ГОСТ.
Р 59115.2-2021

1. 1.1Настоящий стандарт предназначен для применения при проведении расчётов по обоснованию прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии.
2. 1.2Настоящий стандарт устанавливает значения и методы определения следующих характеристик физических свойств основных конструкционных материалов (далее материалов), используемые при проведении расчётов на прочность оборудования и трубопроводов:
   – модуля упругости;
   – среднего температурного коэффициента линейного расширения;
   – коэффициента Пуассона;
   – модуля сдвига.
3. 1.3Применимость материалов для изготовления указанных в 1.1 оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии.

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 заменён ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учётом всех внесённых в данную версию изменений. Если заменён 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 учёта данного изменения. Если ссылочный стандарт отменён без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3.1 Термины и определения. В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

1. 3.1.1конструкционные материалы (основные): Материалы из сталей и сплавов, применяемые при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
2. 3.1.2коэффициент Пуассона: Величина отношения относительного изменения поперечного размера образца к относительному изменению продольного размера образца.
3. 3.1.3модуль 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.
4. 3.1.4модуль сдвига: Физическая величина, характеризующая упругие свойства материала и его способность сопротивляться деформации сдвига, определяемая как отношение касательного напряжения к сдвиговой деформации.
5. 3.1.5полуфабрикат: Заготовка (лист, труба, поковка, сортовой прокат, отливка, заготовка крепёжных деталей), поставляемая для изготовления деталей или сборочных единиц оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
6. 3.1.6средний температурный коэффициент линейного расширения: Относительное приращение длины образца, вызванное повышением его температуры от нижней до верхней границы заданного температурного интервала, отнесённое к величине этого интервала.

3.2 Обозначения и сокращения. В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:
E^T – модуль упругости (модуль нормальной упругости, модуль Юнга) при температуре T, ГПа;
α^T – средний температурный коэффициент линейного расширения при изменении температуры с 293 K (20 °C) до температуры T, 10⁻⁶·K⁻¹;
G^T – модуль сдвига при температуре T, ГПа;
μ – коэффициент Пуассона;
ПКД – проектная конструкторская документация.

1. 4.1Подразделение марок конструкционных материалов по группам (классам) приведено в приложении А.
2. 4.2При проведении расчётов на прочность значения характеристик физических свойств материалов следует принимать по данным документов по стандартизации, содержащих требования к физическим свойствам материалов, и/или по требованиям ПКД. В случае отсутствия или недостаточности в этих документах необходимых данных при проведении расчётов на прочность следует руководствоваться данными, приведёнными в таблицах Б.1 и Б.2.
3. 4.3В 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 долей 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. 4.4В 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 никелем, молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием (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, вольфрамом (6-я группа); 08Х22Н6Т, 16Х12МВСФБР-Ш, 10Х15Н9С3Б1-Ш, 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).
5. 4.5В таблице Б.3 приведены значения модуля сдвига.
6. 4.6Значения характеристик физических свойств материалов, используемые в расчётах 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.

5.1 Общие положения.

1. 5.1.1Для определения значений физических характеристик, используемых в расчётах на прочность, должны быть использованы результаты испытаний образцов, вырезанных из металла промышленных плавок материалов изготавливаемой номенклатуры полуфабрикатов и крепёжных изделий, применяемых для изготовления оборудования, трубопроводов и других элементов ядерных установок.
2. 5.1.2Для определения значений физических характеристик, используемых в расчётах 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.
3. 5.1.3Требования к организациям (испытательным лабораториям) и персоналу, проводящим испытания по определению физических характеристик материалов, установлены в ГОСТ Р 59115.3-2021 (пункт 5.1.3).
4. 5.1.4Требования к средствам измерения и испытательному оборудованию, используемому при испытаниях, установлены в ГОСТ Р 59115.3-2021 (пункт 5.1.3).
5. 5.1.5Образцы 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.
6. 5.1.6Образцы 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 расчётных 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.

1. 5.2.1.1Определение модуля нормальной упругости (модуля Юнга). 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).
2. 5.2.1.2При каждой температуре испытаний должно быть получено не менее 10 значений измеряемой характеристики.
3. 5.2.2.1Определение среднего температурного коэффициента линейного расширения. 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.
4. 5.2.2.2По результатам испытаний следует определять значение среднего температурного коэффициента линейного расширения для температурного интервала от 20 °C до температуры испытаний.
5. 5.2.2.3Для температурного интервала, указанного в 5.2.2.2, должно быть получено не менее 10 значений измеряемой характеристики.
6. 5.2.3.1Определение коэффициента Пуассона. Определение коэффициента Пуассона следует проводить по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2.
7. 5.2.3.2Для определения коэффициента Пуассона следует использовать не менее пяти образцов.
8. 5.2.3.3По результатам испытаний следует определять относительное поперечное сужение (расширение) ε_⊥ и относительное продольное удлинение (сжатие) ε образца по формулам:
   ε_⊥ = (d − d₀) / d₀;   ε = (l − l₀) / l₀  (5.1)
   где d₀, d – диаметр цилиндрической части образца (поперечный размер образца) до и после деформации (нагрузки), мм;
   l₀, l – длина образца до и после деформации (нагрузки), мм.
9. 5.2.3.4Коэффициент Пуассона следует определять по формуле:
   μ = |ε_⊥ / ε|  (5.2)
10. 5.2.3.5В расчётах на прочность конструктивных элементов, изготовленных из материалов, указанных в пунктах 1–8 таблицы А.1, допускается принимать значение коэффициента Пуассона, равное 0,3.
11. 5.2.4.1Определение модуля сдвига. Измерение модуля сдвига следует проводить динамическим методом по методикам измерений при испытаниях, соответствующим 5.1.2.
12. 5.2.4.2Допускается определение модуля сдвига G^T материалов расчётом по формуле:
    G^T = E^T / (2·(1 + μ))  (5.3)

Таблица А.1 – Подразделение марок конструкционных материалов по группам (классам). Примечание: в числителе действующее обозначение марки, в знаменателе – устаревшее. Марки, отмеченные **, не включены в Сводный перечень документов по стандартизации [2]; применимость материалов для изготовления оборудования и трубопроводов регламентируется федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1].

Температурные столбцы T, K (°C): 293 (20), 323 (50), 373 (100), 423 (150), 473 (200), 523 (250), 573 (300), 623 (350), 673 (400), 723 (450), 773 (500), 823 (550), 873 (600). Прочерк «–» означает, что значение для данной группы при данной температуре не нормировано.

1. [1]Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии НП-089-15. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
2. [2]Сводный перечень документов по стандартизации в области использования атомной энергии.

Ключевые слова: оборудование, трубопроводы, конструкционные материалы, модуль нормальной упругости, температурный коэффициент линейного расширения.

Разработан: Акционерным обществом «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ»).

Внесён: Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 «Атомная техника».

Утверждён и введён в действие: Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. № 1166-ст.

Введён впервые.

Введение. Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.