ГОСТ Р 59115.4-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Длительные механические свойства конструкционных материалов
Актуально на 02.11.2026.
Как цитировать: "ГОСТ Р 59115.4-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Длительные механические свойства конструкционных материалов". ГОСТ Р 59115.4-2021. https://bukva.ai/docs/standart-gost-r-59115-4-2021
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 20.10.2021 № 1168-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 01.01.2022.
Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. № 1168-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ДЛИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Long-term mechanical properties of structural materials
ГОСТ Р 59115.4-2021
ОКС 27.120.99
Дата введения 1 января 2022 года
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 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)
Введение
Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
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 °C. 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
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 ссылку.
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 Tt.
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 \epsilon перехода упругой деформации в вязкопластическую по механизму ползучести.
3.1.8 условный предел ползучести: Напряжение, которое вызывает при температуре T полную деформацию 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:
Tt — температура, выше которой необходимо учитывать ползучесть, К (°C);
Tобл — температура облучения, К (°C);
\epsilon t — время до разрушения, ч;
R_{p0,2}^{T} — напряжение, МПа;
R_{m}^{T} — минимальное значение условного предела текучести материала при остаточной деформации 0,2% при температуре T, МПа;
\overline{R_{mt}^{T}} — минимальное значение временного сопротивления материала при температуре T, МПа;
R_{mt}^{T} — среднее значение предела длительной прочности за время t при температуре T, МПа;
\overline{R_{c}^{T}} — минимальное значение предела длительной прочности за время t при температуре T, МПа;
R_{c}^{T} — среднее значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении, МПа;
R_{ct}^{T} — минимальное значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении, МПа;
A_{t}^{T} — условный предел ползучести при температуре T, МПа;
Z_{t}^{T} — относительное удлинение при длительном статическом нагружении за время t при температуре T, %;
\epsilon_{ft}^{T} ET — модуль Юнга при температуре T, МПа;
\xi — длительная пластичность (деформация разрушения), м/м;
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 Tt, при которой в материале проявляется ползучесть и становится необходимым определение характеристик длительной прочности:
- для алюминиевых и титановых сплавов при T > 20 °C (293 К);
- циркониевых сплавов при T > 250 °C (523 К);
- углеродистых, легированных, кремнемарганцовистых, высокохромистых сталей марок T > 350 °C (623 К);
- хромомолибденованадиевых сталей при T > 400 °C (673 К);
- стали марки 07Х12НМФБ при T > 425 °C (698 К);
- коррозионно-стойких сталей аустенитного класса и железоникелевых сплавов при T > 450 °C (723 К). В таблице 1 приведены значения температуры Tt для марок сталей, приведенных в приложении А, выше которой необходимо учитывать ползучесть в металле при расчете на прочность.
Таблица 1
Значения температуры Tt для марок сталей, приведенных в приложении А
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 документации <1>, 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.
<1> Применимость материалов для изготовления оборудования и трубопроводов регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1].
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.3, 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 08Х16Н11М3 с учетом влияния облучения (приложение В);
- длительная пластичность и истинное напряжение при разрыве при длительном статическом нагружении сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 и 07Х12НМФБ с учетом влияния облучения (приложение Г);
- параметры науглероживания и коэффициенты снижения прочности при обезуглероживании при длительном контакте стали с натрием реакторной чистоты (приложение Д).
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 Tt.
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 бы "\epsilon - t" ть 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 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. "\sigma - t"
6.1.10 По результатам испытаний на длительную прочность устанавливают (y = lg\sigma) зависимости между напряжением и временем до разрушения, выраженные графически в логарифмических координатах. Среднюю линию длительной прочности в координатах определяют методом наименьших квадратов, используя стандартные методы математической статистики.
В качестве зависимой случайной величины выбирается функция напряжения , независимой — время (x = lgt) R_{mt}^{T} .
При построении кривых длительной прочности, в \overline{R_{mt}^{T}} частности при определении предела длительной прочности экстраполяцией, м \overline{R_{c}^{T}} огут быть использованы другие системы координат.
6.1.11 Пересчет пределов длительной прочности в истинные напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении проводят по формуле
\overline{R_{c}^{T}} = \frac{1}{(1 - \frac{Z_{t}^{T}}{100})} \cdot \overline{R_{mt}^{T}}, (6.1)
где — относительное сужение при длительном статическом нагружении за время t при температуре T, %. \epsilon_{ft}^{T}
6.1.12 С использованием значения относительного сужения определяют значения длительной пластичности (деформации разрушения) по формуле
\epsilon_{ft}^{T} = - ln(1 - \frac{Z_{t}^{T}}{100}) . (6.2)
6.1.13 Зависимости для учета влияния облучения на значения длительной пластичности и истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении для сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 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 T1, для которой определяют характеристики длительных механических свойств, и более высокой температуре T2
T2 = T1 + 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 T2.
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 характеристик длительных механических свойств материалов допускается использовать данные в соответствии с приложением А с учетом возможного влияния эксплуатационных факторов.
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:
\frac{(R_{mt}^{T})_{2}}{(R_{mt}^{T})_{1}} = [\frac{(R_{p0,2}^{T})_{2}}{(R_{p0,2}^{T})_{1}}]1/2 , (6.4)
\frac{(R_{mt}^{T})_{2}}{(R_{mt}^{T})_{1}} = \frac{(R_{m}^{T})_{2}}{(R_{m}^{T})_{1}} , (6.5)
где индекс 1 — категория прочности, приведенная в таблице А.5 приложения А (категория прочности 1);
(R_{mt}^{T})_{1} ин (R_{mt}^{T})_{2} де (R_{p0,2}^{T})_{1} кс (R_{p0,2}^{T})_{2} 2 (R_{m}^{T})_{1} — (R_{m}^{T})_{2} 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 таблиц A_{t}^{T} е А.5 и ГОС Z_{t}^{T} Т Р 59115.3.
Таким Z_{t}^{T} же образом значения относительного удлинения и сужения 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:
- для
(Z_{t}^{T})_{1} = (Z_{t}^{T})_{2}[\frac{(R_{m}^{T})_{2}}{(R_{m}^{T})_{1}}]^{5},(Z_{t}^{T})_{1} = (Z_{t}^{T})_{2}[\frac{(R_{p0,2}^{T})_{2}}{(R_{p0,2}^{T})_{1}}]3,6 ; (6.6)
- для
(A_{t}^{T})_{1} = (A_{t}^{T})_{2}[\frac{(R_{m}^{T})_{2}}{(R_{m}^{T})_{1}}]^{4},(A_{t}^{T})_{1} = (A_{t}^{T})_{2}[\frac{(R_{p0,2}^{T})_{2}}{(R_{p0,2}^{T})_{1}}]3 , (6.7)
(A_{t}^{T})_{2} (A_{t}^{T})_{1} (Z_{t}^{T})_{2} (Z_{t}^{T})_{1}
где , , , (A_{t}^{T})_{1} — (Z_{t}^{T})_{1} соответственно относительное сужение и удлинение при длительном статическом нагружении материала кат R_{m}^{T} ег R_{p0,2}^{T} ор Z_{t}^{T} ий A_{t}^{T} прочности 1 и 2.
Значения и принимают по таблице А.3. Для материала категории прочности выше приведенной в таблице А.5 значения R_{c}^{TW} , , , выбирают в соответствии с ГОСТ Р 59115.3 и таблицей А.3. R_{c}^{T}
6.2.9 Истинное напряжение при разрыве при длительном статическом нагружении для металла шва сварного соединения рассчитывают по значениям истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении основного металла по формуле
R_{c}^{TW} = \phi_{S} \cdot R_{c}^{T} , (6.8)
где — коэффициент снижения длительной прочности и пластичности; принимается \epsilon_{ft}^{TW} согласно таблице 2. \epsilon_{ft}^{T}
6.2.10 Значения длительной пластичности для металла шва сварного соединения рассчитываются по значениям основного металла по формуле
\epsilon_{ft}^{TW} = \phi_{S} \cdot \epsilon_{ft}^{T} , (6.9)
где — коэффициент снижения длительной прочности и пластичности; принимается согласно таблице 2. \eta_{t} \eta_{t} R_{ct}^{T} R_{mt}^{T}
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 , на коэффициент снижения прочности от обезуглероживания , зависящий от типа материала, температуры и длительности эксплуатации. Определение значений коэффициента снижения прочности проводится по приложению Д.
Таблица 2
\phi_{S} Значения коэффициентов при различных температурах T
6.3 Метод экстраполяции пределов длительной прочности
n^{T_{2}} n^{T_{1}} t_{K}^{T_{1}} R_{mt}^{T_{1}}
6.3.1 Метод предназначен для получения пределов длительной прочности для заданного уровня вероятности разрушения P 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 T1 разрушающего напряжения за время по опытам, проведенным при температуре T1, и опытам, проведенным при температуре T2.
При обработке экспериментальных данных (оп R_{mt}^{T_{j}} ределении кр t_{K}^{T_{j}} ивых длительной прочности при температурах T1 и T2) используются опыты продолжительностью более 200 ч.
6.3.2 Зависимость разрушающего напряжения от времени при температуре Tj (j = 1, 2) описывается функцией по формуле
lgR_{mt}^{T_{j}} = a_{1}^{T_{j}} + b_{1}^{T_{j}} \cdot (lgt_{K}^{T_{j}})^{3/2} , (6.10)
где , — постоянные коэффициенты, получаемые методом наименьших квадратов.
6.3.3 Для пояснения метода и принятых обозначений на рисунке 1 приведен способ его графической реализации. "lg\sigma - lgt" Результаты испытаний на длительную прочность при температурах T1 и T2 на рисунке 1 изображены в виде точек в системе координат .
1 — испытания при T1; 2 — испытания при T2
Рисунок 1 — Кривые длительной прочности
6.3.4 По экспериментальным точкам методом t_{max}^{T_{1}} наименьших квадратов проводят средние линии длительной п \sigma_{min}^{T_{1}} рочности при температурах T1 и T2, которые изображаютс t_{m}^{T_{2}} я в общем случае криволинейными отрезками. Кривая 1 (см. рисунок 1) соответствует температуре испытания T1, кривая 2 (см. рисунок 1) — T2.
6.3.5 Для максимального времени испытания при температуре T1 по кривой 1 определяется напряжен \sigma_{min}^{T_{1}} ие и по кривой 2 соответствующее этому напряжению время \Delta lgt^{(T_{1},T_{2})} .
6.3.6 Экстраполированную кривую длительной прочности при температуре T1 и напряжениях, меньших , получают переносом кривой при T2 вправо на расстояние . При этом
\Delta lgt^{(T_{1},T_{2})} = lgt_{max}^{T_{1}} - lgt_{m}^{T_{2}} = lg\gamma_{\text{д}.\text{п}} , (6.11)
где — коэффициент экстраполяции. t_{3}^{T_{1}}
6.3.7 Предел длительной прочности при температуре T1 и заданном времени определяется по кривой 2 при эквивалентном времени tэкв. При этом
t_{\text{экв}} = t_{3}^{T_{1}}/\gamma_{\text{д}.\text{п}} . (6.12)
t_{m}^{T_{2}} \gamma_{\text{д}.\text{п}}
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 по формуле (6.11), времени из уравнения
lgt_{m}^{T_{2}} = (\frac{lg\sigma_{min}^{T_{1}} - a_{1}^{T_{2}}}{b_{1}^{T_{2}}})2/3 ; (6.13)
t_{3}^{T_{1}} определение экстраполированного предела длительной прочности при температуре T1 и заданном ресурсе по формуле
lgR_{mt}^{T_{1}} = a_{1}^{T_{2}} + b_{1}^{T_{2}} \cdot (lg \frac{t_{3}^{T_{1}}}{\gamma_{\text{д}.\text{п}}})3/2 . (6.14)
6.3.9 Значения экстраполированного предела длительной прочности при температуре T1 для заданной вероятности разрушения P рассчитывают по формуле
lgR_{mt_{3}P}^{T_{1}} = lgR_{mt}^{T_{1}} + Z_{P} \cdot S_{\sigma} , (6.15)
n^{T_{2}} \geq 12 n^{T_{1}} \geq 12 R_{mt}^{T}
S_{\sigma} где ZP — квантиль уровня P стандартного нормального распределения , определяемый согласно таблице 3 при и ;
- выборочное среднеквадратичное отклонение.
Таблица 3
Квантиль ZP уровня P стандартного нормального распределения
| P | 0,010 | 0,025 | 0,050 | 0,100 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,500 | ZP | -2,33 | -1,96 | -1,64 | -1,28 |
0,00
S_{\sigma} Выборочное среднеквадратичное отклонение вычисляют по формуле
S_{\sigma} = [\frac{(n^{T_{1}} - 2) \cdot S_{1}^{2} + (n^{T_{2}} - 2) \cdot S_{2}^{2}}{n^{T_{1}} + n^{T_{2}} - 4}]1/2 , (6.16)
\text{где }S_{j}^{2} = \frac{1}{n^{T_{j}} - 2} [\sum_{i = 1}^{n^{Tj}} [lgR_{mt_{i}}^{T_{j}} - a_{1}^{T_{j}} - b_{1}^{T_{j}}(lgt_{i}^{T_{j}})^{3/2}]^{2}];j = 1,2 . (6.17)
6.3.10 Среднее значение предела длительной прочности определяют для вероятности разрушен \overline{R_{mt}^{T}} ия P = 0,5 (ZP = 0, Zst = 0).
6.3.11 Границы доверительного интервала для линии регрессии предела длительной прочности рассчитывают по формуле
lg\overline{R_{mt}^{T}} = lg\overline{R_{mt}^{T}} \pm Z_{st}S_{\sigma} \cdot \sqrt{f\prime(J\prime J)^{- 1}f} , (6.18)
где f — вектор-столбец первых частных производных функции по формуле (6.10) по параметрам a и b;
J — матрица значений первых частных производных по параметрам a и b; n = 2 \cdot min(n^{T_{1}};n^{T_{2}})
Zst — квантиль уровня P распределения Стьюдента для (n — m) степеней свободы R_{mt}^{T} [при использовании функции по формуле (6.10) m = 2, , рекомендуется P = 0,01].
6.3.12 Уточненную оценку минимального значения предела длительной прочности для вероятности разрушения P проводят по формуле
lg\overline{R_{mt_{3}P}^{T_{1}}} = lgR_{mt}^{T_{1}} - Z_{st}S_{\sigma} \cdot \sqrt{1 + f\prime(J\prime J)^{- 1}f} , (6.19)
где знак «'» обозначает транспонирование вектора или матрицы, знак «-1» обозначает обратную матрицу.
6.3.13 Вектор столбец первых частных производных функции по формуле (6.10) определяют в виде
. (6.20)6.3.14 Для формулы (6.10) вектор f будет иметь вид
. (6.21)6.3.15 Матрицу значений первых частных производных (размерность n x 2) по параметрам a и b определяют в виде
, (6.22)где n — количество точек при одной температуре.
6.3.16 Для формулы (6.10) матрица J будет иметь вид
. (6.23)R_{mt}^{T} R_{mt}^{T} \overline{R_{mt}^{T}}
6.3.17 Среднее и минимальное значение предела длительной прочности и определяют для вероятности разрушения P = 0,5 и 0,01 соответственно. При отсутствии экспериментальных значений допускается определять средние и минимальные значения предела длительной прочности методом экстраполяции, используя в формулах (6.10) — (6.15) соответствующие значения пределов длительной прочности с квантилем ZP = 0, Zst = 0.
6.3.18 Приведенный выше способ экстраполяции основан на параметре Ларсена — Миллера. Ниже дано математическое пояснение приведения испытаний при температуре T2 к температуре T1.
6.3.19 Испытания, проведенные при температуре T2, приводят к температуре T1 по формуле
t_{3}^{T_{1}} = 10^{\frac{T_{2}(C + lgt_{K}^{T2})}{T_{1}}} {}^{- C}, (6.24)
где t — время до разрушения, ч;
T1, T2 - температура испытаний, К.
6.3.20 Константу C определяют по формуле
C = \frac{T_{1} \cdot lgt_{max}^{T_{1}} - T_{2} \cdot lgt_{m}^{T_{2}}}{T_{2} - T_{1}} , (6.25)
где t — время до разрушения, ч;
T1, T2 — температура испытаний, К.
6.3.21 Приведенные в соответствии с формулой (6.24) к температуре T1 точки обрабатывают зависимостью вида по формуле (6.10).
6.4 Метод экстраполяции условных пределов ползучести
6.4.1 Прогнозирование кривых ползучести может проводиться на основе экстраполяции пределов ползучести с применением процедур, используемых в методе экстраполяции длительной прочности (см. подраздел 6.3).
6.4.2 Для прогнозирования условных пределов ползучести проводят испытания на ползучесть для каждой партии матери "\epsilon - t" ала при температурах T1 и T2 = T1 + 50 К (°C).
По результатам испытаний на ползучесть строят кривые деформирования (первичные кривые ползучести) в координатах "lgt_{3} - lg\sigma" в соответствии с ГОСТ 3248. По кривой ползучести находят t3, соответствующую заданному остаточному удлинению.
6.4.3 Для каждой партии материала, испытанной при температурах T1 и T2, строят кривые ползучести в координатах , по которым определяют условный предел ползучести и для которых используют метод экстраполяции, \gamma_{\text{д}.\text{п}} - \gamma_{\text{п}} изложенный в настоящем \gamma_{\text{п}} 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 A3, , при этом коэффициент определяют по максимальному времени достижения заданной деформации A3 с помощью процедур, аналогичных описанным для метода экстраполяции предела длительной прочности в подразделе 6.3.
6.4.5 Уравнение для аппроксимации кривых условных пределов ползучести при температуре Tj (j = 1, 2) имеет вид
lgR_{ct_{A3}} = a^{T_{j}} + b^{T_{j}} \cdot (lgt_{A_{3}}^{T_{j}})^{3/2} , (6.26)
b^{T_{j}} a^{T_{j}} где , — 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 \overline{R_{mt}^{T}} для заданного уровня в lg(A_{t}^{T}/t) ероят lg(\epsilon_{ft}^{T}/t) ности разрушения P = 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 и логарифма отношения или . 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.
Рисунок 2 — Графическое представление метода прогнозирования относительного удлинения
6.5.4 По имеющимся значениям относительного удлинения на временной базе свыше 104 ч методом наименьших квадратов определяют коэффициенты аппроксимирующего уравнения aT и bT по формуле
lg\overline{R_{mt}^{T}} = a^{T} \cdot lg(\frac{A_{t}^{T}}{t}) + b^{T} . (6.27)
6.5.5 Экстраполируя зависимость (6.27) с полученными коэффициентами aT и bT получают значения относительного удлинения при длительном статическом нагружении н A_{T}^{t} а 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 по формуле
lgA_{5 \cdot 10^{5}}^{T} = lgA_{2 \cdot 10^{5}}^{T} - 2 \cdot |lgA_{1 \cdot 10^{5}}^{T} - lgA_{2 \cdot 10^{5}}^{T}| . (6.28)
6.5.7 В качестве окончательного прогнозного значения длительного относительного уд \epsilon_{ft}^{T} линения 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
\overline{R_{mt}^{T}} Средние значения пределов длительной прочности , МПа
Таблица А.2
Средние значения пред \overline{R_{mt}^{TW}} елов длительной прочности сварочных материалов , МПа
| Марка стали, сплава | Температура <1>, °C | Время, ч | |||||||||
| 10 | 30 | 102 | 3·102 | 103 | 3·103 | 104 | 3·104 | 105 | 2·105 | ||
| Электрод для ручной дуговой сварки 48А-1 | 450 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 309 | 294 | 274 |
| 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 48А-2 | 450 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 323 | 309 | 294 | 274 |
| 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 | |
| <1> Температура в Кельвинах определяется по формуле T(К) = T(°C) + 273. | |||||||||||
Таблица А.3
A_{t}^{T} Средние значения относите Z_{t}^{T} льного удлинения и относительного сужения при длительном статическом нагружении материалов
Таблица А.4
Средние значения относительного удлинения и сужения при длительном статическом нагружении сварочных материалов
Таблица А.5
R_{mt}^{T} Минимальные значения пределов длительной прочности , МПа
Приложение Б (справочное)
ИЗОХРОННЫЕ КРИВЫЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Б.1 Изохронные кривые деформирования в координатах напряжение — деформация строят по параметру t на длительности 10, 30, 102, 3·102, 103, 3·103, 104, 3·104, 105, 2·105, 5·105 ч. Б.2 Изохронные кривые деформирования вычисляют согласно формуле
\epsilon(\sigma) = \epsilon_{e} + \epsilon_{p} + \epsilon_{c} , (Б.1)
\epsilon_{p} где — упругая часть деформации;
\epsilon_{c} — пластическая часть деформации;
\epsilon_{e} = \frac{\sigma}{E^{T}} , (Б.2)
где ET — модуль Юнга, МПа. \epsilon_{e} \epsilon^{ep} Пластическая часть деформации представляет собой разницу между полной деформацией при упруго-пластическом нагружении и упругой частью деформации
\epsilon_{p} = \epsilon^{ep} - \epsilon^{e} . (Б.3)
\epsilon_{p} Пластическую часть деформации рекомендуется определять согласно выражению
\sigma = A_{p} \cdot \epsilon_{p}^{n_{p}} , (Б.4)
где Ap, np — коэффицие \epsilon_{c} нты материала. \dot{\epsilon} Деформацию ползучести определяют из зависимости для скорости ползучести , 1/ч:
, (Б.5)ac, b, mc, nc — коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов путем обработки первичных кривых ползучести (в координатах ). Деформация ползучести определяется из зависимости
, (Б.6)где t — время, ч; \epsilon\prime
t' — время, \epsilon\prime соответствующее деформации .
Деформацию , соответствующую переходу от первой стадии ползучести ко второй стадии, получают по первичным кривым ползучести. \epsilon - t
Рассматриваются текущий и последующий временные интервалы, начиная с 0 ч шириной 500 ч с шагом в 100 ч. Границы i-го временного интервала в часах [0 + i·100, 500 + i·100], где i = 0, 1, 2... . На текущем (i-м) и последующем (i + 1) временных интервалах методом наименьших квадратов аппроксимируется зависимость линейными функциями, по которым определяются скорости ползучести для текущего и последующего временных интервалов.
За начало второй стадии ползучести принимается левая граница последующего интервала (по деформациям) при усло \dot{\epsilon}_{\text{обл}} вии, что абсолютная разница скоростей ползучести между двумя соседними интервалами составляет менее 5%. Б.3 При расчетах в условиях облучения хромо-никелевых сталей аустенитного класса формула скорости ползучести принимается в виде
\dot{\epsilon}_{\text{обл}} = \dot{\epsilon}_{c}(1 + k \cdot \Phi) , (Б.7)
k = \frac{1}{\Phi_{\xi}} \cdot exp(\frac{Q}{R \cdot T})
\Phi_{\xi} = 4,26 \cdot 10^{3}\text{сна}/\text{год} где ;
T — абсолютная температура облучения (испытаний), К;
Ф — скорость набора повреждающей дозы, сна/год. \epsilon Б.4 При отсутствии экспериментальных данных или данных в настоящем стандарте допускается проводить экстраполяцию изохронных кривых. Экстраполяцию изохронных кривых на временную базу 5·105 ч для заданной деформации проводят по формуле
\sigma_{5 \cdot 10^{5}} = 0,95 \cdot \frac{\sigma_{2 \cdot 10^{5}}}{\sigma_{1 \cdot 10^{5}}} \cdot \sigma_{2 \cdot 10^{5}} , (Б.8)
\sigma_{1 \cdot 10^{5}} \sigma_{2 \cdot 10^{5}} \sigma_{5 \cdot 10^{5}}
где , , — значения напряжений при заданном уровне деформации на временных базах 5·105, 2·105 и 1·105 ч соответственно.
При отсутствии данных в настоящем стандарте или экспериментальных данных в качестве изохронной кривой на временной базе 3·105 ч следует принимать изохронную кривую, экстраполированную на временную базу 5·105 ч. При проведении экстраполяции должно выполняться условие
\sigma_{5 \cdot 10^{5}}<R_{m}^{T}(t = 5 \cdot 10^{5}\text{ч}) . (Б.9)
Б.5 На рисунках Б.1 — Б.17 приведены изохронные кривые деформирования.
а) При T = 773 К (500 °C)
Рисунок Б.1 — Изохронные кривые деформирования сталей марок 15ХМ и 12ХМ
б) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.1, лист 2
а) При T = 723 К (450 °C)
Рисунок Б.2 — R_{p0,2}^{20} = 245\text{МПа} И R_{m}^{20} = 392\text{МПа} зохронные кривые деформирования стали марки 12Х2М (; )
б) При T = 773 К (500 °C)
в) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.2, лист 2
г) При T = 838 К (565 °C)
д) При T = 873 К (600 °C)
Рисунок Б.2, лист 3
а) При T = 773 К (500 °C)
б) При T = 813 К (540 °C)
Рисунок Б.3 — И R_{p0,2}^{20} = 314\text{МПа} зо R_{m}^{20} = 490\text{МПа} хронные кривые деформирования стали марки 15Х1М1Ф (; )
в) При T = 843 К (570 °C)
Рисунок Б.3, лист 2
а) При T = 723 К (450 °C)
Рисунок Б.4 — И R_{p0,2}^{20} = 196\text{МПа} зо R_{m}^{20} = 490\text{МПа} хронные кривые деформирования стали марки 12Х18Н9 (; )
б) При T = 773 К (500 °C)
в) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.4, лист 2
г) При T = 873 К (600 °C)
д) При T = 923 К (650 °C)
Рисунок Б.4, лист 3
а) При T = 773 К (500 °C)
б) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.5 — Изохронные кривые деформирования стали м R_{p0,2}^{20} = 196\text{МПа} ар R_{m}^{20} = 510\text{МПа} ки 08Х16Н11М3, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т, 12Х18Н10Т (; )
в) При T = 873 К (600 °C)
Рисунок Б.5, лист 2
а) При T = 773 К (500 °C)
Рисунок Б.6 — R_{p0,2}^{20} = 274\text{МПа} Из R_{m}^{20} = 441\text{МПа} охронные кривые деформирования стали марки 12Х1МФ (; )
б) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.6, лист 2
а) При T = 723 К (450 °C)
Рисунок Б.7 — Из R_{p0,2}^{20} = 372\text{МПа} ох R_{m}^{20} = 539\text{МПа} ронные кривые деформирования стали марки 05Х12Н2М (; )
б) При T = 773 К (500 °C)
в) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.7, лист 2
а) При T = 673 К (400 °C)
б) При T = 723 К (450 °C)
Рисунок Б.8 — R_{p0,2}^{20} = 323\text{МПа} Из R_{m}^{20} = 493\text{МПа} охронные кривые деформирования стали марки 16ГНМА (; )
а) При T = 723 К (450 °C)
б) При T = 773 К (500 °C)
Рисунок Б.9 — И R_{p0,2}^{20} = 196\text{МПа} зо R_{m}^{20} = 490\text{МПа} хронные кривые деформирования стали марки 09Х18Н9 (; )
в) При T = 823 К (550 °C)
г) При T = 873 К (600 °C)
Рисунок Б.9, лист 2
а) При T = 723 К (450 °C)
б) При T = 773 К (500 °C)
Рисунок Б.10 — Из R_{p0,2}^{20} = 196\text{МПа} ох R_{m}^{20} = 490\text{МПа} ронные кривые деформирования стали марки 08Х18Н12Т (; )
в) При T = 823 К (550 °C)
г) При T = 873 К (600 °C)
Рисунок Б.10, лист 2
а) При T = 773 К (500 °C)
б) При T = 823 К (550 °C)
Рисунок Б.11 — Из R_{p0,2}^{20} = 200\text{МПа} ох R_{m}^{20} = 520\text{МПа} ронные кривые деформирования стали марки 03Х16Н9М2 (; )
в) При T = 873 К (600 °C)
г) При T = 923 К (650 °C)
Рисунок Б.11, лист 2
R_{m}^{20} \geq 588\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 440\text{МПа}
а) ;
R_{m}^{20} \geq 490\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 345\text{МПа}
б) ;
Рисунок Б.12 — Изохронные кривые деформирования стали марки 10Х9МФБ при температуре T = 500 °C
R_{m}^{20} \geq 588\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 440\text{МПа}
а) ;
R_{m}^{20} \geq 490\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 345\text{МПа}
б) ;
Рисунок Б.13 — Изохронные кривые деформирования стали марки 10Х9МФБ при температуре T = 550 °C
R_{m}^{20} \geq 588\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 440\text{МПа}
а) ;
R_{m}^{20} \geq 490\text{МПа} R_{p0,2}^{20} \geq 345\text{МПа}
б) ;
Рисунок Б.14 — Изохронные кривые деформирования стали марки 10Х9МФБ при температуре T = 575 °C
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок Б.15 — Изохронные кривые деформирования стали марки 20Х1М1Ф1ТР
а) При T = 500 °C
б) При T = 520 °C
Рисунок Б.16 — Изохронные кривые деформирования стали марки 10Х2М
в) При T = 550 °C
г) При T = 570 °C
Рисунок Б.16, лист 2
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок Б.17 — Изохронные кривые деформирования стали марки 07Х12НМФБ
в) При T = 600 °C
Рисунок Б.17, лист 2
Б.6 Для сталей марок 07Х12НМФБ (см. рисунок Б.17), 08Х16Н11М3 (см. рисунок Б.9), 09Х18Н9 (см. рисунок Б.5) при построении изохронных кривых по уравнению (Б.6) использованы коэффициенты, приведенные в таблице Б.1. Пределы пропорциональности этих кривых приведены в таблице Б.2.
Таблица Б.1
Коэффициенты уравнения (Б.6) для сталей марок 07Х12НМФБ (см. рисунок Б.17), 08Х16Н11М3 (см. рисунок Б.9), 09Х18Н9 (см. рисунок Б.5)
Таблица Б.2
Пределы пропорциональности (в МПа) изохронных кривых для сталей марок 07Х12НМФБ (см. рисунок Б.17), 08Х16Н11М3 (см. рисунок Б.9), 09Х18Н9 (см. рисунок Б.5)
Б.7 Для алюминиевых сплавов марки САВ-1 допускается использование изохронных кривых, построенных по уравнению (Б.6) с коэффициентами, приведенными в таблице Б.3. Также данные коэффициенты допускается использовать при расчете напряженно-деформированного состояния с учетом ползучести конструкций, изготовленных из алюминиевых сплавов марки САВ-1. При напряжениях ниже значений, приведенных в таблице Б.3, скорость ползучести принимается постоянной.
Б.8 Для определения предела пропорциональности по изохронным кривым используется приведенная ниже процедура. За предел пропорциональности следует принимать наибольшее напряжение, при котором еще выполняется условие
\frac{d\epsilon}{d\sigma} \leq 1,5 \cdot \frac{1}{E^{T}} . (Б.10)
Графическая интерпретация метода приведена на рисунке Б.18.
Рисунок Б.18 — Определение предела пропорциональности
В качестве приближенной оценки предела пропорциональности можно использовать напряжение соответствующее остаточной пластической деформации, равной 0,01% (см. рисунок Б.18). Б.9 Приближенную оценку релаксации напряжений для сталей, приведенных в приложении А, проводят по зависимости
\sigma(t) = \sigma_{0}(1 + (n_{c} - 1) \cdot E^{T} \cdot \sigma_{0}^{n_{c} - 1} \cdot b \cdot t)^{\frac{1}{1 - n_{c}}} , (Б.11)
где — напряжение в начальный момент времени;
b, nc — коэффициенты уравнения второй стадии ползучести в уравнении (Б.6). Релаксационную стойкость (остаточное напряжение) шпилек и шайб определяют в соответствии с ГОСТ 20700-75 (приложение 4). Для шпилек и шайб из стали марки 20Х1М1Ф1ТР релаксационная стойкость (остаточное напряжение) приведена в таблице Б.4.
Таблица Б.4
Релаксационная стойкость деталей из стали марки 20Х1М1Ф1ТР
Приложение В (справочное)
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ СТАЛЕЙ МАРОК 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 И 08Х16Н11М3
В.1 Кривые длительной прочности в координатах «предел длительной прочности — время до разрушения»
R_{mt}^{T} R_{mt}^{T} В.1.1 Кривые длительной прочности в координатах «предел длительной прочности — время до разрушения t» используются при выборе основных размеров элемента (компонента) конструкции. Зависимости минимальных значений пределов длительной прочности , МПа, для различных температур T, °C, описываются следующим уравнением:
lg(t) = a_{0} + [(T + 273) - T_{a}] \cdot [b_{0} + b_{1}lgR_{mt}^{T} + b_{2} \cdot (lgR_{mt}^{T})^{2}] , (В.1)
где a0, b0, b1, b2 — константы, зависящие от марки стали и скоростей набора повреждающей дозы, приведены в таблицах В.1 и В.2;
Ta — параметр; для сталей, приведенных в таблице А.1 — Ta = 0.
В.1.2 Значения констант a0, b0, b1, b2 для различных скоростей н R_{mt}^{T} абора повреждающей дозы Ф приведены в таблицах В.1 (стали марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9) и В.2 (сталь марки 08Х16Н11М3). В.1.3 Кривые минимальных значений пределов длительной прочности для температур 500 °C, 550 °C и 600 °C и скоростей набора повреждающих доз Ф от 0 до 1,43 сна/год приведены на рисунках В.1 (стали марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9) и В.2 (сталь марки 08Х16Н11М3).
Таблица В.1
Значения констант a0, b0, b1, b2 для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9
Таблица В.2
Значения констант a0, b0, b1, b2 для стали марки 08Х16Н11М3
-0,003221
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок В.1 — Кривые R_{mt}^{T} минимальных значений пределов длительной прочности стали марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 при различных температурах T и скоростях повреждающей дозы Ф
в) При T = 600 °C
1 — исходное состояние; 2 — Ф = 1,43·10-2 сна/год; 3 — Ф = 2,86·10-2 сна/год; 4 — Ф = 7,15·10-2 сна/год; 5 — Ф = 1,43·10-1 сна/год; 6 — Ф = 2,86·10-1 сна/год; 7 — Ф = 7,15·10-1 сна/год; 8 — Ф = 1,43 сна/год
Рисунок В.1, лист 2
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок В.2 — Кривые R_{c}^{T} минимальных значений пределов длительной прочности стали марки 08Х16Н11М3 при различных температурах T и скоростях повреждающей дозы Ф
в) При T = 600 °C
1 — исходное состояние; 2 — Ф = 1,43·10-2 сна/год; 3 — Ф = 2,86·10-2 сна/год; 4 — Ф = 7,15·10-2 сна/год; 5 — Ф = 1,43·10-1 сна/год; 6 — Ф = 2,86·10-1 сна/год; 7 — Ф = 7,15·10-1 сна/год; 8 — Ф = 1,43 сна/год
Рисунок В.2, лист 2
В.2 Минимальные значения истинных напряжений при разрыве при длительном статическом нагружении
R_{c}^{T} R_{c}^{T} В.2.1 Истинные напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении используются при расчете длительного повреждения. Зависимости минимальных значений истинных напряжений для различных температур T (°C) описываются следующим уравнением
lg(t) = a_{0} + [(T + 273) - T_{a}] \cdot [b_{0} + b_{1} \cdot lgR_{c}^{T} + b_{2} \cdot (lgR_{c}^{T})^{2}] , (В.2)
где t — время до разрушения, ч;
a0, b0, b1, b2 — константы, зависящие от марки стали и скоростей набора повреждающей дозы;
Ta — параметр; для сталей, приведенных в таблице А.1 — Ta = 0.
В.2.2 Значения констант a0, b0, b1, b2 для различных с R_{c}^{T} коростей набора повреждающей дозы Ф приведены в таблицах В.3 (стали марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9) и В.4 (сталь марки 08Х16Н11М3). В.2.3 Кривые минимальных значений истинных напряжений для температур 500 °C, 550 °C и 600 °C и скоростей повреждающих доз Ф от 0 до 1,43 сна/год приведены на рисунках В.3 (сталь марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9) и В.4 (сталь марки 08Х16Н11М3).
Таблица В.3
Значения констант a0, b0, b1, b2 для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9
Таблица В.4
Значения констант a0, b0, b1, b2 для стали марки 08Х16Н11М3
-0,001468
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок В.3 R_{c}^{T} — Кривые минимальных значений истинных напряжений сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 при различных температурах T и скоростях повреждающей дозы Ф
в) При T = 600 °C
1 — исходное состояние; 2 — Ф = 1,43·10-2 сна/год; 3 — Ф = 2,86·10-2 сна/год; 4 — Ф = 7,15·10-2 сна/год; 5 — Ф = 1,43·10-1 сна/год; 6 — Ф = 2,86·10-1 сна/год; 7 — Ф = 7,15·10-1 сна/год; 8 — Ф = 1,43 сна/год
Рисунок В.3, лист 2
а) При T = 500 °C
б) При T = 550 °C
Рисунок В.4 R_{c}^{T} — Кривые минимальных значений истинных напряжений стали марки 08Х16Н11М3 при различных температурах T и скоростях повреждающей дозы Ф
в) При T = 600 °C
1 — исходное состояние; 2 — Ф = 1,43·10-2 сна/год; 3 — Ф = 2,86·10-2 сна/год; 4 — Ф = 7,15·10-2 сна/год; 5 — Ф = 1,43·10-1 сна/год; 6 — Ф = 2,86·10-1 сна/год; 7 — Ф = 7,15·10-1 сна/год; 8 — Ф = 1,43 сна/год
Рисунок В.4, лист 2
Приложение Г (справочное)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ И СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ ИСТИННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ РАЗРЫВЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ ДЛЯ СТАЛЕЙ МАРОК 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 И 07Х12НМФБ
Г.1 Длительная п \epsilon_{ft}^{T} ластичность используется для построения кривых усталости. Г.2 Зависимость при различных уровнях температур облучения Tобл, скоростей повреждающей дозы Ф и без предварительного облучения повреждающей дозой для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 10Х18Н9, 08Х16Н11М3 рассчитывается по уравнению
\epsilon_{ft}^{T} = C_{1} \cdot (\frac{\Phi}{\Phi_{0}})^{C_{2}} \cdot \xi^{E_{1} \cdot}(^{\frac{\Phi}{\Phi_{0}}})E2 , (Г.1)
где C1, C2, E1 и E2 - коэффициенты; приведены в таблице Г.1;
Ф — скорость набора повреждающей дозы, сна/год; 0,0143 <= Ф <= 1,43;
\xi Ф0 = 1 сна/год; 10^{- 5} \leq \xi \leq 11/\text{ч}
Таблица Г.1
Значения коэффициентов уравнения (Г.1)
8,75·10-3
\epsilon_{ft}^{T} Г.3 При различных предварительных повреждающих дозах D и заданной скорости набора повреждающей дозы Ф зависимость рассчитывается по уравнению
\epsilon_{ft}^{T} = K_{1} \cdot (\frac{D}{D_{0}})^{K_{2}} \cdot \xi^{M_{1} \cdot}(^{\frac{D}{D_{0}}})M2 , (Г.2)
где K1, K2, M1 и M2 - коэффициенты; приведены в таблице Г.2;
10^{- 5} \leq \xi \leq 11/\text{ч} D0 = 1 сна; .
Таблица Г.2
Значения коэффициентов уравнения (Г.2)
6,8 <= D <= 68
\epsilon_{ft}^{T} Г.4 Зависимость при различных уровнях температур T, скоростей повреждающей дозы Ф для сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 10Х18Н9, 08Х16Н11М3 при различных временах до разрушения tf рассчитывают по формуле
, (Г.3)где U1, U2, U3, U4, Q1 и Q2 — коэффициенты; значения U1, U2 и Q1 приведены в таблице Г.3;
\epsilon_{ft}^{0} = 0,08 Q2 = 0,01;
\epsilon_{ft}^{0} = 0,027 ; U3 = 0,778; U4 = -0,142 — для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9;
; U3 = 0,453; U4 = -0,0147 — для стали марки 08Х16Н11М3;
Ф0 и t0 — нормирующие коэффициенты: Ф0 = 1 сна/год; t0 = 1 ч;
0,0143 <= Ф <= 1,43 сна/год. Если Ф < 0,0143 сна/год, то принимается Ф = 0,0143 сна/год.
Таблица Г.3
Значения коэффициентов уравнения (Г.3)
-2,68·10-1
\overline{R_{c}^{T}} Г.5 Среднее значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении , МПа, при различных уровнях Tобл, Ф и D = 0 для сталей 09Х18Н9, 10Х18Н9, 10Х18Н9, 08Х16Н11М3 определяется по уравнению
\overline{R_{c}^{T}} = A_{1} \cdot (\frac{\Phi}{\Phi_{0}})^{A_{2}} \cdot \xi^{B_{1} \cdot}(^{\frac{\Phi}{\Phi_{0}}})B2 , (Г.4)
где A1, A2, B1 и B2 - коэффициенты; приведены в таблице Г.4;
10^{- 5} \leq \xi \leq 11/\text{ч} Ф0 = 1 сна/год;
. Если Ф < 0,0143 сна/год, то принимается Ф = 0,0143 сна/год.
Таблица Г.4
Значения коэффициентов уравнения (Г.4)
-5,02·10-2
\overline{R_{c}^{T}} Г.6 При различных предварительных повреждающих дозах D и заданной скорости повреждающей дозы Ф среднее значение , МПа, определяют по формуле
\overline{R_{c}^{T}} = G_{1} \cdot (\frac{D}{D_{0}})^{G_{2}} \cdot \xi^{H_{1} \cdot}(^{\frac{D}{D_{0}}})H2 , (Г.5)
где G1, G2, H1 и H2 — коэффициенты; приведены в таблице Г.5;
10^{- 5} \leq \xi \leq 11/\text{ч} D0 = 1 сна; .
Таблица Г.5
Значения коэффициентов уравнения (Г.5)
6,8 <= D <= 68
\overline{R_{c}^{T}} Г.7 Среднее значение истинного напряжения при разрыве при длительном статическом нагружении при различных уровнях температур T и скоростей повреждающей дозы Ф для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 10Х18Н9, 08Х16Н11М3 при различных временах до разрушения tf рассчитывается по формуле
, (Г.6)где W1, W2, W3, W4, V1, V2 — коэффициенты.
Значения W1, W2, V1 приведены в таблице Г.6;
Ф0 и t0 — нормирующие коэффициенты: Ф0 = 1 сна/год, t0 = 1 ч;
0,0143 <= Ф <= 1,43 сна/год. Если Ф < 0,0143 сна/год, то принимается Ф = 0,0143 сна/год.
Таблица Г.6
Значения коэффициентов по формуле (Г.6)
-2,24·10-1
\epsilon_{ft}^{T} Г.8 Длительную пластичность для стали марки 07Х12НМФБ рассчитывают с помощью следующего уравнения:
\epsilon_{ft}^{T} = 16,6 \cdot \xi^{0,322} , (Г.7)
\xi где — скорость деформации, 1/ч.
Приложение Д (справочное)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА СНИЖЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ОТ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ И НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ
Д.1 При выполнении расчета по выбору основных размеров и проведении поверочного расчета для сталей перлитного класса коэффициент снижения прочности определяют по формуле
\eta_{t} = 1 - 0,15 \cdot h_{c}/S_{R} , (Д.1)
где hc — толщина поверхностного слоя стали, обезуглероженного на 30%;
SR — расчетная толщина стенки.
Д.2 Значение hc определяют по данным технических условий на изделие. Для сталей марок 12Х2М, 12Х2М1ФБ допускается определять hc в порядке, указанном ниже. Способ сводится к вычислению x по приведенным на рисунках Д.1 — Д.2 формулам и определению по x значения hc, пользуясь графиком.
Рисунок Д.1 — Диа x = \frac{7000}{T} - lgt грамма обезуглероживания стали марки 12Х2М в жидком натрии, (T, К)
Рисунок Д.2 — Диаграмма об x = \frac{8650}{T} - lgt езуглероживания стали марки 12Х2М1ФБ в жидком натрии, (T, К)
Д.3 При расчете по выбору основных размеров и поверочном расчете элементов (компонентов) с толщиной стенки \eta_{t} = 1 более 1 мм и времени эксплуа \eta_{t} = 0,9 тации не более 5·105 ч принимают для элементов \eta_{t} = 0,9 (компонентов) с толщиной стенки:
- менее 5 мм из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса с содержанием никеля до 15% при T <= 550 °C и при 550 °C < T <= 600 °C ; \eta_{t} = 1 из железоникелевых сплавов при T <= 600 °C, ;
- 5 мм и более из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса с содержанием никеля до 15% и железоникелевых сплавов при T <= 600 °C, . Д.4 Расчет на длительную статическую прочность по ГОСТ Р 59115.10 проводят для омываемых натрием элементов (компонентов) контура из аустенитных сталей, если в том же контуре находятся элементы (компоненты) из углеродистых или легированных сталей, если глубина зоны науглероживания hcc для заданного времени и температуры не превышает расчетной толщины стенки элемента (компонента). Для контура с натрием реакторной чистоты значение hcc определяют по рисункам Д.3 и Д.4 с помощью параметра x.
Рисунок Д.3 — Диаграмма науглероживания сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, x = \frac{6050}{T} - lgt 12Х18Н9, 08Х16Н11М3, 12Х18Н10Т в жидком натрии, (T, К)
Рисунок Д.4 — Диаграмма наугл x = \frac{6050}{T} - lgt ероживания стали марки 12Х16Н15М3Б в жидком натрии, (T, К)
Если глубина зоны науглероживания hcc для заданного времени и температуры превышает расчетную толщину стенки элемента (компонента), необходимо проведение представительных экспериментальных исследований для определения величины снижения значений характеристик длительных механических свойств.
БИБЛИОГРАФИЯ
| УДК 621.039:531:006.354 | |
| ОКС 27.120.99 | |
Ключевые слова: оборудование, трубопроводы, конструкционные материалы, предел длительной прочности, условный предел ползучести, изохронные кривые деформирования, кривые усталости