ГОСТ Р 59115.12-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Уточненный поверочный расчет на постпроектных стадиях

    ГОСТ Р 59115.12-2021

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Уточненный поверочный расчет на постпроектных стадиях

Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Confirmatory analysis on stage of operation

ОКС 27.120.99

Дата введения 2022-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени 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. N 1175-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. N 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 требования к проведению уточненных поверочных расчетов на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок на постпроектных стадиях, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1].

1.2 Настоящий стандарт следует применять совместно с ГОСТ Р 59115.11 для оборудования и трубопроводов, радиационное распухание которых не превышает величины 0,02 (2%) на конец рассматриваемого срока службы.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

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

ГОСТ Р 59115.2 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона, модуль сдвига

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

ГОСТ Р 59115.4 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Длительные механические свойства конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.6 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Методы определения характеристик трещиностойкости конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.9-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на прочность

ГОСТ Р 59115.10-2021 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 59115.14 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению корпуса водо-водяного энергетического реактора

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 и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ Р 59115.1, ГОСТ Р 59115.2, ГОСТ Р 59115.3, ГОСТ Р 59115.4 и ГОСТ Р 59115.10.

4 Сокращения и обозначения

В настоящем стандарте применены сокращения и обозначения по ГОСТ Р 59115.10, а также следующие условные обозначения:

- повреждающая доза нейтронного обучения, сна;

- эффективная скорость набора повреждающей дозы нейтронного облучения, вычисленная с учетом КИУМ, сна/ч;

- температура облучения, °С;

- температура, выше которой начинает проявляться высокотемпературное гелиевое охрупчивание, °С;

- свободное радиационное распухание, отн. ед.;

- радиационное распухание с учетом влияния напряжения, отн. ед.;

- скорость свободного радиационного распухания, ч

;

- скорость радиационного распухания с учетом влияния напряжения, ч

.

5 Общие положения

5.1 Настоящий стандарт регламентирует уточненные поверочные расчеты на прочность оборудования и трубопроводов на постпроектных стадиях по критериям длительной статической прочности, циклической прочности, длительной циклической прочности, достижения предельных изменений размеров элемента (компонента) конструкции, достижения предельной величины накопленной односторонней деформации при термоциклическом нагружении, а также по критериям нестабильного развития трещин при усталости и ползучести.

Уточненные поверочные расчеты проводятся с учетом значений размеров компонентов, полученных в результате измерений при эксплуатационном контроле, а также размеров выявленных несплошностей металла.

5.2 Компонент, рассчитываемый на прочность, должен удовлетворять всем условиям статической прочности, предъявляемым к расчету на прочность оборудования и трубопроводов на стадии проектирования во всем диапазоне температур эксплуатации согласно ГОСТ Р 59115.11.

5.3 Обоснование прочности компонентов должно проводиться посредством анализа критических событий согласно 5.3.1-5.3.6, определяющих предельные состояния (см. таблицу 5.1).

5.3.1 Нестабильное развитие трещины.

5.3.2 Зарождение трещины при статическом нагружении в условиях ползучести.

5.3.3 Потеря несущей способности.

5.3.4 Зарождение трещины при циклическом нагружении в условиях взаимодействия ползучести и усталости.

5.3.5 Достижение предельных изменений размеров.

5.3.6 Зарождение трещины в результате достижения предельной величины накопленной односторонней деформации при термоциклическом нагружении.

Таблица 5.1 - Предельные состояния элемента и приводящие к ним критические события

Условия обоснования прочности компонента формулируются согласно разделу 6.

5.4 Анализ реализации критических событий, должен проводиться на основании следующих поверочных расчетов.

5.4.1 Расчет на длительную статическую прочность.

5.4.2 Расчет на длительную циклическую прочность.

5.4.3 Расчет на прогрессирующее изменение размеров.

5.4.4 Расчет на накопление односторонней деформации при термоциклическом нагружении.

5.4.5 Расчет на сопротивление разрушению.

Соответствие поверочных расчетов и критических событий (см. 5.3), используемых для обоснования прочности компонента, приведено в таблице 5.1.

Таблица 5.2 - Соответствие критических событий (см. 5.3) и поверочных расчетов, используемых для обоснования прочности компонента

5.5 Значения физико-механических характеристик свойств основного металла и металла сварных швов, используемых в расчетах на прочность, должны приниматься по измеренным значениям характеристик свойств образцов-свидетелей по [1] или образцов материаловедческих сборок и обоснованным на конец проектного срока службы.

Допускается принимать значения физико-механических характеристик в соответствии с приложениями А-Е. При отсутствии значений физико-механических характеристик свойств в приложениях допускается принимать значения, используемые в проектных расчетах.

5.6 Поверочный расчет компонента должен учитывать как фактическую последовательность нагружения на период от начала эксплуатации до текущего состояния, так и прогнозируемую последовательность режимов нагружения на период от текущего состояния до рассматриваемого периода эксплуатации.

5.7 Расчетные модели компонента и выбранные методы расчета должны учитывать все расчетные нагрузки и условия нагружения для требуемых расчетных режимов и обеспечивать определение всех параметров НДС (напряжений, деформаций, перемещений и т.д), необходимых для оценки прочности в рассматриваемых критических событиях.

5.8 Для анализа критических событий следует выбирать наиболее напряженные области (зоны) оборудования и трубопроводов на основе анализа НДС и температурных полей.

5.9 Для облучаемых компонентов оборудования и трубопроводов, изготовленных из аустенитных сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 поверочные расчеты согласно данному стандарту проводятся, если радиационное распухание не превышает величины 0,02 (2%) на конец рассматриваемого срока службы.

Условия нейтронного облучения компонента по температуре

и повреждающей дозе

в этом случае должен удовлетворять следующим условиям:

- для аустенитных сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

; (5.1)

- для аустенитной стали марки 08Х16Н11М3

; (5.2)

где

=1,63·10

сна

;

=1,88;

=1,1·10

°С

;

=9,8·10

сна

;

=2,3·10

°С

;

- повреждающая доза на конец срока службы, сна.

Условия (5.1) и (5.2) используются, если

470°С. Если

>470°С, то значение

должно удовлетворять следующим условиям:

- для аустенитных сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

; (5.3)

- для аустенитной стали марки 08Х16Н11М3

. (5.4)

Режимы облучения компонента, удовлетворяющие условиям (5.1)-(5.4) и характеризующие области использования стандарта, представлены на рисунке 5.1 в графическом виде.

Допускается не учитывать влияние нейтронного облучения на свойства аустенитных сталей, если значение

1 сна.

5.10 Допускается проводить расчет прочности компонентов, подвергаемых нейтронному облучению, с использованием характеристик длительной прочности аустенитных сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 в исходном состоянии (без учета облучения), если

0,014 сна·год

.

- область, ограниченная осями координат и кривой

1

;

- область, ограниченная осями координат и кривой

2

Рисунок 5.1 - Определение условий нейтронного облучения при расчете облучаемых компонентов из аустенитных сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 (область

) и стали марки 08Х16Н11М3 (область

)

6 Условия обоснования прочности компонента с учетом проведения неразрушающего эксплуатационного контроля

6.1 Обоснование прочности компонента при НУЭ и ННУЭ должно проводиться с учетом реализованных режимов и прогнозируемой модели эксплуатации, в том числе при продлении назначенного срока службы оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

Примечание - Если прочность компонента была обоснована в соответствии с ГОСТ Р 59115.10, рассматриваемый срок эксплуатации не превышает проектного срока службы и реализованные режимы нагружения соответствуют проектной модели эксплуатации компонента, то прочность компонента считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ.

6.2 Обоснование прочности должно проводиться для основного металла и сварных швов компонента.

Примечание - Для всех однотипных сварных швов (выполненных по одинаковой схеме разделки) допускается проводить анализ прочности только для самого нагруженного шва. Если среди анализируемых однотипных сварных швов есть как швы, которые при эксплуатации подвергаются периодическому НЭК, так и швы, которые ему не подвергаются, то анализ прочности необходимо проводить как для самого нагруженного контролируемого шва, так и для самого нагруженного неконтролируемого шва.

6.3 Условия обоснования прочности компонента зависят от проведения и результатов его периодического НЭК.

6.4 Если периодический НЭК компонента не проводят, то анализ прочности этого компонента следует проводить в соответствии с 6.4.1-6.4.4.

6.4.1 В основном металле компонента должен быть проведен анализ зарождения трещины при реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6, а также ее возможного стабильного подроста.

6.4.1.1 Анализ реализации критического события 5.3.2 следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел 8.2).

6.4.1.2 Анализ реализации критического события 5.3.4 следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 9).

6.4.1.3 Анализ реализации критического события 5.3.6 следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 11).

6.4.1.4 Если прочность компонента была обоснована в соответствии с ГОСТ Р 59115.10 и реализованные режимы нагружения соответствуют проектной модели эксплуатации компонента, то допускается принимать, что критические события 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6 не реализуются до момента окончания проектного срока службы компонента.

6.4.1.5 Если прочность компонента не была обоснована в соответствии с ГОСТ Р 59115.10 или если реализованные режимы нагружения отличаются от проектной модели эксплуатации компонента, то анализ зарождения трещины должен проводиться для всего рассматриваемого периода его эксплуатации.

6.4.1.6 Если в результате анализа зарождения трещины показано, что реализуется, по крайней мере, одно из критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6, то должен быть определен момент зарождения трещины

, соответствующий более раннему из моментов реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6. В этот момент времени в основном металле компонента должен постулироваться расчетный дефект, вид и ориентация которого должны определяться согласно 7.3. Размеры постулируемого дефекта при реализации критического события 5.3.6 должны определяться согласно 7.3, а при реализации критических событий 5.3.2 и 5.3.4 - согласно 12.3.4 и согласно 12.3.2.1-12.3.2.2 соответственно.

6.4.1.7 Если по 6.4.1.6 постулирован дефект, то должен быть проведен анализ его возможного стабильного подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время от момента времени

до момента окончания рассматриваемого периода эксплуатации компонента или до момента нестабильного развития дефекта (до момента реализации критического события 5.3.1).

6.4.2 В сварных швах компонента должен быть проведен анализ возможного стабильного подроста постулируемых дефектов.

6.4.2.1 На момент начала эксплуатации в самых нагруженных сварных швах каждого типа (выполненных по различным схемам разделки) должен постулироваться расчетный дефект, вид, размеры и ориентация которого должны определяться согласно 7.3.

6.4.2.2 Для каждого постулированного по 6.4.2.1 дефекта должен быть проведен анализ его возможного стабильного подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время от начала эксплуатации до момента окончания рассматриваемого периода эксплуатации компонента или до момента нестабильного развития дефекта (до момента реализации критического события 5.3.1).

6.4.3 Если в основном металле компонента критические события 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6 не реализуются за весь рассматриваемый период эксплуатации, то в момент окончания рассматриваемого периода эксплуатации в компоненте должен постулироваться расчетный дефект с учетом рассмотрения условий согласно ГОСТ Р 59115.9-2021 (раздел 12). Вид, размеры и ориентация расчетного дефекта должны определяться согласно 7.3.1-7.3.3.

6.4.4 Прочность компонента считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ, если для него за весь рассматриваемый период эксплуатации не реализуются критические события 5.3.1 и 5.3.3 (выполняются условия прочности согласно 12.4 или 12.5):

- при наличии дефекта, постулируемого по 6.4.1.6, с учетом его возможного стабильного подроста;

- для каждого дефекта, постулированного по 6.4.2.1, с учетом его возможного стабильного подроста;

- при наличии дефекта, постулируемого по 6.4.3.

6.5 Если периодический НЭК компонента проводится в соответствии с [2] и при этом несплошности не выявлены, либо размер выявленной несплошности не больше допустимого размера несплошности, то анализ прочности этого компонента должен проводиться в соответствии с 6.5.1-6.5.3.

6.5.1 В компоненте должен быть проведен анализ зарождения трещины при реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6, а также ее возможного стабильного подроста. Анализ проводится в соответствии с 6.4.1.1-6.4.1.7.

6.5.2 Если критические события 5.5.1, 5.5.2 и 5.5.3 не реализуются в компоненте за весь рассматриваемый период эксплуатации, то в момент окончания рассматриваемого периода эксплуатации в компоненте должен постулироваться расчетный дефект с учетом рассмотрения условий согласно ГОСТ Р 59115.9-2021 (раздел 12). Вид, размеры и ориентация расчетного дефекта должны определяться согласно 7.3.1-7.3.3.

6.5.3 Прочность компонента считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ, если для него за весь рассматриваемый период эксплуатации не реализуются критические события 5.3.1 и 5.3.3 (выполняются условия прочности согласно 12.4 или 12.5):

- при наличии дефекта, постулируемого по 6.4.1.6, с учетом его возможного стабильного подроста;

- при наличии дефекта, постулируемого по 6.5.2.

6.6 Если периодический НЭК компонента проводится и при этом в некоторый момент времени

(отсчет времени ведется от начала эксплуатации компонента) выявлена несплошность, размер которой больше допустимого размера несплошности, то анализ прочности этого компонента проводится в соответствии с 6.6.1-6.6.6.

6.6.1 Определятся расчетный момент зарождения выявленного дефекта. Для этого проводится анализ зарождения трещины при реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6, а также ее стабильного подроста.

6.6.1.1 Анализ реализации критического события 5.3.2 должен проводиться в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел 8.2).

6.6.1.2 Анализ реализации критического события 5.3.4 должен проводиться в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 9).

6.6.1.3 Анализ реализации критического события 5.3.6 должен проводиться в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 11).

6.6.1.4 Анализ реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6 должен проводиться для периода времени от начала эксплуатации компонента до момента времени

.

6.6.1.5 Если в результате анализа зарождения трещины показано, что, по крайней мере, одно из критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6 реализуется, то должен быть определен момент времени

соответствующий более раннему из моментов реализации критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6. В момент времени

в рассматриваемой области должен постулироваться расчетный дефект, вид и ориентация которого должны определяться согласно 7.3. Размеры постулируемого дефекта при реализации критического события 5.3.6 должны определяться согласно 7.3, а при реализации критических событий 5.3.2 и 5.3.4 - согласно 12.3.4 и согласно 12.3.2.1-12.3.2.2 соответственно.

6.6.1.6 Для постулированного по 6.6.1.5 дефекта должен быть проведен анализ его стабильного подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время от

до

.

6.6.2 Если на момент времени

размер постулированного дефекта с учетом его стабильного подроста превышает размер выявленной несплошности, то должен быть выполнен анализ его дальнейшего подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время до конца рассматриваемого периода эксплуатации.

6.6.3 Прочность компонента с этим дефектом считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ, если в нем не реализуются критические события 5.3.1 и 5.3.3 (выполняются условия прочности согласно 12.4 или 12.5), в том числе с учетом возможного стабильного подроста дефекта. В этом случае анализ по 6.6.4-6.6.6 не проводится.

6.6.4 Если на момент времени

размер постулированного дефекта с учетом его стабильного подроста не превышает размера выявленной несплошности, либо если в результате анализа зарождения трещины показано, что ни одно из критических событий 5.3.2, 5.3.4 и 5.3.6 не реализуется, то на момент начала эксплуатации в рассматриваемой области должен постулироваться расчетный дефект, вид, размеры и ориентация которого должны определяться согласно 7.3.1-7.3.3. Для постулированного дефекта должен быть проведен анализ его стабильного подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время от начала эксплуатации элемента (компонента) до

.

6.6.5 Если на момент времени

размер постулированного по 6.6.4 дефекта (с учетом его стабильного подроста) превышает размер выявленной несплошности, то должен быть выполнен анализ его дальнейшего подроста в соответствии с 12.1-12.3 за время до конца рассматриваемого периода эксплуатации. Прочность компонента с этим дефектом считается обоснованной при НУЭ и ННУЭ, если в нем не реализуются критические события 5.3.1 и 5.3.3 (выполняются условия прочности согласно 12.4 или 12.5), в том числе с учетом возможного стабильного подроста дефекта. В этом случае анализ по 6.6.6 не проводится.

6.6.6 Если на момент времени

размер постулированного дефекта с учетом его стабильного подроста не превышает размера выявленной несплошности, то дальнейшее использование зависимостей для описания подроста дефектов должно быть обосновано. Решение о допуске использования этих зависимостей должно приниматься эксплуатирующей организацией и подлежит рассмотрению уполномоченным органом государственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии вместе с заключением организации научно-технической поддержки органа государственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии.

6.7 Дополнительно для обоснования прочности компонента в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации должно выполняться условие не реализации критического события 5.3.5 (выполняется условие недостижения предельных изменений размеров согласно разделу 10).

7 Расчетный дефект

7.1 В зависимости от условий постулирования расчетного дефекта и геометрии компонента допускаются следующие виды расчетного дефекта:

- поверхностная полуэллиптическая трещина [рисунок 7.1а)];

- поверхностная четвертьэллиптическая трещина [рисунок 7.1б)].

Расчетный дефект характеризуется размерами большой полуоси с и малой полуоси а.

а) Поверхностная полуэллиптическая трещина

б) Поверхностная угловая четвертьэллиптическая трещина

1 - фронт трещины

Рисунок 7.1 - Виды расчетного дефекта в компоненте

7.2 При обосновании прочности согласно 6.4.1 расчетный дефект в сварном шве должен постулироваться в виде поверхностной трещины.

7.2.1 Вид расчетного дефекта (полуэллиптическая или четвертьэллиптическая трещина) должен определяться геометрией сварного шва, в котором постулируется этот дефект.

7.2.2 Отношение

начальных размеров большой полуоси

к малой полуоси

расчетного дефекта должно приниматься равным 3. Начальный размер малой полуоси

расчетного дефекта в направлении толщины свариваемых компонентов должен определяться по формуле

. (7.1)

где

- максимальная глубина дефекта технологического происхождения (в сварном шве).

Значение

определяется согласно таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Значение

для сварного шва

Толщина свариваемых компонентов, мм		, мм
До 4 включ.		1
	Св. 4 до 10 включ.	2
	Св. 10 до 20 включ.	3
	Св. 20 до 30 включ.	4
	Св. 30	5

7.2.3 Расчетный дефект должен быть ориентирован таким образом, чтобы его рост был максимальный за рассматриваемый период эксплуатации.

Примечание - Сопротивление нестабильному развитию трещины определяется отношением

согласно 12.

7.2.4 Конечные размеры расчетного дефекта с учетом его возможного стабильного роста должны определяться в соответствии с разделом 12.

7.3 При реализации критического события 5.3.2, 5.3.4 или 5.3.6 расчетный дефект должен постулироваться в основном металле или сварном шве в виде поверхностной трещины.

7.3.1 Вид расчетного дефекта (полуэллиптическая или четвертьэллиптическая трещина) должен определяться геометрией компонента, в котором постулируется этот дефект.

7.3.2 Отношение

начальных размеров большой полуоси

к малой полуоси

расчетного дефекта должно приниматься равным 3. Начальный размер малой полуоси

расчетного дефекта должен приниматься в зависимости от толщины

компонента или свариваемых компонентов равным:

- 1 мм при

менее 4 мм;

- 0,25

при

от 4 до 8 мм;

- 2 мм при

более 8 мм.

7.3.3 Расчетный дефект должен быть ориентирован таким образом, чтобы его сопротивление нестабильному развитию было минимальным.

Примечание - Сопротивление нестабильному развитию трещины определяется отношением

согласно 12.

7.3.4 Конечные размеры расчетного дефекта с учетом его возможного стабильного роста должны определяться в соответствии с разделом 12.

8 Расчет на длительную статическую прочность

Расчет на длительную статическую прочность следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел 8.2).

Для облучаемых материалов расчет на длительную статическую прочность следует проводить с использованием формул, приведенных в приложении Д.

9 Расчет на длительную циклическую прочность

Расчет на длительную циклическую прочность следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 9).

Расчет кривых усталости следует проводить по ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение И). Для облучаемых материалов расчет кривых усталости следует проводить с использованием значений характеристик свойств материалов, приведенных в приложении А.

10 Расчет на прогрессирующее изменение размеров

Расчет на прогрессирующее изменение размеров следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 10).

Для облучаемых материалов расчет на прогрессирующее изменение размеров следует проводить с использованием уравнений ползучести и радиационного распухания, приведенных в приложениях Д и Е соответственно.

11 Расчет на одностороннее накопление вязкопластических деформаций при термоциклическом нагружении

Расчет на одностороннее накопление вязкопластических деформаций при циклическом нагружении следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (раздел 11).

Для облучаемых материалов расчет на одностороннее накопление вязкопластических деформаций при термоциклическом нагружении следует проводить с использованием уравнений ползучести и радиационного распухания, приведенных в приложениях Д и Е соответственно.

12 Расчет на сопротивление разрушению

12.1 Общие положения

12.1.1 Расчет на сопротивление разрушению должен проводиться для обоснования прочности компонента по критическим событиям 5.3.1 и 5.3.3 с использованием положений раздела 6.

12.1.2 Расчет на сопротивление разрушению проводится во всем диапазоне температур эксплуатации компонента.

Для компонентов, в которых максимальная температура

превышает

, расчеты следует проводить согласно 12.2-12.4.

Для компонентов, в которых максимальная температура

равна или ниже

расчеты следует проводить согласно 12.3 и 12.4.

12.1.3 Расчет на сопротивление разрушению следует проводить для фактической последовательности режимов эксплуатации с учетом всех факторов нагружения, физико-механических характеристик свойств основного металла и сварных швов в процессе эксплуатации.

12.1.4 Расчетный дефект должен быть ориентирован таким образом, чтобы его сопротивление нестабильному развитию, определяемое отношением

(или

), было минимальным.

12.1.5 Для анализа развития трещины период эксплуатации компонента следует рассматривать как последовательное прослеживание истории нагружения компонента во времени с временными интервалами

, (12.1)

где

,

- текущий и последующий моменты времени соответственно;

=1, 2, ...,

;

- количество временных интервалов на рассматриваемом периоде эксплуатации.

Примечания

1 Для повышения точности и уменьшении консервативности расчетов рекомендуется уменьшать величину временного интервала

.

2 На каждом временном интервале

значения кратковременных и длительных механических свойств следует принимать постоянными и определенными в соответствии с параметрами облучения (повреждающей дозой

и скоростью набора дозы

) и температурой на момент времени

(начало временного интервала

).

12.1.6 Анализ развития трещины при длительном нагружении по механизму ползучести следует выполнять на основе расчета в упруго-вязкопластической постановке с использованием уравнений ползучести согласно ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел Е.4 приложения Е) и уравнений пластического деформирования идеального упругопластического тела согласно ГОСТ Р 59115.10-2021 (подразделы Е.2 и Е.3.2 приложения Е).

Для облучаемых материалов для определения НДС следует использовать уравнения ползучести, приведенные в приложении Д.

12.1.7 Анализ развития трещины при циклическом нагружении по механизму усталости следует выполнять на основе упругого расчета с использованием параметров линейной механики разрушения (коэффициентов интенсивности напряжений). Уравнения, используемые для проведения упругого расчета, приведены в ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел Е.2 приложения Е).

Примечание - При упругом расчете следует вводить начальные деформации равные неупругим деформациям, полученным из упруго-вязкопластического расчета. Допускается не учитывать начальные деформации, если при анализе скорости роста усталостной трещины коэффициент асимметрии нагружения принимается равным 0,95.

12.2 Расчет развития трещины при длительном нагружении по механизму ползучести

12.2.1 По результатам расчета в упруго-вязкопластической постановке следует построить зависимость референсного напряжения во времени

. Расчет

приведен в ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение Л).

12.2.2 Для фактической последовательности режимов нагружения следует сформировать временные интервалы

, где

=1, 2, ...

;

- количество временных интервалов, на которых значения

принимают постоянными и равными своему максимальному значению на интервале

. При этом исключаются временные интервалы, при которых температура

зоны с трещиной ниже

.

Примечание - Для повышения точности и уменьшении консервативности расчетов рекомендуется уменьшать величину временного интервала

.

12.2.3 Для временного интервала

следует вычислить значения КИН в точках

и с трещины (см. рисунок 7.1) при нормальных к трещине напряжений

, используемых при расчете

.

12.2.4 Начальные значения размеров трещины определяются с использованием положений раздела 6.

При реализации критического события 5.3.2 глубина начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] принимается:

- равной размеру зоны повреждения в месте зарождения, внешняя граница которой ограничена значением повреждения равным 0,5, если этот размер больше глубины начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] согласно 7.3.2;

- равной размеру глубины начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] согласно 7.3.2, если размер зоны повреждения не превышает размера глубины этой трещины.

Начальные размеры дефекта при реализации критического события 5.3.6 принимаются согласно 7.3.

Размер

принимается согласно 7.3.2, ориентация расчетного дефекта - согласно 7.3.3.

12.2.5 Значения КИН принимаются постоянными и равными своим значениям в момент времени

, при котором

достигает своего максимального значения на интервале

.

Примечания

1 Расчет КИН рекомендуется проводить методом МВФ с использованием распределения нормальных напряжений

к плоскости трещины, рассчитанных при ее отсутствии.

2 Если в компоненте рассматривается зона с остаточными сварочными напряжениями

, то для этой зоны при расчете КИН вместо

используется величина

, где

;

- предел текучести материала в исходном (необлученном) состоянии;

- модуль упругости;

,

,

- параметры уравнения установившейся ползучести, определяемые в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (подраздел Е.6 приложения Е). Для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 и 07Х12НМФБ значения

и

приведены в таблице Д.1 (приложение Д).

12.2.6 Приращение размеров трещины на временном интервале

следует определять с использованием зависимостей приложения Г по формулам:

, (12.2)

, (12.3)

где

,

- константы;

,

- коэффициенты, увеличивающие скорость роста трещины при ползучести за счет облучения;

,

-интеграл в точках

и

трещины, вычисляемый с использованием зависимостей приложения Г, по формулам:

, (12.4)

, (12.5)

где

- интенсивность скорости деформации ползучести необлученного материала при

и температуре равной максимальной

на временном интервале

в зоне с трещиной;

,

- КИН в точках

и

трещины в момент времени, при котором

достигает максимального значения на интервале

, соответственно.

Расчет

проводится в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение К) с учетом размеров трещины.

Значения

и

приведены в таблице Г.1 (приложение Г), или принимаются на основе данных, приведенных в отчетах по материалам, или по техническим решениям, согласованным с ГМО.

Значения

, и

для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9,12Х18Н9 и 08Х16Н11М3 приведены в приложении Г.

При расчете

повреждающая доза должна соответствовать моменту времени конца интервала

.

Расчет

проводится по формулам приложения Г с использованием формул приложения Д.

12.2.7 Текущие размеры трещины следует определять по формулам:

, (12.6)

. (12.7)

12.2.8 Конечные размеры

и

трещины при длительном нагружении при ползучести следует определять последовательным повторением расчета по 12.2.5-12.2.7 до достижения конца последовательности режимов нагружения.

12.3 Расчет развития трещины при циклическом нагружении по механизму усталости

12.3.1 Для анализа развития трещины при циклическом нагружении по механизму усталости следует определить размахи КИН на основании упругого расчета. При этом, если расчет выполняется для компонента, в котором максимальная температура

превышает

, то упругий расчет проводится с использованием начальных деформаций, полученных на этапе упруго-вязкопластического расчета.

Примечание - Допускается проводить анализ развития трещины без учета начальных деформаций, полученных на этапе расчета в упруго-вязкопластической постановке. В этом случае скорость роста трещины при циклическом нагружении следует проводить при коэффициенте асимметрии цикла равным 0,95.

12.3.2 Начальные значения размеров трещины принимаются равными

и

, полученным согласно 12.2, если проводился расчет с учетом развития трещины при температуре

превышающей

.

В случае если расчет проводится для компонента, в которых максимальная температура

не превышает

, то при реализации критического события 5.3.4 начальные значения размеров трещины принимается согласно 12.3.2.1 и 12.3.2.2.

12.3.2.1 При реализации критического события 5.3.4 глубина начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] принимается согласно 7.3.2, если размах напряжений, равный

(

- размах деформации при циклическом деформировании) в месте зарождения трещины не превышает двух пределов текучести.

12.3.2.2 Если размах напряжений в месте зарождения трещины превышает два предела текучести, то размер глубины начальной трещины принимается:

- равной наибольшему размеру зоны циклического упругопластического деформирования в месте зарождения, если этот размер больше глубины начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] согласно 7.3.2. Граница зоны упругопластического деформирования определяется из условия не превышения размаха напряжений двух пределов текучести;

- равной размеру глубины начальной поверхностной трещины [размер

, рисунок 7.1а)] согласно 7.3.2, если размер зоны пластического деформирования не превышает размера глубины этой трещины.

Размер

принимается согласно 7.3.2, ориентация расчетного дефекта - согласно 7.3.3.

12.3.3 Циклы нагружения для расчета развития трещины должны быть определены таким образом, чтобы в начале цикла и в конце цикла значения КИН были приблизительно одинаковыми.

Примечание - Размах КИН может быть определен непосредственно из упругого расчета или с помощью метода МВФ с использованием распределения нормальных напряжений

к плоскости трещины, рассчитанных при ее отсутствии.

12.3.4 Приращение размеров трещины за цикл нагружения следует определять с использованием зависимостей (В.1) и (В.4) (приложение В) по формулам:

, мм; (12.8)

, мм, (12.9)

где

и

- приращение размеров трещины за

-й цикл нагружения в точках

и

соответственно;

,

- размахи КИН на

-м цикле нагружения соответственно в точках

и

трещины;

,

- коэффициенты асимметрии цикла нагружения на

-м цикле нагружения в точках

и

трещины соответственно;

- пороговый размах КИН I-го рода;

,

- коэффициенты ускорения роста трещины вследствие радиационного распухания и температурного старения соответственно.

Расчет

,

,

,

выполняется согласно В.1 (приложение В).

Расчет

проводится для максимальной температуры

-го цикла нагружения и повреждающей дозе, соответствующей моменту времени конца

-го цикла нагружения.

Значения

,

,

и

рассчитываются по формулам приложения В, ГОСТ Р 59115.6 или принимаются на основе данных, приведенных в аттестационных отчетах по материалам, или по техническим решениям, согласованным с ГМО.

12.3.5 Текущие размеры трещины следует определять по формулам:

, (12.10)

, (12.11)

где

и

- размеры трещины на

-м цикле нагружения.

Примечание - Если невозможно выделить цикл нагружения (КИН в начале и конце цикла должен быть один и тот же), то в качестве характеристик цикла нагружения (

,

) следует принимать характеристики полуцикла. При этом количество этих циклов следует принимать равным количеству таких полуциклов.

12.3.6 Конечные размеры

и

(при температуре

выше

), или

и

(при температуре

не превышающей

) трещины при циклическом нагружении следует определять последовательным повторением расчета в соответствии с 12.3.4 и 12.3.5 до тех пор, пока не будут учтены все циклы нагружения.

12.4 Анализ условий прочности для материалов ферритного класса при температуре

превышающей

и для коррозионно-стойких материалов аустенитного класса

12.4.1 Анализ условий прочности для аустенитной антикоррозионной наплавки проводится по ГОСТ Р 59115.14.

12.4.2 Условия прочности компонента с трещиной согласно 5.3.1 считаются выполненными, если для каждого рассматриваемого момента времени

протекания расчетного режима выполняются условия:

, (12.12)

, (12.13)

где

,

- значения КИН в точках

и

трещины соответственно, с учетом механической

и вторичной

нагрузок, МПа;

- коэффициент запаса;

- трещиностойкость, определяемая по формуле

, МПа·

. (12.14)

Примечания

1 Расчет КИН рекомендуется проводить методом МВФ с использованием распределения нормальных напряжений

к плоскости трещины, рассчитанных при ее отсутствии. Определение

следует проводить с помощью расчета в упруго-вязкопластической постановке (при

) или расчета в упругопластической постановке (при

).

2 Если в компоненте рассматривается зона с остаточными сварочными напряжениями

, то для этой зоны при расчете КИН вместо

используется величина

, где

;

- предел текучести материала в исходном (необлученном) состоянии;

- модуль упругости;

,

,

- параметры уравнения установившейся ползучести, определяемые в соответствии с Е.6 (приложение Е). Для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 и 07Х12НМФБ значения

и

приведены в таблице Д.1 (приложение Д). Значения

и

для остальных материалов принимаются согласно ГОСТ Р 59115.4.

Значение коэффициента запаса

следует принимать равным 1,1.

Значения

и

для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 принимаются согласно приложениям А и Б.

Значение

для материалов ферритного класса принимаются согласно ГОСТ Р 59115.6.

12.4.3 Дополнительно для каждого рассматриваемого момента времени

протекания расчетного режима должны выполняться условия отсутствия потери несущей способности компонента с трещиной согласно 5.3.3:

, (12.15)

. (12.16)

Расчет

проводится в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение Л) с учетом размеров (

и

) трещины и напряжений, вызванных механической нагрузкой

.

Значение

принимают согласно приложению А (для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3) и ГОСТ Р 59115.3.

12.4.4 В качестве размеров расчетного дефекта (

и

) следует принимать:

- для постулируемого по 6.4.1.6, 6.4.2.1, 6.6.1.5, 6.6.4 дефекта - значения

и

(при температуре

выше

) или

и

(при температуре

не превышающей

), определенные по 12.3;

- для постулируемого по 6.4.3 и 6.5.2 дефекта - значения

и

, принятые по 7.3.

12.5 Анализ условий прочности для материалов ферритного класса при температуре

, не превышающей

12.5.1 Условие прочности считается выполненным, если для каждого рассматриваемого момента времени

протекания расчетного режима выполняется условие

, (12.17)

где

- длина фронта трещины, рассчитываемая как длина дуги полуэллиптического или четверть-эллиптического дефекта;

- криволинейная координата фронта трещины (см. рисунок 12.1);

- параметр, характеризующий состояние каждой точки фронта расчетной трещины в зависимости от максимальной величины параметра

за весь период нагружения от 0 до рассматриваемого момента времени

.

Рисунок 12.1 - Схематизация расчетной поверхностной полуэллиптической трещины

12.5.2 Для режимов с изотермическими монотонными условиями нагружения для каждого значения

значение параметра

в формуле (12.17) рассчитывается по формуле

, (12.18)

где

- распределение

при расчетной температуре в зависимости от координаты

(см. рисунок 12.1).

Примечание - Под

понимается коэффициент интенсивности напряжений, определяемый методами как линейной, так и нелинейной механики разрушения с учетом зависимости свойств материала от температуры и с учетом остаточных напряжений. Условия использования линейной и нелинейной механики разрушения приведены в ГОСТ Р 59115.9-2021 (раздел 12).

12.5.3 Для режимов с неизотермическими немонотонными условиями нагружения расчет проводится согласно 12.5.3.1 с использованием формулы (12.17) или согласно 12.5.3.2 для получения упрощенной консервативной оценки прочности.

12.5.3.1 Для каждого значения

значение параметра

в формуле (12.17) рассчитывается по формуле

, (12.19)

где

- параметр, который для каждого значения

рассчитывается по формуле

, (12.20)

- распределение максимального значения

по фронту трещины (по координате

) за период нагружения от 0 до текущего момента времени

;

- распределение

по фронту трещины в момент времени

;

- распределение

по фронту трещины в момент времени

вследствие неоднородного распределения температуры вдоль фронта трещины, изменяющегося от времени;

- минимально возможная статическая трещиностойкость,

=20 МПа·

;

- распределение скорости изменения

по фронту трещины в момент времени

;

- коэффициент запаса.

Примечание - При расчетах по формулам (12.18) и (12.20) в случае, когда

принимается

.

12.5.3.2 Для получения упрощенной консервативной оценки допускается проводить анализ прочности по следующей процедуре.

Условия прочности считаются выполненными, если для каждого рассматриваемого момента времени

протекания расчетного режима для каждой точки фронта расчетного дефекта выполняется условие

, (12.21)

исключая те моменты времени, когда выполняется условие

<0 или

<0,9·

.

12.5.4 Значение коэффициента запаса

следует принимать равным:

- 2,0 при НУЭ;

- 1,5 при ННУЭ и гидравлических испытаниях;

- 1,0 при проектной аварии.

12.5.5 Значение

рассчитывается по формуле

, (12.22)

где

(12.23)

, МПа·

; (12.24)

,

- коэффициенты, учитывающие влияние коротких трещин и двухосного нагружения на трещиностойкость соответственно;

=25 мм;

- медианное (соответствующее вероятности хрупкого разрушения 0,5) значение статической трещиностойкости

для длины фронта трещины равной 25 мм, МПа·

;

- трещиностойкость при длине фронта трещины

и вероятности хрупкого разрушения 0,05;

=20 МПа·

.

При расчете по формуле (12.24), если

>200 мм, принимается

=200 мм.

Значение

принимается согласно ГОСТ Р 59115.6.

Значения

и

определяются по ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение М).

12.5.6 Дополнительно должны выполняться условия отсутствия потери несущей способности компонента с трещиной согласно 5.3.3:

, (12.25)

. (12.26)

Расчет

проводится в соответствии с приложением Л с учетом размеров (

и

) трещины и напряжений, вызванных механической нагрузкой

.

Значение

принимают согласно ГОСТ Р 59115.3.

12.5.7 В качестве размеров расчетного дефекта (

и

) следует принимать:

- для постулируемого по 6.4.1.6, 6.4.2.1, 6.6.1.5, 6.6.4 дефекта - значения

и

, определенные по 12.3;

- для постулируемого по 6.4.3 и 6.5.2 дефекта - значения

и

, принятые по 7.3.

Приложение А

(рекомендуемое)

Физико-механические свойства и диаграмма деформирования

А.1 Зависимость предела текучести от температуры, повреждающей дозы нейтронного облучения и температуры облучения

А.1.1 Зависимость средних значений предела текучести от температуры для исходного (необлученного, F=0) состояния основного металла и сварного шва в области температур эксплуатации описывается формулой

, МПа при 20°С

650°С, (А.1)

где

, МПа;

,

- температурно-независимая и температурно-зависимая компоненты предела текучести соответственно, МПа;

,

- константы материала, независящие от температуры.

Значения констант

,

и

приведены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Значения констант

,

и

для основного металла и металла шва сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3

Материал	, МПа	, МПа	, К
Основной металл сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9	115	239	2,2·10
Металл сварного шва сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3	202	239	2,2·10
Основной металл стали марки 08Х16Н11М3	125	239	2,2·10

А.1.2 Зависимость средних значений предела текучести от повреждающей дозы нейтронного облучения, температуры расчетного режима и температуры облучения в отсутствие распухания описывается формулой

, МПа при

, (А.2)

где

- зависимость приращения предела текучести основного металла и металла сварного шва от повреждающей дозы нейтронного облучения и температуры облучения:

, МПа, (А.3)

. (А.4)

А.1.3 Зависимость минимальных значений предела текучести от повреждающей дозы нейтронного облучения, температуры расчетного режима и температуры облучения в отсутствие распухания описывается формулой

, МПа при

, (А.5)

где

- минимальное значение предела текучести для исходного состояния материала, принимаемое согласно ГОСТ Р 59115.3.

Примечание - Формулы (А.2)-(А.5) справедливы при

.

А.2 Зависимость предела прочности от температуры, повреждающей дозы нейтронного облучения и температуры облучения

А.2.1 Зависимость средних значений предела прочности от температуры для материала в исходном состоянии описывается формулами:

- для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

; (А.6)

- для стали марки 08Х16Н11М3

. (А.7)

А.2.2 Зависимость средних значений предела прочности от повреждающей дозы нейтронного облучения, температуры испытаний и температуры облучения в отсутствие распухания описывается формулой

, МПа, (А.8)

где

- температурная зависимость предела прочности основного металла и металла сварного шва в исходном (необлученном) состоянии, МПа;

- зависимость приращения предела прочности от повреждающей дозы нейтронного облучения и температуры облучения, МПа;

. (А.9)

А.3 Зависимость модуля упругости от температуры

Зависимость модуля упругости от температуры для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 описывается формулой

, МПа. (А.10)

А.4 Зависимость критической деформации разрушения от температуры, повреждающей дозы нейтронного облучения и температуры облучения

А.4.1 При

критическую деформацию разрушения определяют по формуле

, (А.11)

где

; (А.12)

; (А.13)

=6415;

=0,53;

=0,117 сна

;

=400°С;

- критическая деформация разрушения при одноосном растяжении для необлученного (исходного состояния) материала,

=0,69;

- критическая деформация при транскристаллитном разрушении.

Параметр

вычисляют по формуле

, (А.14)

где

- температура, °С;

=5,15.

Значения коэффициентов

·и

·в формуле (А. 12) следует принимать равными:

- для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9:

=1,490·10

;

=1,956;

- для стали марки 08Х16Н11М3:

=1,97·10

;

=2,26.

А.4.2 При

критическую деформацию разрушения определяют по формуле

, (А.15)

где

- критическая деформация при интеркристаллитном разрушении

; (А.16)

- параметр, характеризующий снижение пластичности и трещиностойкости при

за счет реализации механизма высокотемпературного радиационного охрупчивания

; (А.17)

- коэффициент, характеризующий темп снижения пластичности и трещиностойкости

. (А.18)

Формула (А.18) используют, если концентрация гелия, образующегося в результате ядерных реакций

1·10

ат. %. При

<1·10

ат. % принимается

=1.

А.5 Диаграмма деформирования

Диаграмма деформирования описывается формулой

, (А.19)

где

;

; (А.20)

=1408 МПа;

=1,4 МПа °С

;

=1,6 - для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

=1482 МПа;

=1,4 МПа °С

;

=1,6 - для стали марки 08Х16Н11М3;

,

МПа.

Если в результате расчета по формуле (А.20) получают А<0, то принимают А=0.

Примечание - При проведении расчетов для стационарных режимов необходимо учитывать, что текущая температура эксплуатации

совпадает с температурой облучения

. В переходных режимах

отличается от текущей температуры эксплуатации

. В этом случае принимают, что

соответствует температуре предшествующего стационарного режима.

Приложение Б

(рекомендуемое)

Статическая трещиностойкость

Б.1 Статическая трещиностойкость в терминах критического значения

J

-интеграла при

определяется по формуле

, Н/мм, (Б.1)

где

; (Б.2)

; (Б.3)

°С.

Значение параметра

принимается равным 0,27 для основного металла и 0,19 - для металла сварных швов.

Расчет

выполняют согласно А.1 (приложение А).

Расчет

для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9 и 08Х16Н11М3 выполняют по формуле (А.11) (приложение А).

Расчет

для сварных швов сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 выполняют по следующим формулам:

- для аустенизированного сварного шва, выполненного с использованием сварочной проволоки марки Св-02Х17Н10М2-ВИ или электрода марки А-2 (А-2Т):

, (Б.4)

где

=8,75·10

;

=1,56;

=1,82;

=1076;

=9502;

=0,12;

- для неаустенизированного сварного шва, выполненного с использованием сварочной проволоки марок Св-02Х17Н10М2-ВИ, Св-04Х17Н10М2 или электродов марок А-1 (А-1Т), А-2 (А-2Т), а также для аустенизированного сварного шва, выполненного с использованием сварочной проволоки марки Св-04Х17Н10М2 или электрода марки А-1 (А-1Т):

, (Б.5)

где

=2,44·10

;

=2,56;

=0,81;

=725;

=9498;

=0,1;

Расчет радиационного распухания S выполняется согласно приложению Е.

Б.2 Статическую трещиностойкость при

определяют по формуле

, (Б.6)

где

; (Б.7)

рассчитывают по формуле (А.16) (приложение А).

Приложение В

(рекомендуемое)

Скорость роста трещины при циклическом нагружении

В.1 Скорость роста трещины при циклическом нагружении в исходном состоянии при температурах от 20°С до 650°С определяют по формуле

, мм/цикл, (В.1)

где

- коэффициент асимметрии цикла нагружения,

,

- если

<0, то принимается

=0;

- если

>0,95, то принимается

=0,95;

=3,3;

. (В.2)

Значение

для основного металла и металла сварного шва сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3, облученных до повреждающих доз 45 сна, определяют по формулам:

- для основного металла

; (В.3)

- для металла сварных швов при повреждающей дозе

не более 4 сна

; (В.4)

- для металла сварных швов при повреждающей дозе

свыше 4 сна

. (В.5)

В.2 Скорость роста трещины при циклическом нагружении с учетом термического старения и радиационного распухания определяют по формуле

, (В.6)

где

; (В.7)

; (В.8)

; (В.9)

- снижение критической деформации разрушения от распухания

; (В.10)

=6,55;

=0,67.

рассчитывается по формуле (А.11) (приложение А).

В.3 Значения

рассчитывают по формуле

, (В.11)

- для основного металла

, МПа·

; (В.12)

- для металла сварных швов

, МПа·

; (В.13)

- номер (балл) зерна, определяемый на основе технических условий, указанных в конструкторской документации.

Формула (В.12) применима для значений

в диапазоне от 4 до 8; если

<4, расчет по формуле (В.12) проводится при

=4. Если балл зерна в конструкторской документации не указан, то следует принимать

равным 8.

Приложение Г

(рекомендуемое)

Скорость роста трещины при ползучести

Скорость роста трещины для необлученного материала определяют по формуле

,

, (Г.1)

где

и

- константы материала (значения констант для основного металла и металла сварного шва сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 стали марки 07Х12НМФБ приведены в таблице Г.1);

- длина трещины, мм;

- время, ч;

- контурный интеграл, определяемый по формуле

, (Г.2)

где

- криволинейный контур, начинающийся на одном берегу трещины и заканчивающийся на другом берегу трещины, по которому ведется интегрирование;

;

- скорость перемещения в направлении

;

,

- декартовые координаты;

- компонента единичного вектора, перпендикулярного к элементу

;

- элемент контура

;

- компоненты тензора напряжений;

,

- компоненты тензора скоростей деформаций ползучести.

Таблица Г.1 - Значения коэффициентов

и

для основного металла и металла сварного шва сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3, 07Х12НМФБ

Температура, °С	, ·МПа
450 600	5,8·10	0,81
сталь марки 07Х12НМФБ
450 600	2,0·10	0,9

Значение

может быть рассчитано по упрощенной формуле

,

, (Г.3)

где

- КИН I-го рода, МПа·

;

- референсное напряжение, определяемое в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение К), МПа;

- скорость ползучести необлученного материала, рассчитываемая согласно Д.2 (приложение Д) при

и

, ч

.

Расчет

при температурах, не указанных в таблице Д.1, проводят по формуле (Д.12) (приложение Д), где вместо

?, подставляют

.

Скорость роста трещины при ползучести под действием нейтронного облучения определяют по формуле

, (Г.4)

где

и

- параметры, увеличивающие скорость роста трещины при ползучести за счет облучения,

, (Г.5)

, (Г.6)

Значение

рассчитывают по формулам:

- для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

,

; (Г.7)

- для стали марки 08Х16Н11МЗ

,

. (Г.8)

Значения

и

рассчитывают по формулам:

- для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

;

; (Г.9)

- для стали марки 08Х16Н11М3

;

. (Г.10)

Формулы (Г.5) и (Г.8) справедливы для диапазона температур от 450°С до 600°С, диапазона скоростей набора повреждающей дозы от 0 до 1 сна/год и диапазона повреждающих доз от 0 до 45 сна.

Если 450°С<T<500°С, то расчет по формулам (Г.5) и (Г.6) проводится при T=500°С.

Приложение Д

(рекомендуемое)

Скорость ползучести

Д.1 В настоящем приложении применены следующие дополнительные обозначения:

- компоненты тензора деформаций ползучести;

- приращения компонент тензора деформаций ползучести;

- компоненты тензора скоростей деформаций ползучести, ч

;

- интенсивность деформации ползучести материала в исходном состоянии, ч

;

- приращение времени, ч;

- компоненты тензора напряжений, МПа;

- компоненты девиатора активных напряжений, МПа;

- интенсивность активных напряжений, МПа;

- компоненты девиатора действительного напряжения, МПа;

- компоненты микронапряжения, МПа;

- символ Кронекера;

- гидростатическая компонента тензора напряжений, МПа;

- интенсивность действительных напряжений, МПа;

- коэффициент ускорения скорости ползучести при облучении;

- абсолютная температура, К;

- температура, °С.

Д.2 Для описания термоактивированной ползучести (

) используют следующее уравнение теории ползучести с анизотропным упрочнением

, (Д.1)

где

; (Д.2)

; (Д.3)

; (Д.4)

; (Д.5)

; (Д.6)

; (Д.7)

; (Д.8)

; (Д.9)

. (Д.10)

Интенсивность скорости деформации ползучести связана с интенсивностью активного напряжения формулой

, ч

. (Д.11)

Значения констант

,

,

,

определяются в соответствии с ГОСТ Р 59115.10-2021 (приложение Е, пункт Е.6).

Скорость термоактивируемой ползучести для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 при нейтронном облучении определяют по формуле

, ч

, (Д.12)

где

;

- универсальная газовая постоянная,

=8,314 Дж/(К·моль);

=7,75·10

Дж/моль;

=0,486 сна/ч;

=100 МПа.

Константы

,

,

,

для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 и 07Х12НМФБ в исходном состоянии при различных температурах приведены в таблице Д.1.

Таблица Д.1 - Значения константы в уравнениях скорости ползучести для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 в исходном состоянии

Температура, К (°С)	, ч
Сталь марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9
773 (500)	4,03·10	2,03·10	13,5	2,52·10	6,26·10
823 (550)	852,0	4,35·10	10,2	1,5·10	4,4·10
873 (600)	710,0	6,23·10	8,2	7,62·10	2,70·10
Сталь марки 08Х16Н11М3
773 (500)	3,45·10	2,48·10	13,8	6,41·10	1,86·10
823 (550)	1,35·10	1,14·10	12,5	8,30·10	6,17·10
873 (600)	820,0	5,54·10	11,2	7,13·10	8,70·10
Сталь марки 07Х12НМФБ
723 (450)	7,61·10	3,67·10	15,2	1,75·10	2,30·10
773 (500)	5,46·10	9,56·10	12,4	5,40·10	9,90·10
823 (550)	3,79·10	3,61·10	9,95	1,99·10	5,26·10
873 (600)	2,99·10	4,91·10	7,68	3,10·10	1,04·10

Скорость ползучести при температуре отличной от указанной в таблице Д.1 в интервале температур от 773 К (500°С) до 873 К (600°С) определяют по формуле

, (Д.13)

где

- скорость ползучести при температуре

;

,

,

- абсолютные температуры в градусах К;

,

- скорости ползучести, рассчитанные по формуле (Д.11) в соответствии с параметрами, указанными в таблице Д.1, при температурах

и

соответственно.

Примечание - Формула (Д.13) применяется для материала в исходном состоянии. Для определения скорости ползучести для облучаемого материала значение скорости, полученное по формуле (Д.13), умножается на коэффициент

.

Д.3 Скорость ползучести, используемая при расчете релаксации напряжений, определяют по формуле

, (Д.14)

где

=100 МПа.

Константы

и

для сталей марок 09Х18Н9,10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х16Н11М3 и 07Х12НМФБ при различных температурах приведены в таблице Д.1.

Приложение Е

(рекомендуемое)

Радиационное распухание

Е.1 Радиационное распухание при заданном уровне напряжений

рассчитывают по формуле

, (Е.1)

где

- функция учета влияния напряжения на распухание;

; (Е.2)

; (Е.3)

; (Е.4)

МПа

;

;

- компоненты тензора напряжений;

- интенсивность напряжений, рассчитываемая по формуле (Д.10).

Е.2 Температурно-дозовая зависимость свободного радиационного распухания рассчитывают по формулам:

- для сталей марок 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9

, (Е.5)

где

=1,63·10

сна

;

=1,88;

=1,1·10

°С

;

=470°С;

- для стали марки 08Х16Н11М3

, (Е.6)

где

=9,8·10

сна

;

=2,3·10

°С

;

=470°С;

=9,6·10

сна

;

=1,5·10

°С

;

=565°С;

=1,88;

=513°С.

Примечание - Расчет радиационного распухания проводят, если величина

, рассчитанная по формулам (Е.5) и (Е.6), превышает 1,0·10

.

Библиография