ГОСТ Р 59115.2-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона, модуль сдвига

    ГОСТ Р 59115.2-2021

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

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

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

ОКС 27.120.99

Дата введения 2022-01-01

Предисловие

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

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"

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

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. 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 предназначен для применения при проведении расчетов по обоснованию прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1].

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

- модуля упругости;

- среднего температурного коэффициента линейного расширения;

- коэффициента Пуассона;

- модуля сдвига.

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

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

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

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

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

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий 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 конструкционные материалы (основные): Материалы в виде полуфабрикатов из сталей и сплавов, применяемые при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

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

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

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

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

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

3.2 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

- модуль упругости (модуль нормальной упругости, модуль Юнга) при температуре

T

, ГПа;

- средний температурный коэффициент линейного расширения при изменении температуры с 293 К (20°С) до температуры

T

, 10

·К

;

- модуль сдвига при температуре

T

, ГПа;

- коэффициент Пуассона;

ПКД - проектная конструкторская документация.

4 Общие положения

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

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

________________

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

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

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

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

- легированных сталей с массовой долей углерода не более 0,25% и с суммарным легированием в сумме до 3% массовой доли марганцем, кремнием, молибденом, ванадием (3-я группа);

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

- 20Х1М1Ф1ТР (5-я группа);

- низколегированных сталей с массовой долей углерода 0,25% и более (не более 0,4%) и с суммарным легированием до 3% массовой доли (6-я группа);

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

- 07Х12НМФБ (8-я группа);

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

- 10Х11Н20Т3Р, 10Х15Н9С3Б1-Ш, 16Х12МВСФБР-Ш и 03Х18Н13С2АМ2ВФБР-Ш (10, 11, 12 и 13-я группы, соответственно);

- циркониевых сплавов (14-я группа);

- титановых сплавов (15-я группа);

- алюминиевых сплавов (16-я группа);

- меди и латуни (17-я группа);

- никеля (18-я группа);

- никелевого сплава (19-я группа).

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

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

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

- 20Х1М1Ф1ТР (3-я группа);

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

- 07Х12НМФБ (5-я группа);

- хромоникелевых сталей аустенитного класса с массовыми долями хрома 15%-20%, никеля - 8%-15% и дополнительным суммарным легированием до 3,5% массовой доли молибденом, титаном, ниобием (6-я группа);

- 08Х22Н6Т, 16Х12МВСФБР-Ш, 10Х15Н9С3Б1-Ш и 03Х18Н13С2АМ2ВФБР-Ш (7, 8, 9 и 10-я группы соответственно);

- циркониевых сплавов (11-я группа);

- титановых сплавов (12-я группа);

- алюминиевых сплавов (13-я группа);

- меди и латуни (14-я группа);

- никеля (15-я группа);

- никелевого сплава (16-я группа).

4.5 В таблице Б.3 приведены значения модуля сдвига.

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

5 Требования к экспериментальному определению физических характеристик конструкционных материалов

5.1 Общие положения

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

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

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

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

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

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

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

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

5.2 Методы определения физических характеристик конструкционных материалов

5.2.1 Определение модуля нормальной упругости (модуля Юнга)

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

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

5.2.2 Определение среднего температурного коэффициента линейного расширения

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

5.2.2.2 По результатам испытаний следует определять значение среднего температурного коэффициента линейного расширения для температурного интервала от 20°С до температуры испытаний.

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

5.2.3 Определение коэффициента Пуассона

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

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

5.2.3.3 По результатам испытаний следует определять относительное поперечное сужение (расширение)

и относительное продольное удлинение (сжатие) образца по формулам:

;

, (5.1)

где

,

d

- диаметр цилиндрической части образца (поперечный размер образца) до и после деформации (нагрузки), мм;

,

l

- длина образца до и после деформации (нагрузки), мм.

5.2.3.4 Коэффициент Пуассона следует определять по формуле

. (5.2)

5.2.3.5 В расчетах на прочность конструктивных элементов, изготовленных из материалов, указанных в пунктах 1-8 таблицы А.1, допускается принимать значение коэффициента Пуассона, равное 0,3.

5.2.4 Определение модуля сдвига

5.2.4.1 Измерение модуля сдвига следует проводить динамическим методом по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2.

5.2.4.2 Допускается определение модуля сдвига

материалов расчетом по формуле

. (5.3)

Приложение А

(справочное)

Подразделение марок конструкционных материалов

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

Приложение Б

(рекомендуемое)

Физические свойства конструкционных материалов

Таблица Б.1 - Модуль упругости материалов (модуль нормальной упругости, модуль Юнга)

, Гпа

Таблица Б.2 - Средний температурный коэффициент линейного расширения материалов,

·10

К

, при изменении температуры с 293 К (20°С) до указанной температуры Т

Таблица Б.3 - Модуль сдвига

, ГПа

Библиография