	2736	450	637	637	637	637	637	637	625	568	549	530	—
			500	637	588	549	529	500	480	451	412	343	323	—
			550	539	529	490	470	441	417	372	333	304	284	—
			600	431	412	392	363	343	314	294	250	216	196	—
06Х20Н46Б	2196	2520	550	353	333	314	294	265	235	201	171	149	137	—
09Г2С	2245	2432	400	416	392	363	347	317	287	254	223	191	173	—
			450	319	290	259	229	198	171	143	120	97	85	—

Содержание

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

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

3    Термины, определения, обозначения и сокращения.........................................2

3.1    Термины и определения............................................................2

3.2    Обозначения......................................................................3

4    Общие положения....................................................................3

5    Значения характеристик длительных механических свойств материалов.......................4

6    Порядок определения значений характеристик длительных механических свойств материалов.....5

6.1    Общие положения.................................................................5

6.2    Требования к определению характеристик длительных механических свойств

конструкционных материалов ........................................................6

6.3    Метод экстраполяции пределов длительной прочности...................................9

6.4    Метод экспраполяции условных пределов ползучести...................................12

6.5    Метод прогнозирования относительного удлинения и длительной пластичности.............12

Приложение А (справочное) Значения пределов длительной прочности, относительного

удлинения и относительного сужения на различных временных базах............14

Приложение Б (справочное) Изохронные кривые деформирования............................26

Приложение В (справочное) Влияние облучения на длительную прочность сталей марок

09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 и 08Х16Н11МЗ..................................56

Приложение Г (справочное) Определение длительной пластичности и среднего значения истинного напряжения при разрыве при испытаниях на длительную прочность для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9. 12Х18Н9,

08Х16Н11МЗ и 07Х12НМФБ................................................66

Приложение Д (справочное) Определение значений коэффициента снижения прочности

от обезуглероживания и науглероживания....................................70

Библиография........................................................................72

Марка стали, сплава «3.2 МПа р 20 МПа Темпе- рагураЧ X Время, ч 10 30 102 3- 10г 103 3-103 104 3- 10* 105 2 -105 3 105 03Х18Н11 2196 2510 550 255 235 216 196 176 162 147 129 118 108 — 10Х12В2МФ 2392 2588 500 350 322 300 272 250 230 215 195 175 167 — 1Х12В2МФ 550 275 251 230 210 190 172 157 142 129 120 — 10Х9МФБ 2450 2600 500 400 — 351 — 305 — 262 — 224 213 — 550 286 — 245 — 208 — 176 — 147 139 — 600 203 — 171 — 143 — 119 — 98 92 — 2350 2500 500 330 — 298 — 266 — 236 — 206 197 — 550 253 — 223 — 193 — 163 — 134 125 — 600 188 — 158 — 129 — 104 — 82 77 —

^ Температура в Кельвинах определяется по формуле Т(К) = Т{*С) + 273.

с б⁴⁵⁰    Б⁵⁰⁰    Б^⁵⁰

Прогнозируемые значения на временной базе 5 • 10^ь ч: Rmt = 172 МПа. fvnr = 120 МПа. Rmt = 61 МПа.

_    -450    -500    -550

Прогнозируемые значения на временной базе 5 • 10⁵ ч: Rmt = 202 МПа. Rmt = 125 МПа. Rmt = 71 МПа.

—7W

Таблица А.2 — Средние значения пределов длительной прочности сварочных материалов R_ml , МПа

Марка стали, сплава Темпера- Время, ч тураЧ X 10 30 10» 3 -10» 103 3 103 104 3- 104 105 2 10* Электрод для ручной дуговой сварки 450 323 323 323 323 323 323 323 309 294 274 48 А-1 500 294 291 289 286 284 274 265 232 200 171 530 274 271 270 257 245 232 220 198 176 157 600 274 250 225 198 171 152 132 120 108 98 Электрод для ручной дуговой сварки 450 323 323 323 323 323 323 323 309 294 274 48А-2 500 294 291 289 286 284 274 265 232 200 180 530 274 270 265 255 245 235 225 200 176 157 600 225 215 206 183 162 139 118 103 88 78

^ Температура в Кельвинах определяется по формуле Г(К) = Д'С) * 273.

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

Длительные механические свойства конструкционных материалов

Rules fof strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Long-term mechanical

properties of structural materials

Дата введения — 2022—01—01

1 Область применения

1.1    Настоящий стандарт устанавливает значения характеристик длительных механических свойств конструкционных материалов (далее материалов), используемых при проведении расчетов на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии (1).

1.2    Настоящий стандарт предназначен для применения при обосновании прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 3248 Металлы. Методы испытания на ползучесть

ГОСТ 10145 Металлы. Метод испытания на длительную прочность

ГОСТ 20700-75 Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых и анкерных соединений, пробки и хомуты с температурой среды от 0 до 650 ^вС. Технические условия

ГОСТ ISO/IEC 17025 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий

ГОСТ Р 8.568 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

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

ГОСТ Р 50.04.01 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме испытаний. Аттестационные испытания. Общие положения

ГОСТ Р 50.05.11 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Персонал. выполняющий неразрушающий и разрушающий контроль металла. Требования и порядок подтверждения компетентности

ГОСТ Р 53845 (ИСО 377:1997) Прокат стальной. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний

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

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

Издание официальное

ГОСТ Р 59115.5 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчетные характеристики циклической и длительной циклической прочности конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.8 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет по выбору основных размеров

ГОСТ Р 59115.9 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на прочность

ГОСТ Р 59115.10 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Уточненный поверочный расчет на стадии проектирования

ГОСТ Р 59115.11 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на постпроектных стадиях

ГОСТ Р 59115.12 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Уточненный поверочный расчет на постпроектных стадиях

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 год. 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 ссыпку.

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    (основные) конструкционные материалы: Материалы в виде полуфабрикатов из сталей и сплавов, применяемые для изготовления, монтажа и ремонта оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

3.1.2    металл шва (сварного соединения): Металл, полученный при плавлении сварочных материалов в процессе выполнения сварного соединения и разбавленный основным металлом за счет его расплавления в зоне свариваемых кромок.

3.1.3    статическое нагружение: Нагружение материала, при котором внешняя нагрузка медленно возрастает по абсолютному значению до определенного фиксированного во времени уровня, что силами инерции в деформирующихся и перемещающихся частях элементов (компонентов) конструкции можно пренебречь.

3.1.4    повреждающая доза: Интегральная характеристика, отражающая степень радиационного повреждения металла, определяемая как накопленное за определенное время число смещений одного атома из узла кристаллической решетки под действием нейтронного и гамма-излучения; единицей повреждающей дозы является безразмерная величина «сна» — смещение на атом.

3.1.5    ползучесть: Процесс накопления в материале вязкопластической деформации под действием нагрузки при температуре выше Т₍.

3.1.6    предел длительной прочности: Напряжение, подсчитанное как отношение приложенной силы к первоначальной площади сечения образца, при котором происходит разрушение образца в испытаниях на длительную прочность при данной температуре через заданный промежуток времени.

3.1.7    релаксация: Затухающий процесс уменьшения напряжений при постоянной полной деформации за счет перехода упругой деформации в вязкопластическую по механизму ползучести.

3.1.8    условный предел ползучести: Напряжение, которое вызывает при температуре Т полную деформацию с на временной базе t.

3.1.9    длительная пластичность: Истинная деформация в момент разрушения образца при испытаниях на длительную прочность.

3.1.10    истинное напряжение при разрыве [при длительном статическом нагружении]: Напряжение при испытаниях на длительную прочность образца в момент разрушения, определяемое отношением силы к площади проекции излома на плоскость, нормальную к линии действия силы (при длительном статическом нагружении).

3.1.11    первая стадия ползучести: Стадия неустановившейся ползучести, на которой при постоянном напряжении скорость деформации непрерывно снижается.

3.1.12    вторая стадия ползучести: Стадия установившейся ползучести, на которой при постоянном напряжении скорость деформации ползучести не изменяется и ее значение минимально по отношению к первой стадии.

3.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

Т — температура. К (*С);

Г, — температура, выше которой необходимо учитывать ползучесть. К (°С);

Гобл    — температура облучения, К (°С);

t    — время до разрушения, ч;

с    — деформация;

а    — напряжение. МПа;

R^TpQ ₂ — минимальное значение условного предела текучести материала при остаточной деформации 0.2 % при температуре Т, МПа;

R^Tm — минимальное значение временного сопротивления материала при температуре Г, МПа; R^Tm( — среднее значение предела длительной прочности за время t при температуре Г. МПа; R^Tmt — минимальное значение предела длительной прочности за время t при температуре Г, МПа;

R^TC — среднее значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении. МПа;

R^TC — минимальное значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении, МПа;

R^Tct — условный предел ползучести при температуре Г. МПа;

A^Tt — относительное удлинение при длительном статическом нагружении за время t при температуре Г, %;

Z^Tt — относительное сужение при длительном статическом нагружении за время / при температуре Т, %;

Е^т — модуль Юнга при температуре Т, МПа;

с\ — длительная пластичность (деформация разрушения), м/м;

£    —скорость деформации. 1/ч;

Ф — скорость набора повреждающей дозы (нейтронного облучения), сна/год;

D — набранная повреждающая доза (нейтронного облучения), сна.

4 Общие положения

4.1    Настоящий стандарт устанавливает значения следующих характеристик длительных механических свойств материалов:

-    предел длительной прочности;

-    истинное напряжение при разрыве при длительном статическом нагружении;

-    относительное удлинение и относительное сужение при длительном статическом нагружении;

-    условный предел ползучести;

-    изохронные кривые деформирования.

4.2    Рассматривается область температур выше температуры Т_г при которой в материале проявляется ползучесть и становится необходимым определение характеристик длительной прочности:

-    для алюминиевых и титановых сплавов при Г > 20 ®С (293 К);

-    циркониевых сплавов при Т > 250 °С (523 К);

-    углеродистых, легированных, кремнемаргонцовистых. высокохромистых сталей марок Т> 350 ®С (623 К);

-    хромомолибденованадиевых сталей при Т > 400 °С (673 К);

-    стали марки 07Х12НМФБ при Г > 425 °С (698 К);

-    коррозионно-стойких сталей аустенитного класса и железоникелевых сплавов при Т> 450 *С (723 К). В таблице 1 приведены значения температуры 7, для марок сталей, приведенных в приложении А.

выше которой необходимо учитывать ползучесть в металле при расчете на прочность.

Таблица 1 — Значения температруы Т, для марок сталей, приведенных в приложении А

Марка стали V с 10Х2М, 10Х2М1ФБ. 12МХ. 12ХМ, 15ХМ. 20ХМЛ. 20ХМФЛ. 16ГНМА. 09Г2С. 20Х1М1Ф1ТР. 05Х12Н2М 350 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ. 1Х12В2МФ. 25Х1МФ, 10Х9МФБ 400 07Х12НМФБ 425 09Х18Н9. 10Х18Н9. 12Х18Н9. 08Х18Н10Т. 12Х18Н10Т. 12Х18Н12Т. 12Х18Н12МЗТЛ. 03Х16Н9М2, 08Х16Н11МЗ. 10Х17Н13М2Т. ХН35ВТ. 06Х20Н46Б. 03Х21Н32МЗБ 450

4.3    При проведении расчетов на прочность значения характеристик длительных механических свойств материалов следует принимать по данным документов по стандартизации на материалы и/или по требованиям проектной конструкторской документации¹), а в случае их отсутствия или недостаточности в вышеперечисленных документах — по данным, приведенным в приложениях А—Г, с учетом возможного влияния эксплуатационных факторов (рабочей среды, температуры, нейтронного облучения) на изменение характеристик длительных механических свойств в течение срока службы оборудования и трубопроводов.

4.4    Влияние эксплуатационных факторов на характеристики длительных механических свойств материалов, а также необходимые значения характеристик длительных механических свойств в случае их отсутствия в документах, указанных в 4.3, и в настоящем стандарте, следует определять на основе представительных экспериментальных данных в соответствии с требованиями ГОСТ 10145 и настоящего стандарта.

4.5    В расчетах допускается использовать значения характеристик длительных механических свойств материалов в соответствии с 4.3, умноженных на коэффициент снижения, зависящий от типа материала и эксплуатационных факторов.

4.6    Значения характеристик длительных механических свойств используют:

-    при определении допускаемых напряжений при выборе основных размеров элементов (компонентов) согласно ГОСТ Р 59115.8:

-    в поверочных расчетах на длительную статическую прочность согласно ГОСТ Р 59115.9 — ГОСТ Р 59115.12;

-    при построении кривых усталости согласно ГОСТ Р 59115.5.

5 Значения характеристик длительных механических свойств материалов

В настоящем стандарте приведены значения следующих характеристик длительных механических свойств материалов:

-    средние значения пределов длительной прочности (таблицы А.1, А.2 приложения А);

-    средние значения относительного удлинения и относительного сужения при длительном статическом нагружении (таблицы А.З, А.4 приложения А);

-    минимальные значения пределов длительной прочности (таблица А.5 приложения А);

-    изохронные кривые деформирования, характеристики ползучести и релаксации (приложение Б);

-    кривые длительной прочности сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 и 08Х16Н11МЗ с учетом влияния облучения (приложение В);

-    длительная пластичность и истинное напряжение при разрыве при длительном статическом нагружении сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11МЗ и 07Х12НМФБ с учетом влияния облучения (приложение Г);

-    параметры науглероживания и коэффицинеты снижения прочности при обезуглероживании при длительном контакте стали с натрием реакторной чистоты (приложение Д).

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

6 Порядок определения значений характеристик длительных механических свойств материалов

6.1    Общие положения

6.1.1    Настоящий раздел содержит требования к получению характеристик длительных механических свойств материалов. Рассматривается область температур выше температуры Т_г

6.1.2    При испытаниях для определения значений характеристик длительных механических свойств материалов, используемых в расчетах на прочность, следует применять методики измерений, аттестованные в соответствии с ГОСТ Р 8.932.

6.1.3    Организации, занимающиеся лабораторной деятельностью (испытательные лаборатории) по определению характеристик материалов, должны:

-    отвечать требованиям к компетентности лабораторий в проведении испытаний, установленным в соответствии с ГОСТ ISO/IEC 17025, ГОСТ Р 50.04.01;

-    в случае проведения облучения материалов и послереакторных исследований иметь все необходимые разрешения на выполнение данной деятельности, полученные в соответствии с требованиями федерального законодательства в области использования атомной энергии;

-    использовать оборудование и приборы, отвечающие требованиям документов по стандартизации на проведение соответствующих испытаний;

-    иметь персонал, обладающий компетентностью и навыками, необходимыми для выполняемых им работ в соответствии с ГОСТ Р 50.05.11.

6.1.4    Средства измерений, используемые при испытаниях, должны быть утвержденных типов и поверены организацией, аккредитованной в соответствии с требованиями федерального законодательства в области обеспечения единства измерений на право поверки средств измерений.

Испытательное оборудование, используемое при проведении испытаний, должно быть аттестовано в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.568. При аттестации испытательного оборудования должны быть установлены достаточность комплекса точностных характеристик для оценки влияния условий испытаний на результаты испытаний, а также возможность воспроизведения условий испытаний в заданных диапазонах с допускаемыми отклонениями в течение заданного интервала времени, регламентированных соответствующей методикой испытаний.

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

-    соответствующих требованиям документов по стандартизации на поставку конкретных материалов. проектной конструкторской документации 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 проектной конструкторской документации.

6.1.6    Отбор проб, заготовок для образцов и испытательных образцов для испытаний на растяжение от фасонного, сортового, листового и широкополосного прокатов следует проводить в соответствии с требованиями документов по стандартизации на поставку материалов и/или методик испытаний, соответствующих 6.1.2; в случае отсутствия требований по отбору проб в указанных документах — по ГОСТ Р 53845.

6.1.7    Испытания на ползучесть и определение условного предела ползучести, машины и приборы, применяемые для испытания металлов на ползучесть, формы и размеры образцов должны отвечать требованиям ГОСТ 3248. При испытаниях должны быть определены показатели точности результатов испытаний в соответствии с (2).

6.1.8    Данные испытаний на ползучесть используют для определения эмпирических коэффициентов в уравнении скорости ползучести и для построения изохронных кривых ползучести (приложение Б). На первичных кривых ползучести в координатах «е—/» выделяют два участка: первая стадия ползучести с затухающей скоростью деформации и вторая стадия ползучести с постоянной минимальной скоростью деформации.

6.1.9    Испытания на длительную прочность, машины, применяемые для испытания металлов и сплавов на длительную прочность, нагревательные устройства и контроль температуры, типы образцов должны отвечать требованиям ГОСТ 10145.

6.1.10    По результатам испытаний на длительную прочность устанавливают зависимости между напряжением и временем до разрушения, выраженные графически в логарифмических координатах.

Среднюю линию длительной прочности в координатах «о - Ы определяют методом наименьших квадратов, используя стандартные методы математической статистики.

В качестве зависимой случайной величины выбирается функция напряжения (у = Igo), независимой — время (х = lg t).

При построении кривых длительной прочности, в частности при определении предела длительной прочности R^Tmt экстраполяцией, могут быть использованы другие системы координат.

6.1.11 Пересчет пределов длительной прочности R^Tmt в истинные напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении R^тс проводят по формуле

(6.1)

где Z^T( — относительное сужение при длительном статическом нагружении за время t при температуре

Т.%.

6.1.12 С использованием значения относительного сужения определяют значения длительной пластичности (деформации разрушения) г д по формуле

(62)

6.1.13 Зависимости для учета влияния облучения на значения длительной пластичности и истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении для сталей 09X18Н9. 10Х18Н9, 12Х18Н9. 08Х16Н11МЗ и на значения длительной пластичности для стали 07Х12НМФБ приведены в приложении Г.

6.2 Требования к определению характеристик длительных механических свойств

конструкционных материалов

6.2.1    Количество образцов при испытаниях одной партии распределяют равномерно по напряжениям, соответствующим временной базе от 10² до 10⁵ ч, с таким расчетом, чтобы на каждый порядок во времени число уровней напряжений было не менее двух.

Минимальное число испытанных образцов должно составлять 12.

6.2.2    При каждом режиме испытывают не менее двух образцов. Если времена до разрушения образцов, испытанных на одном и том же режиме, различаются между собой более чем в два раза, то проводят дополнительные испытания на двух образцах.

При обработке результатов испытаний учитывают все результаты, полученные при основных и дополнительных испытаниях.

6.2.3    Испытания для получения условного предела ползучести проводят с измерением деформации по ГОСТ 3248.

6.2.4    Испытания образцов проводят при температуре Ту, для которой определяют характеристики длительных механических свойств, и более высокой температуре Т₂

Т₂ = Ту ♦ 50 К.    (6.3)

6.2.5    Предлагаемый метод определения характеристик длительных механических свойств материалов допускает экстраполяцию по параметру t в пределах одного порядка, но до напряжений, не меньше минимальных, полученных при испытаниях на длительную прочность при температуре Т₂.

6.2.6    Для получения характеристик длительных механических свойств стали или сплава считаются правомерными результаты испытаний, полученные для разных партий, представляющих марку стали или сплава данной категории прочности. Число испытанных партий материала различных плавок должно быть не менее шести.

В число испытуемых включают партии и материал изделий после окончательных технологических операций с содержанием углерода и легирующих элементов и значениями характеристик кратковременных прочности и пластичности в пределах, оговоренных в технических условиях.

6.2.7    При отсутствии прямых испытаний по определению характристик длительных механических свойств материалов допускается использовать данные в соответствии с приложением А с учетом возможного влияния эксплуатационных факторов.