НРП-93
Нормы расчета на прочность транспортных упаковочных комплектов для перевозки ядерных делящихся материалов

НРП-93

НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ТРАНСПОРТНЫХ УПАКОВОЧНЫХ КОМПЛЕКТОВ
ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЯДЕРНЫХ ДЕЛЯЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ

Дата введения 1993-08-01

СОГЛАСОВАНЫ

Начальник 4 Главного научно-технологического управления Минатома РФ Е.И. Микерин

14 января 1993 г.

Председатель Комитета по безопасности, экологии и чрезвычайным ситуациям Минатома РФ В.А. Губанов

14 января 1993 г.

Генеральный директор государственного концерна «ТВЭЛ» Л.Д. Проскуряков

13 января 1993 г.

Заместитель генерального директора ВО ВНИПИЭТ А.Н. Кондратьев

11 января 1993 г.

УТВЕРЖДЕНЫ

Первый заместитель министра Российской Федерации по атомной энергии В.Ф. Коновалов

14 января 1993 г.

ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ с 01.08.93 г. Приказом № 325 министра.

«Нормы расчета на прочность транспортных упаковочных комплектов для перевозки ядерных делящихся материалов» содержат требования к материалам и основные правила расчетов на прочность ТУК, проектируемых, изготавливаемых и эксплуатируемых предприятиями Минатома РФ и предназначенных для перевозки свежего топлива энергетических и исследовательских реакторов, ядерных делящихся материалов: гексафторида, окислов и слитков урана, плутония и других подобных материалов, на которые распространяются требования Правил ОПБЗ-83.

В основу Норм, разработанных впервые, положены: результаты исследований конструкционных материалов ТУК, выполненные НПО ЦКТИ в 1980 - 1992 г.г.; исследования физико-механических свойств сталей для ТУК, выполненные совместно с ЦНИИМатериалов Миноборонпрома в 1981 - 1991 г.г.; результаты расчетов и натурных испытаний ТУК для ЯДМ, проведенные на стендах ПО «Новосибирский завод химконцентратов», ПО «Машиностроительный завод» и ВО ВНИПИЭТ в 1980 - 1992 г.г. для подтверждения их соответствия требованиям Правил ОПБЗ-83 и сертификации.

Нормы разработаны Всероссийским проектно-конструкторским, научно-исследовательским и технологическим объединением «ВО ВНИПИЭТ». Научный руководитель проблемы транспортирования и хранения ЯДМ - заместитель генерального директора, д.т.н., профессор А.Н. Кондратьев; начальник отдела, к.т.н. Н.С. Тихонов; начальник лаборатории к.т.н. А.И. Токаренко; руководитель темы д.т.н. Л.М. Постнов.

Настоящий документ содержит основные нормы для расчетов на прочность транспортных упаковочных комплектов (ТУК), на которые распространяются требования нормативно-технического документа «Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов. ОПБЗ-83», за исключением ТУК для отработавшего топлива.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие нормы распространяются на вновь проектируемые и модернизируемые ТУК, а также должны использоваться при очередной сертификации имеющегося парка ТУК.

1.2. Настоящие нормы должны применяться при оценке прочности основных элементов, обеспечивающих герметичность, радиационную и ядерную безопасность ТУК. Совокупность компонентов, входящих в состав ТУК, регламентируется п. 1.2.7 ОПБЗ-83.

1.3. Настоящие нормы не распространяются на элементы, деформация и разрушение которых не нарушает герметичность, не изменяет параметры радиационной и ядерной безопасности ТУК.

1.4. Настоящие нормы могут применяться при оценке прочности основных элементов ТУК, предназначенных для эксплуатации в температурном интервале от 223 К до 623 К (от минус 50 °С до 350 °С).

1.5. Сварные соединения и наплавки должны выполняться согласно «Основным положениям по сварке и наплавке оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-009-89».

1.6. Контроль сварных соединений и наплавок должен проводиться согласно «Правилам контроля сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-010-89».

1.7. Крепежные элементы должны выполняться согласно ГОСТ 23304-78 «Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых соединений АЭУ» с дополнительными требованиями по ударной вязкости при температуре 223 К (минус 50 °С), изложенными в п. 3.2. настоящих Норм.

1.8. Для изготовления ТУК должны использоваться конструкционные материалы, перечень которых и их свойства приведены в Приложении 1 к настоящим Нормам.

Запрещается для изготовления ТУК применение обезличенных материалов, не имеющих сертификатов завода-изготовителя.

1.9. Для включения в перечень новых конструкционных материалов они должны быть аттестованы согласно требованиям Приложения 2 к настоящим Нормам.

1.10. Ответственность за правильность применения настоящих Норм несет предприятие или организация, выполнявшая соответствующий расчет.

1.11. Подтверждение соответствия ТУК настоящим Нормам дается предприятием или организацией, оформляющим сертификат-разрешение.

2. УСЛОВИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ

2.1. Нормальные условия эксплуатации (НУЭ) - условия вероятнее всего встречающиеся при обычной перевозке (безаварийные условия).

В этих условиях ТУК и его элементы испытывают нагрузки от веса, внутреннего давления, ударных и вибрационных воздействий; для болтов и шпилек дополнительно от усилия затяга; для грузозахватных приспособлений, кроме нагрузок от веса, нагрузки от возможных рывков при подъеме ТУК.

ТУК при НУЭ должен обеспечивать выполнение требований ОПБЗ-83 в течение заданного ресурса с учетом профилактических и ремонтных мероприятий, предусмотренных нормативно-технической документацией.

2.2. Нарушение нормальных условий эксплуатации (ННУЭ) - нормальные условия перевозки (незначительные происшествия).

В этих условиях ТУК и его элементы дополнительно испытывают нагрузки при температуре до 223 К (минус 50 °С) от ударов с энергией эквивалентной свободному падению на жесткое основание. Высота падения задается в зависимости от массы загруженного ТУК согласно табл. 1. Кроме того, ТУК должен обладать способностью выдерживать другие нагрузки, указанные в п.п. 3.2.3 - 3.2.6 ОПБЗ-83.

Таблица 1

При определении суммарных нагрузок ударные и вибрационные воздействия, принятые для нормальных условий транспортирования, не учитываются.

ТУК после ННУЭ должен обеспечивать требования ОПБЗ-83 для этих условий. Решение о необходимости проведения ремонта для обеспечения дальнейшего использования ТУК в НУЭ принимается лицом, ответственным за перевозку.

2.3. Аварийные ситуации (АС) - аварийные условия перевозки. В этих условиях ТУК и его элементы дополнительно испытывают нагрузки при температуре до 223 К (минус 50 °С) от удара с энергией эквивалентной свободному падению на жесткое основание с максимальной высоты принятой равной 9 м.

Кроме того, ТУК должен обладать способностью выдерживать другие нагрузки, указанные в п. 3.3.2 - 3.3.4 ОПБЗ-83, а также нагрузки от сейсмического воздействия максимального расчетного землетрясения (MP3) со средней повторяемостью до 10000 лет.

При определении суммарных нагрузок ударные и вибрационные воздействия, принятые для нормальных условий транспортирования, не учитываются.

ТУК после попадания в АС должен обеспечивать требования ОПБЗ-83 для этих условий. Решение о возможности использования ТУК принимается комиссией, расследующей причины аварии.

Примечание: Поверочный расчет ТУК в условиях пожара выполняется в соответствии с нормами, приведенными в Приложении 4.

3. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

3.1. Материалы корпусов и крышек при толщине свыше 5 мм до 25 мм должны иметь ударную вязкость (KCU) при температуре 223 К (минус 50 °С) не менее 24 Дж/см² (2,5 кгс∙м/см²).

При толщине 5 мм и менее ударная вязкость не определяется, при этом, материалы, указанные в Приложении 1, могут применяться без ограничений.

При толщине свыше 25 мм материалы должны иметь температуру нулевой пластичности (ТИП), определяемую методом падающего груза, не выше 223 К (минус 50 °С).

3.2. Материалы болтов, шпилек, гаек и других крепежных деталей должны иметь ударную вязкость (KCY) при температуре 223 К (минус 50 °С) не менее 29 Дж/см² (3,0 кгс∙м/см²). Остальные требования к крепежным деталям должны соответствовать ГОСТ 23304-78 «Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых соединений АЭУ». При этом для крепежа ТУК устанавливается группа качества 2а.

3.3. Материалы цапф и других грузозахватных и опорных приспособлений должны иметь ударную вязкость (KCY) при температуре 223 К (минус 50 °С) не менее 29 Дж/см² (3,0 кгс∙м/см²).

3.4. Материалы других элементов ТУК при толщине свыше 5 мм должны иметь ударную вязкость (KCU) при температуре 223 К (минус 50 °С) не менее 19 Дж/см² (2,0 кгс∙м/см²).

При толщине 5 мм и менее ударная вязкость не определяется, при этом, материалы, указанные в Приложении 1, могут применяться без ограничений.

3.5. Допускается использование материалов, не указанных в Приложении 1, при этом их сдаточные свойства должны гарантировать требуемый п.п. 3.1 - 3.4 уровень ударной вязкости или ТНП.

При отсутствии в сертификате на материал данных по вязким свойствам необходимо провести на заводе-изготовителе ТУК определение ударной вязкости при минимальной допустимой температуре эксплуатации ТУК. Если вязкие свойства материала ниже требуемых Нормами, то необходимо ограничить температуру эксплуатации ТУК температурой, при которой эти свойства гарантируются.

4. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

4.1. При определении номинальных допускаемых напряжений значения механических свойств используемых материалов следует принимать по данным государственных или отраслевых стандартов (ГОСТ или ОСТ), или технических условий (ТУ).

В случае отсутствия в этих документах необходимых данных, следует руководствоваться значениями, приведенными в Приложении 1 настоящих Норм.

4.2. Нормами не регламентируются методы, применяемые для определения нагрузок, усилий, перемещений, напряжений и деформаций рассчитываемых элементов. Выбранные методы должны учитывать все расчетные нагрузки для всех расчетных случаев и давать возможность определять все необходимые расчетные напряжения.

Ответственность за выбор того или иного метода несет предприятие или организация, выполнявшая соответствующий расчет или эксперимент.

4.3. Напряжения растяжения, определенные при расчете на прочность, не должны превышать значений, указанных в табл. 2.

Таблица 2

Допускаемые напряжения растяжения для элементов ТУК

4.4. Допускаемые средние касательные напряжения не должны превышать 0,5 от величины допускаемых напряжений растяжения.

4.5. Детали чехлов и другие детали, обеспечивающие дистанционирование элементов ядерных делящихся материалов в ТУК, дополнительно рассчитываются на величину максимальной амплитуды колебаний за счет вибраций и ударов при НУЭ и ударов при ННУЭ и АС. Допустимая величина амплитуды определяется минимальным допустимым расстоянием между элементами ядерных делящихся материалов, принятых при обосновании ядерной безопасности.

Для оценки вибропрочности рекомендуется использовать Приложение 8 к «Нормам расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

4.6. В тех случаях, когда расчетные напряжения в каких-либо элементах ТУК превышают при НУЭ номинальные допускаемые напряжения, для этих элементов должен быть проведен поверочный расчет на циклическую прочность согласно раздела 5.6 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

4.7. Основными расчетными нагрузками являются:

4.7.1. Для корпусов и крышек:

При НУЭ - суммарные нагрузки от внутреннего давления, веса ТУК, ударных и вибрационных воздействий в нормальных условиях транспортирования.

При ННУЭ - суммарные нагрузки от внутреннего давления и нагрузки от ударов с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты, указанной в табл. 1.

При АС - суммарные нагрузки от внутреннего давления и нагрузки от удара с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты 9 м.

4.7.2. Для болтов, шпилек и других крепежных деталей.

При НУЭ - суммарные нагрузки от внутреннего давления, усилий затяга, ударных и вибрационных воздействий в нормальных условиях транспортирования.

При ННУЭ - суммарные нагрузки от внутреннего давления, усилий затяга и нагрузки от ударов с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты, указанной в таблице 1.

При АС - суммарные нагрузки от внутреннего давления, усилий затяга и нагрузки от удара с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты 9 м.

4.7.3. Для деталей чехлов, пеналов и других элементов, обеспечивающих дистанционирование элементов ядерных делящихся материалов в ТУК.

При НУЭ - суммарные нагрузки от веса ТУК, ударных и вибрационных воздействий в нормальных условиях транспортирования.

При ННУЭ - нагрузки от ударов с энергией эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты, указанной в таблице 1.

При АС - нагрузки от удара с энергией эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты 9 м.

4.7.4. Для цапф и других деталей грузозахватных и опорных приспособлений.

При НУЭ - суммарные нагрузки от веса ТУК, ударных и вибрационных воздействий в нормальных условиях транспортирования. Рывки при грузоподъемных операциях в расчетах не учитываются, а их влияние компенсируется повышенным запасом прочности, принятым для НУЭ.

При АС - суммарные нагрузки от веса ТУК и сейсмических воздействий на грузозахватные приспособления для МРЗ.

4.7.5. Для других элементов ТУК.

При НУЭ - суммарные нагрузки от веса ТУК, внутреннего давления, ударных и вибрационных воздействий в нормальных условиях транспортирования.

При ННУЭ - суммарные нагрузки от внутреннего давления и нагрузки от ударов с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты, указанной в таблице 1.

При АС - расчет на прочность не производится. Демпфирующие элементы рассчитываются на энергопоглощение за счет их деформации и разрушения от удара с энергией, эквивалентной свободному падению на жесткое основание с высоты 9 м.

4.8. Для расчетов при ННУЭ и АС, в зависимости от конструкции ТУК, в качестве основных нагрузок могут выбираться нагрузки от воздействий иных условий, предусмотренных ОПБЗ-83, если напряжения от них превышают напряжения от падения с высоты, указанной в таблице 1 или высоты 9 м. Необходимость таких расчетов определяется разработчиком ТУК.

4.9. Прочность конструкции ТУК, выполненных в соответствии с настоящими нормами, может быть продемонстрирована любыми методами, регламентированными п. 3.1.4 ОПБЗ-83.

5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

5.1. В тех случаях, когда не обеспечены требования по вязким характеристикам материалов, когда расчетные напряжения в элементах ТУК при ННУЭ и при АС превышают указанные в таблице 2, подтверждение их прочности модельными или натурными испытаниями элементов, узлов или в целом ТУК являются обязательными.

Допускается подтверждение прочности положительными результатами ранее проведенных натурных испытаний ТУК аналогичной конструкции.

5.2. В паспортах на ТУК, подготовленных к испытаниям, должны быть приведены фактические или сертификатные значения механических свойств материалов основных деталей контейнера.

При отсутствии данных по механическим свойствам конкретных материалов, из которых изготовлены детали испытанного ТУК, для анализа результатов испытаний следует использовать расчетные минимальные гарантированные и максимальные допустимые значения механических свойств соответствующих классов сталей, приведенных в Приложении 1.

5.3. Допускается деформация и разрушение отдельных элементов ТУК при испытаниях, в т.ч. приводящих к нарушению его герметичности, если и для этих случаев подтверждено сохранение радиационной и ядерной безопасности в соответствии с требованиями ОПБЗ-83 для ННУЭ и АС.

5.4. Методики испытаний и заключения по результатам испытаний должны быть согласованы с головной организацией по транспортированию.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
(обязательное)

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА

Условные обозначения:

1. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

1.1. Марки углеродистых сталей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

1.2. Минимально допустимая температура эксплуатации изделий:

1.3. Расчетные механические и физические свойства углеродистых сталей приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

1.4. Расчетные гарантированные (мин.) и предельно допустимые (макс.) прочностные характеристики углеродистых сталей при статическом и динамическом растяжении со скоростью относительной деформации 1 ∙ 10^-3 1/сек и 5 ∙ 10³ 1/сек соответственно приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3.

1.5. Гарантированные значения ударной вязкости приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4.

1.6. Температура нулевой пластичности (ТНП) не выше 273 К (0 °С).

1.7. Гарантированный критический коэффициент интенсивности напряжений при динамическом нагружении (K_1д) для температуры 273 К (0 °С) - 44 МПа∙м^1/2 (140 кгс∙мм^3/2).

1.8. При расчете циклической прочности принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.5 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

1.9. Свойства сварных соединений принимаются равными свойствам основного металла.

2. МАРГАНЦОВИСТЫЕ И КРЕМНЕМАРГАНЦОВИСТЫЕ СТАЛИ

2.1. Марки марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

2.2. Минимальная допустимая температура эксплуатации изделий при толщине до 25 мм - 223 К (минус 50 °С).

2.3. Расчетные механические и физические свойства марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

2.4. Расчетные гарантированные (мин.) и предельно допустимые (макс.) прочностные характеристики марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей при статическом и динамическом растяжении со скоростью относительной деформации 1 ∙ 10^-3 1/сек и 5 ∙ 10³ 1/сек соответственно приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3.

2.5. Гарантированные значения ударной вязкости приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4.

2.6. При расчете циклической прочности принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.5 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

2.7. Свойства сварных соединений принимаются равными свойствам основного металла.

3. НИКЕЛЬМОЛИБДЕНОВЫЕ СТАЛИ

3.1. Марки никельмолибденовых сталей приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

3.2. Минимально допустимая температура эксплуатации изделий при толщине до 400 мм - 223 К (минус 50 °С).

3.3. Расчетные механические и физические свойства никельмолибденовых сталей приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

3.4. Расчетные гарантированные (мин.) и предельно допустимые (макс.) прочностные характеристики никельмолибденовых сталей при статическом и динамическом растяжении со скоростью относительной деформации 1 ∙ 10^-3 1/сек и 5 ∙ 10³ 1/сек приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

3.5. Гарантированные значения ударной вязкости приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4.

3.6. Температура нулевой пластичности (ТНП) не выше 253 К (минус 50 °С).

3.7. Гарантированный критический коэффициент интенсивности напряжений при динамическом нагружении (K_1д) для температуры 253 К (минус 50 °С) - 47 МПа∙м^1/2 (150 кгс/мм^3/2).

3.8. При расчете циклической прочности принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.5 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86.»

3.9. Свойства сварных соединений принимаются равными свойствам основного металла.

4. ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА

4.1. Марки хромоникелевых сталей аустенитного класса приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

4.2. Минимальная допустимая температура эксплуатации изделий при толщине до 400 мм - 223 К (минус 50 °С).

4.3. Расчетные механические и физические свойства хромоникелевых сталей аустенитного класса приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2.

4.4. Расчетные гарантированные (мин.) и предельно допустимые (макс.) прочностные характеристики хромоникелевых сталей аустенитного класса при статическом и динамическом растяжении со скоростью относительной деформации 1 ∙ 10^-3 1/сек и 5 ∙ 10³ 1/сек приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3.

4.5. Гарантированные значения ударной вязкости (KCY) во всем диапазоне температур, в т.ч. и при 253 К (минус 50 °С) - существенно выше 59 Дж/см² (6,0 кгс∙м/см²).

4.6. Температура нулевой пластичности (ТНП) ниже 253 К (минус 50 °С).

4.7. При расчете циклической прочности принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.6 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

4.8. Свойства сварных соединений принимаются равными свойствам основного металла.

5. СТАЛИ ДЛЯ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ

5.2. Марки сталей для крепежных деталей приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Примечания:

^* Допускается использование сталей марок 25 и 30 при обеспечении свойств, предусмотренных для стали 35.

^** Расчетные свойства сталей марок 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т приведены в разделе 4 настоящего Приложения.

При использовании других марок сталей, предусмотренных ГОСТ 23304-78, расчетные свойства принимаются по справочным данным или определяются интерполяцией данных настоящего раздела на соответствующую категорию прочности (гарантированное значение условного предела текучести).

5.2. Минимальная допустимая температура эксплуатации изделий - 223 К (минус 50 °С).

5.3. Расчетные механические и физические свойства сталей для крепежных деталей приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2.

5.4. Расчетные гарантированные (мин.) и предельно допустимые (макс.) прочностные характеристики сталей для крепежных деталей при статическом и динамическом растяжении со скоростью относительной деформации 1 ∙ 10^-3 1/сек и 5 ∙ 10³ 1/сек приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3.

5.5. Гарантированные значения ударной вязкости приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4.

5.6. При расчете циклической прочности крепежных деталей:

- из углеродистых сталей марок 35 и 45 принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.5.;

- из хромистых сталей марок 35Х и 30Х принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.9;

- из сталей марок 07Х16Н4Б и 38ХН3МФА принимается кривая усталости, приведенная на рис. 5.10 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
(обязательное)

ТРЕБОВАНИЯ К АТТЕСТАЦИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящий нормативно-технический документ устанавливает требования к аттестации конструкционных материалов и их сварных соединений для применения при изготовлении транспортных упаковочных комплектов (ТУК) для перевозки ядерных делящихся материалов, на которые распространяются требования нормативно-технического документа «Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов (ОПБЗ-83)».

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При аттестации материалов и их сварных соединений для включения в число допущенных к применению для изготовления ТУК должны быть даны:

- общие сведения;

- физико-механические свойства;

- ударная вязкость и другие характеристики сопротивления хрупкому разрушению;

- характеристики коррозионной стойкости;

- характеристики циклической прочности.

1.2. Для аттестуемых материалов должно быть подтверждено отсутствие изменения свойств за полный ресурс эксплуатации или должны быть представлены количественные данные, характеризующие изменение свойств в процессе эксплуатации.

1.3. Количество исследуемых заготовок и сварных соединений должно быть достаточным для определения гарантированных свойств в допускаемых пределах изменений химического состава, режимов термической обработки, сварки, а также предлагаемых для использования видов и типоразмеров полуфабрикатов.

1.4. Допускается давать обобщенные характеристики для групп материалов близких по составу и свойствам.

2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АТТЕСТАЦИИ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Общие сведения.

2.1.1. Для основного металла должны быть представлены следующие сведения:

- химический состав металла с указанием пределов содержания элементов и вредных примесей (для стандартных марок материалов дается ссылка на соответствующий ГОСТ);

- вид и способ получения полуфабриката;

- вид и режим термической обработки;

- сертификатные данные на полуфабрикаты, использованные при проведении испытаний, с указанием номеров партий и плавок;

- зоны вырезки образцов и ориентация их в полуфабрикатах.

2.1.2. Для сварочных и наплавочных материалов должны быть представлены следующие сведения:

- способ сварки;

- сочетание сварочных (наплавочных) и основных материалов по их маркам;

- химический состав наплавленного металла (металла шва) с указанием пределов содержания элементов и вредных примесей;

- необходимость и режимы предварительного и сопутствующего подогрева;

- необходимость, вид и режимы термической обработки.

2.1.3. Для основного металла и его сварных соединений должны быть представлены следующие сведения:

- минимальная температура, выше которой разрешается использование материала в условиях динамического нагружения;

- рабочие среды, в которых разрешается использование материала.

2.2. Физико-механические свойства

2.2.1. Для основного металла и металла сварного шва должны быть представлены гарантируемые и полученные при испытаниях следующие механические свойства:

Динамический условный предел текучести определяется согласно требованиям РД 50-344-82 «Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при динамическом нагружении».

2.2.2. Для сварного соединения должны быть представлены гарантируемые и полученные при испытаниях значения временного сопротивления и угла загиба.

2.2.3. Для основного металла и наплавленного металла (металла шва) должны быть представлены значения следующих физических свойств:

2.2.4. Характеристики, указанные в п.п. 2.2.1. - 2.2.3 должны быть определены при температуре 293 К (20 °С) и в диапазоне температур от 223 К (минус 50 °С) до 623 К (350 °С) через каждые 50°.

Отношение динамического условного предела текучести к статическому условному пределу текучести, угол загиба сварных соединений и плотность определяются только при температуре 293 К (20 °С).

2.3. Ударная вязкость и другие характеристики сопротивления хрупкому разрушению.

2.3.1. Для основного металла и для металла сварного шва должна быть определена ударная вязкость - KCY, Дж/см² (кгс∙м/см²) и доля волокнистой составляющей в изломе - В, % в интервале температур от 203 К (минус 70 °С) до 423 К (150 °С).

В диапазоне температур перехода от хрупкого к вязкому разрушению испытания проводятся с температурным шагом не более 20 К. При каждой температуре испытывается не менее трех образцов.

2.3.2. Для материала корпусов и крышек при толщине заготовок свыше 25 мм дополнительно к характеристикам, перечисленным в п. 2.3.1, определяются:

- температура нулевой пластичности (ТИП) при испытаниях методом падающего груза;

- критический коэффициент интенсивности напряжений при динамическом нагружении - K_1д, МПа∙м^1/2 (кгс/мм^3/2) для температуры 223 К (минус 50 °С).

Испытания для получения указанных характеристик должны проводиться согласно требованиям РД 50-344-82 «Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при динамическом нагружении».

2.4. Характеристики циклической прочности.

2.4.1. Характеристики циклической прочности определяются для температуры 293 К (20 °С).

2.4.2. Определение характеристик циклической прочности проводится по методикам Приложения 2 «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

2.4.3. В случаях, когда материалы ТУК принципиально не отличаются от материалов АЭУ, допускается использование расчетных кривых усталости раздела 5.6. «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86». При этом конкретные группы материалов и типов деталей должны быть отнесены к конкретным графикам, приведенным в указанных нормах с указанием номера соответствующего рисунка.

2.5. Характеристики коррозионной стойкости

При аттестации материалов и их сварных соединений должны быть указаны:

- значения сплошной коррозии, язвенной коррозии, коррозии под напряжением при всех условиях эксплуатации;

- для коррозионно-стойких сталей - подтверждение стойкости к межкристаллитной коррозии;

- подтверждение возможности дезактивации изделий из аттестуемого материала.

3. ПОРЯДОК АТТЕСТАЦИИ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Техническое задание на разработку и аттестацию новых материалов, применительно к ТУК, составляет и согласовывает с соответствующей организацией предприятие - разработчик транспортного упаковочного комплекта.

3.2. Программу аттестационных испытаний составляет материаловедческая организация - разработчик с учетом требований настоящего нормативного документа и согласовывает с НИКИЭТ - головной материаловедческой организацией.

3.3. После завершения аттестационных испытаний должен быть оформлен отчет и паспорт на материал, а также стандарты или технические условия, включающие объем, методы и нормы контроля материала, заготовок и деталей. При оформлении отчета и паспорта разрешается использовать имеющиеся справочные данные по свойствам аттестуемого материала.

3.4. Организация-разработчик нового материала согласовывает аттестационный отчет с НИКИЭТ и через ВО ВНИПИЭТ представляет проект решения о включении этого материала в состав «Норм расчета на прочность транспортных упаковочных комплектов...».

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
(рекомендуемое)

НОРМЫ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. На основе настоящего Приложения производится расчет на сопротивление хрупкому разрушению корпусов и крышек ТУК на стадии его проектирования

1.2. Расчету подлежат корпуса и крышки ТУК при толщине свыше 25 мм, изготовляемые из сталей перлитного класса, материал заготовок которых по температуре нулевой пластичности (ТИП) удовлетворяет требованиям п. 3.1 настоящих Норм.

1.3. Расчету не подлежат:

- корпуса и крышки ТУК при толщине до 25 мм, изготавливаемые из сталей перлитного класса, сопротивление которых хрупкому разрушению обеспечивается за счет выполнения требований по ударной вязкости в соответствии с п. 3.1 настоящих Норм;

- корпуса и крышки ТУК, изготавливаемые из сталей аустенитного класса вне зависимости от их толщины, сопротивление которых хрупкому разрушению обеспечивается за счет высокой вязкости этого класса сталей при минимальной температуре эксплуатации равной минус 50 °С;

- все другие элементы ТУК, сопротивление которых хрупкому разрушению обеспечивается за счет выполнения требований по ударной вязкости в соответствии с п.п. 3.2, 3.3 и 3.4 настоящих Норм.

1.4. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению корпусов и крышек проводится для аварийной ситуации (АС), исходя из воздействия на эти элементы усилий от удара с энергией, эквивалентной свободному падению ТУК с высоты 9 м на жесткое основание.

1.5. Основными характеристиками материала и заготовок в расчете, являются:

- критический коэффициент интенсивности напряжений при динамическом нагружении и минимальной принятой температуре эксплуатации;

- условный динамический предел текучести при этой температуре;

- предельные размеры допустимых дефектов типа трещин в заготовках и сварных соединениях на стадии изготовления ТУК.

1.6. Сопротивление хрупкому разрушению считается обеспеченным, если в рассматриваемом режиме эксплуатации и при качестве заготовок, удовлетворяющем требованиям нормативно-технической документации на ТУК, выполнено условие:

где:  - коэффициент интенсивности напряжений при ударе с энергией, эквивалентной свободному падению контейнера с высоты 9 м на жесткое основание;

K_1д - критический коэффициент интенсивности напряжений при динамическом нагружении для минимальной принятой температуры эксплуатации ТУК.

1.7. Величина критического коэффициента интенсивности напряжений при динамическом нагружении (K_1д) принимается согласно данным Приложения 1 настоящих Норм.

2. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ

2.1. На стадии проектирования ТУК для определения коэффициента интенсивности напряжений в качестве расчетного дефекта принимается поверхностная полуэллиптическая трещина глубиной 8 мм с соотношением длин полуосей равной 2/3, расположенная перпендикулярно к направлению действия максимальных растягивающих напряжений.

Примечание: На стадии изготовления и эксплуатации ТУК допускается в расчетах использовать фактические данные по форме, размерам и расположению дефектов типа трещин в корпусах и крышках контейнеров.

2.2. Максимальная величина напряжений в аварийной ситуации рассчитывается по методикам, учитывающим демпфирующее влияние элементов ТУК при ударе, или определяется натурными (модальными) испытаниями.

2.3. В тех случаях, когда конструкция ТУК не исключает вероятность непосредственного соударения поверхностей корпуса или крышки с жестким основанием при падении с высоты 9 м, растягивающие напряжения в зоне соударения принимаются равными максимальному расчетному динамическому условному пределу текучести, согласно данным Приложения 1 настоящих Норм.

2.4. Расчет коэффициентов интенсивности напряжений производится в соответствии с положениями раздела 5.8. «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. ПНАЭ Г-7-002-86».

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
(рекомендуемое)

НОРМЫ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ УПАКОВОЧНЫХ КОМПЛЕКТОВ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

Настоящий документ содержит основные нормы для расчетов на прочность упаковочных комплектов (ТУК), на которые распространяются требования нормативно-технического документа «Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов. ОПБЗ-83».

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие нормы должны применяться при оценке прочности основных элементов, обеспечивающих герметичность, радиационную и ядерную безопасность ТУК во время пожара и после него.

1.2. Настоящие нормы не распространяются на элементы, деформация и разрушение которых не нарушает герметичность, не изменяет параметры радиационной и ядерной безопасности ТУК.

1.3. При расчете теплонапряженного состояния ТУК, условия пожара должны соответствовать требованиям п. 3.3.3 ОПБЗ-83.

1.4. Для крепежных деталей разъемных соединений дополнительно проводится поверочный расчет на формоизменение болтов и шпилек в условиях пожара.

2. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. При определении номинальных допускаемых напряжений значения механических свойств при температурах до 623 К (350 °С) следует принимать в соответствии с данными Приложения 1, а при температурах выше 623 К (350 °С) в соответствии с данными таблиц настоящего Приложения.

2.2. Нормами не регламентируются методы, применяемые для определения температур, нагрузок, усилий, перемещений, напряжений и деформаций рассчитываемых элементов. Выбранные методы должны учитывать все расчетные тепловые воздействия, все расчетные нагрузки, для всех расчетных случаев и давать возможность определять все необходимые расчетные температуры, напряжения и деформации.

Ответственность за выбор того или иного метода несет предприятие или организация, выполнявшая соответствующий расчет или эксперимент.

2.3. Допускаемые напряжения растяжения, определенные при расчете на прочность для хромоникелевых сталей аустенитного класса до температуры 723 К (450 °С), для других классов сталей до температуры 623 К (350 °С) не должны превышать величины равной R_m/3,0.

2.4. Допускаемые напряжения растяжения, определенные при расчете на прочность для хромоникелевых сталей аустенитного класса при температурах свыше 723 К (450 °С), для других классов сталей при температурах свыше 623 К (350 °С) не должны превышать величины равной R_m/5,0.

2.5. Допускаемые средние касательные напряжения не должны превышать 0,5 от величины допускаемых напряжений растяжения для данной температуры.

2.6. Основными расчетными нагрузками являются суммарные нагрузки от веса и от внутреннего давления (с учетом его возрастания при нагреве).

РАСЧЕТНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Углеродистые стали

Таблица 2.1.

Марганцовистые и кремнемарганцовистые стали

Таблица 2.2.

Никельмолибденовые стали

Таблица 2.3.

Хромоникелевые стали аустенитного класса

Таблица 2.4.

Стали для крепежных деталей

Таблица 2.5.

Примечания:

1. Расчетные свойства сталей марок 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т при использовании их для крепежных деталей принимаются в соответствии с данными таблицы 2.4 настоящего Приложения.

2 При использовании других марок стали, предусмотренных ГОСТ 23304-78, расчетные свойства принимаются по справочным данным или определяются интерполяцией данных настоящего раздела на соответствующую категорию прочности (гарантированное значение условного предела текучести).

3. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ БОЛТОВ И ШПИЛЕК ГЛАВНОГО РАЗЪЕМА ТУК В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

3.1. При расчете определяют накопление необратимых пластических деформаций болтов и шпилек в условиях пожара за счет релаксации предварительно созданных упругих напряжений и дополнительной пластической деформации болтов и шпилек за счет возникновения температурных градиентов в отдельных элементах разъемных соединений при пожаре с учетом разности коэффициентов температурного расширения материалов этих элементов.

3.2. Расчетная суммарная величина остаточной пластической деформации болтов и шпилек определяется после полного цикла разогрева ТУК в очаге пожара и последующего его охлаждения до исходной температуры.

3.3. Герметичность разъема после пожара считают обеспеченной, если выполнено условие:

Δ

где: ∆l - суммарная величина остаточного пластического удлинения гладкой части болтов или шпилек, мм;

h₀ - исходная проектная высота резинового уплотнения, выступающая из гнезда, мм.

3.4. Суммарная величина остаточного пластического удлинения гладкой части болтов или шпилек определяется по формуле:

∆

где: l₀ - начальная длина гладкой части болтов или шпилек, мм;

σ - начальное напряжение растяжения в гладкой части болтов или шпилек, кгс/мм²;

E - модуль нормальной упругости материала болтов или шпилек при температуре 293 К (20 °С), МПа (кгс/мм²);

Δl_t - максимальная разность величин температурного расширения фланца и гладкой части болтов или шпилек в процессе разогрева при пожаре, мм.

3.5. Величина Δl_t определяется предприятием или организацией, выполняющей расчеты теплонапряженного состояния ТУК в условиях пожара.

4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

4.1. Прочность конструкции ТУК в условиях пожара, отвечающих нормам поверочного расчета, приведенным в настоящем Приложении, может быть продемонстрирована любыми методами, регламентированными п. 3.1.4 ОПБЗ-83.

4.2. В тех случаях, когда расчетные напряжения в элементах ТУК превышают допускаемые разделом 2 настоящего Приложения, или не выполняются расчетные условия герметичности главного разъема в соответствии с требованиями раздела 3 настоящего Приложения, подтверждение их прочности модельным или натурным испытаниям элементов, узлов или в целом ТУК являются обязательными.

Допускается подтверждение прочности положительными результатами ранее проведенных испытаний ТУК аналогичной конструкции.

4.3. Допускается деформация и разрушение отдельных элементов ТУК, в т.ч. приводящих к нарушению его герметичности, если и для этих условий подтверждено сохранение радиационной и ядерной безопасности в соответствии с требованиями ОПБЗ-83 для аварийных ситуаций.

4.4. Методика испытаний и заключение по результатам испытаний должны быть согласованы с головной организацией по транспортированию.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-86.

2. ГОСТ 380-88. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

3. ГОСТ 14637-89. Прокат толстолистовой и широкополосный универсальный из углеродистой стали общего назначения. Технические условия.

4. ГОСТ 535-88. Прокат сортовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия.

5. ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой, калиброванный со специальной обработкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия.

6. ГОСТ 1577-81. Прокат широкополосный универсальный из углеродистой конструкционной качественной стали. Технические условия.

7. ГОСТ 8731-87. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия.

8. ГОСТ 8733-87. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные и теплодеформированные. Технические условия.

9. ГОСТ 10705-76. Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования.

10. ГОСТ 10706-76. Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования.

11. ГОСТ 8696-74. Трубы электросварные со спиральным швом общего назначения.

12. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия.

13. Исследование сопротивления хрупкому разрушению материала транспортных контейнеров. Отчет НПО ЦКТИ № 126004/0-10551, 1981.

14. Определение расчетных характеристик материала корпусов транспортных контейнеров. Отчет НПО ЦКТИ № 126204/0-11167, 1983.

15. Исследование свойств стали 20 для корпусов контейнеров ТК-6. Отчет ВО ВНИПИЭТ инв. № 86-Л1-14733, 1986.

16. Исследование хрупкой прочности и трещиностойкости стали 20 и ее сварных соединений с целью определения размеров допустимых дефектов. Отчет НПО ЦКТИ № 126814/0-12303, 1988.

17. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.

18. ТУ 24-00-14-361-86. Поковки из стали 06Н2М для транспортных контейнеров.

19. ТУ 108.11.965-88. Поковки из стали 09Н2МФБА-А.

20. Испытание стали 06Н2М и материалов сварных соединений при изготовлении 5-ти корпусов контейнеров ТК-13. Отчет ПО «Ждановтяжмаш», арх. № 0692, 1989.

21. Проведение работ по аттестации сварных соединений стали 06Н2М. Отчет НПО ЦКТИ № 126008/0-12535, 1990.

22. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки и технические условия.

23. ГОСТ 5949-75. Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.

24. ГОСТ 9940-81. Трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионностойкой стали. Технические условия.

25. ГОСТ 9941-81. Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионностойкой стали. Технические условия.

26. ГОСТ 25054-81. Поковки из коррозионностойкой стали и сплавов. Общие технические условия.

27. ГОСТ 23304-78. Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых соединений атомных энергетических установок. Технические требования.

28. РТМ 3-588-85. Металлы и сплавы. Физико-механические свойства при различных температурах и условиях нагружения.

29. Отчет об испытаниях упаковочного комплекта 2502-504.000 для хранения и транспортирования рабочих кассет и кассет СУЗ реактора ВВЭР-440 на соответствие требованиям Правил МАГАТЭ-73. 2502-504.000 ДЗ. ПО «Машиностроительный завод», 1973.

30. Отчет об испытаниях упаковок УП.0005.01.00.000 для транспортировки и хранения ТВС реактора МР на соответствие требованиям Правил МАГАТЭ. УП.0005.01.00.000 ДО. ПО «Новосибирский завод химконцентратов», 1984 г.

31. Отчет об испытаниях на механическое повреждение транспортного упаковочного комплекта 2506-251.000, 2506-207.000 для хранения и транспортирования рабочих кассет и кассет СУЗ реактора ВВЭР-440 на соответствие требованиям Правил ОПБЗ-83 и МАГАТЭ-85. 25-2.504.000 ДЗ-1. ПО «Машиностроительный завод», 1992.

32. Отчет о межведомственных испытаниях транспортных упаковочных комплектов ТК-С14, ТК-С15, ТК-С16, ТК-С17 и ТК-С18 для перевозки свежего топлива исследовательских реакторов на соответствие требованиям Правил ОПБЗ-83. Отчет инв. № 92 - 01693. ВО ВНИПИЭТ, 1992.

33. Исследование физико-механических свойств сталей, используемых для изготовления ТУК для ЯДМ. Отчет инв. № 91 - 13197. ВО ВНИПИЭТ, 1991.

Содержание