Механические свойства сталей х18н9т, х19н10т, х18н12т

Характеристика стали	Температура, 0С
	20	100	200	300	400	500	525
В, МПа	490	461	421	392	353	323	314
0,2, МПа	216	206	187	176	167	147	147
, %	55	55	50	46	44		
, 10-61/0С	16,6	17,0	17,2	17,5	17,9	18,6	
Е, 104МПа	20,1	19,8	19,3	18,6	17,7	15,7	

Рис. 1.Расчетная кривая усталости для хромоникелевых сталей до температуры 450 0С

Если в период эксплуатации наблюдаются различные режимы циклического нагружения, то их совместное влияние учитывают на основе линейного суммирования повреждений по формуле

,

где N_i  число циклов нагружения в i-м режиме с напряжением ;

допустимое число циклов нагружения, определяемое по расчетной кривой усталости при амплитуде напряжений ;

k  число режимов нагружения.

Условие прочности при различных режимах циклического нагружения состоит в том, чтобы накопленное усталостное повреждение  не превышало 1 ( < 1).

В тех случаях, когда расчетная оценка циклической прочности элемента конструкции показывает, что при выбранных запасах n_ = 2 и n_N = 10 условие прочности  < 1 не выполняется, оценка прочности может быть проведена по результатам испытаний натурных элементов конструкции или их моделей. Модель должна быть изготовлена в соответствии с требованиями, предъявляемыми к штатным конструкциям. Режим испытаний по нагрузкам и температурам должен соответствовать условиям эксплуатации. Конструкция считается работоспособной в условиях циклического нагружения, если к моменту возникновения трещин при испытаниях коэффициенты запаса n_ и n_N не ниже соответственно 1,25 и 3.

Важное значение для оценки прочности конструкций реактора имеет определение условий нагружения, исключающих опасность хрупкого разрушения, при котором относительная деформация в момент разрушения мала и не превышает 3 %. Особенно опасно хрупкое разрушение, которое происходит внезапно, без заметного предварительного повреждения. Хрупкому разрушению способствуют зоны с высокой концентрацией напряжений и большим запасом упругой энергии, работа материала при низких температурах, нагружение быстровозрастающими ударными усилиями. Пластичные материалы способны к перераспределению, релакса­ции напряжений в процессе пластического течения. Поэтому в них маловероятно возникновение хрупкого разрушения.

Наиболее опасно хрупкое разрушение корпуса реактора. Нормы раcчета на прочность рекомендуют следующие условия нагружения, исключающие условия хрупкого разрушения, завися­щие от температуры рассматриваемой области корпуса Т_э. Эта температура сравнивается с критической температурой хрупкости корпуса Т_кр, определяемой соотношением

Т_кр = Т_{кр о} + Т + Т_ст + Т_N + Т_ф, (9)

где Т_{кр о}  критическая температура хрупкости материала, определяемая в испытаниях на ударный изгиб и равная наибольшему из двух значений температуры, при которой доля волокнистого излома составляет 50 % всей поверхности излома, и температуры, соответствующей значению ударной вязкости 0,6 МПа  м; Т — температурный запас, принимаемый равным 30 °С; Т_ст — сдвиг критической температуры хрупкости, связанный с эффектом старения материала, определяемый по значениям ударной вязкости материала, подвергнутого старению; Т_N  сдвиг критической температуры хрупкости для малоуглеродистых и низколегированных сталей, равный 20 °С; Т_ф  сдвиг критической температуры хрупкости, связанный с влиянием нейтронного облучения:

Т_ф = А_ф(Ф  10^-18)^1/2, (10)

где Ф = 10¹⁸ -3 10²⁰ нейтр./см² (Е > 0,5 МэВ)  флюенс нейтронов; А_ф = 9  40 °С/(нейтр. см^-2)^1/3  коэффициент пропорциональности, зависящий от материала, способа его термообработки, температуры, облучения. Наименьшее значение А_ф соответствует стали 12Х2МФА, облученной при температурах 250…300 °С; наибольшее  металлу сварного шва конструкции из стали 22К, отожженному и облученному при 150…220 °С.

Если температура корпуса Т_э меньше критической температуры хрупкости Т_кр, то допускаемые напряжения в корпусе принимаются равными 0,5 или 0,25 в зависимости от того, подвергаются или не подвергаются корпуса периодическим обследованиям при эксплуатации в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок» (М.: Металлургия, 1973). Коэффициенты 0,5 и 0,25 соответствуют коэффициентам запаса по хрупкому разрушению n_хр, равным 2 и 4. Если температура корпуса Т_э превышает критическую температуру корпуса Т_кр то допустимое напряжение [] выбирается в соответствии с изложенными выше рекомендациями в зависимости от условия нагружения и напряженного состояния.

Условия хрупкого нагружения изображаются обычно в виде диаграммы (рис. 2), дающей зависимость между температурой и допустимым напряжением. Линия АБВВ'" соответствует изготовленному корпусу (Т_ст = Т_N = Т_ф = 0), линия АБ'В'В'"  корпусу, еще не подвергавшемуся облучению, линия АБ"В"В"'  корпусу, находившемуся в эксплуатации. Допустимые сочетания температур и напряжений лежат правее и ниже соответствующих линий в зависимости от рассматриваемого периода работы корпуса. Проверка сопротивления хрупкому разрушению проводится для всех видов нагрузок и всех расчетных случаев, в том числе для условий гидроиспытаний.

Рис. 2. Диаграмма сопротивления хрупкому разрушению

Недостаток подхода к оценке прочности на основе допустимых напряжений и запасов прочности состоит в его детерминированном характере. При таком подходе должным образом не учиты­вается неизбежное рассеяние действующих и разрушающих напряжений, нельзя говорить о вероятности разрушения. Этот недостаток устраняется введением статистических запасов прочности и построением статистических моделей надежности, учитывающих действительные распределения действующих и разрушающих напряжений. На основе такого подхода можно получить связь вероятности разрушения Р_разр с запасом по средним значениями коэффициентами вариации действующих и разрушающих напряженийисоответственно

, (11)

где , ,  разрушающее и действующее напряжения; , их средние значения; s_, s_  среднеквадратические отклонения разрушающих и действующих напряжений;  коэффициент запаса по средним значениям напряжений;

 функция Лапласа для нормального распределения случайных величин.

Запасы по средним значениям больше практически использованных запасов прочности, которые определяются по наименьшим значениям разрушающих и наибольшим значениям действующих напряжений.

Анализ данных табл. 2 показывает, что увеличение коэффициентов вариации действующих и разрушающих напряжении, связанное с несовершенством технологии производства конструкции и материалов, вызывает необходимость существенно повышать коэффициенты запаса по условиям обеспечения высокой прочностной надежности конструкции. Последнее имеет следствием нецелесообразное увеличение металлоемкости изделий. Поэтому создание материалов со стабильными свойствами и совершенствование технологии изготовления являются важными задачами реакторостроения.

Т а б л и ц а 2