Приложение Г (обязательное). Определение допустимого давления при минимальной рабочей температуре (требования по предотвращению хрупкого разрушения)

Приложение Г
(обязательное)

Определение допустимого давления при минимальной рабочей температуре (требования по предотвращению хрупкого разрушения)

Г.1 Общая информация

Г.1.1 Общие положения

При низкой рабочей температуре или, когда энергия удара разрушения меньше значений, указанных ниже, допустимое давление PS на основе рассчитанного или экспериментально подтвержденного PS₀ (в соответствии с приложением А или Б) должно быть скорректировано до максимально допустимого давления, PS_TSmin при минимальной рабочей температуре TS_min.

Коэффициенты безопасности в таблице А.1 учитывают минимальные значения KV при температуре окружающей среды для групп материалов:

а) для стали - 27 Дж;

б) для чугуна с шаровидным графитом RT - 17 Дж или 14 Дж (см. таблицу Д.6);

в) для чугуна с шаровидным графитом LT - 12 Дж.

Эти значения, соответствующие KV₀, используются в данном приложении. Допустимое давление PS₀ должно быть скорректировано, когда минимальная рабочая температура TS_min ниже минус 10 °С или энергия удара KV меньше, чем KV₀.

Пример - Материалы EN-GJS-350-22-RT и EN-GJS-400-18-RT являются чугуном с шаровидным графитом, если энергия удара EN-GJS-350-22-RT превышает 17 Дж или EN-GJS-400-18-RT превышает 14 Дж, а рабочий диапазон температур составляет от минус 10 °С до 50 °С, поэтому коррекция не требуется.

Примечание - Примеры материалов и пределы их применения приведены в приложении Д.

Г.1.2 Требования к материалам и испытание свойств материала

Если минимальная энергия ударного разрушения KV дана для температуры окружающей среды при 0 °С, то никаких специальных мер для подтверждения использования материала при температурах до минус 10 °С не требуется.

Алюминий или алюминиевые сплавы, групп 21-26, за исключением алюминиево-магниевых сплавов с содержанием магния более 6 %, меди или медных сплавов, групп 31-38, а также титана, не подвержены хрупкому разрушению и не требуют особых мер для их использования при температурах до минус 196 °С.

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием магния более 6 % следует использовать только до температуры минус 100 °С.

Примечание - Решетка (гранецентрированная решетка) алюминия и алюминиевых сплавов, групп 21-26, а также меди и медных сплавов, групп 31-38, согласно ГОСТ ISO/TR 15608 отличается по сравнению со сталью, групп 1.1 и 1.2 (объемно-центрированная решетка). Из-за этого эти материалы (группы 1.1 и 1.2) имеют большую склонность к охрупчиванию при низких температурах.

Г.1.3 Документация

Энергия удара при разрушении должна быть подтверждена сертификатами (см. 6.11).

Снижение максимально допустимого давления при более высокой рабочей температуре должно быть задокументировано.

Должен быть приведен выбранный метод согласно Г.3, Г.4 или Г.5.

Г.2 Определение максимально допустимого давления при минимальной рабочей температуре

Максимально допустимое давление при минимальной рабочей температуре рассчитывается на основе максимально допустимого давления PS₀

(Г.1)

где S_TSmin рассчитывается в соответствии с методом, описанным в Г.3, или принимается, как указано в Г.4.

Метод по Г.5 может быть использован для С, CMn, мелкозернистых сталей, легированных никелем сталей с содержанием никеля не более 1,5 % с заданным минимальным пределом текучести не более 500 МПа и аустенитно-ферритных сталей с заданным минимальным пределом текучести не более 550 МПа. Если используется метод из раздела Г.5, то S_TSmin, равен 1.

Г.3 Определение максимально допустимого давления при минимальной рабочей температуре на основе эмпирического метода (t_min-Method)

Г.3.1 Общие положения

С помощью этого метода предотвращение хрупкого разрушения учитывается с помощью понижающих коэффициентов, зависящих от того, превышает ли минимальная рабочая температура (TS_min) одну из трех температур нагрузки t_min100, t_min75 и t_min25. Метод основан на опыте использования клапанов холодильных систем при низких температурах в течение длительного периода времени.

Значение KV должно быть взято из стандартов на материалы.

Г.3.2 Определение t_min100, t_min75 и t_min25

Если минимальная энергия удара KV приведена для температуры окружающей среды или 0 °С, то t_min100 составляет не менее минус 10 °С.

Следующие варианты нагрузки относятся к стали и литой стали (группы 1.1 и 1.2), для которых t_min100 имеет температуру от минус 20 °С до минус 10 °С:

а) t_min75 = t_min100 - 50 K;

б) t_min25 = t_min100 - 80 K.

Аустенитные стали в соответствии с группой 8.1 с А5 35 % могут использоваться до температуры t_min100 минус 196 °С.

Алюминий или алюминиевые сплавы (группы 21-26), за исключением алюминиево-магниевых сплавов с содержанием магния более 6 %, а также титан (группа 51), медь или медные сплавы (группы 31-38) согласно ГОСТ ISO/TR 15608 могут применяться до рабочей температуры t_min100 минус 196 °С. Допускается применение полуфабрикатов и отливок.

Алюминиево-магниевые сплавы с содержанием магния более 6 % следует применять только при рабочей температуре до t_min100 - 100 К.

Основываясь на практическом опыте эксплуатации, клапаны до DN 10 или крышки клапанов и детали сальникового корпуса DN 40, изготовленные из автоматной стали (см. таблицу Д.7), могут применяться в случаях нагрузки от t_min75 до минус 40 °С и нагрузки t_min25 до минус 60 °С.

Примечание - Значения t_min75 в таблице Д.6 для EN-GJS-350-22LT и EN-GJS-400-18-LT основаны на практическом опыте, и эти материалы не следует использовать ниже t_min75.

Г.3.3 Сварные конструкции

Те же правила применяются к сварным соединениям, что и к исходному материалу, при условии, что самая низкая температура при 100 %-ной нагрузке t_min100 сварного шва задокументирована с помощью испытания на энергию разрушения при ударе.

Для сварных конструкций при температуре применения ниже t_min100 требуется снятие напряжения путем термической обработки.

Для материалов, относящихся к группам 1.1 и 1.2, снятие напряжений путем термической обработки не требуется, если толщина свариваемых материалов составляет менее 10 мм.

Таблица Г.1 - Пример определения самой низкой температуры применения для литой стали

Температура испытания сварного шва, °С	t_min100, °С	Температурная поправка (см. Г.4.2), K	t_min75, °С	Температурная поправка (см. Г.4.2), K	t_min25, °С
Минус 10	Минус 10	50	Минус 60	75	Минус 85
20	Минус 10	50	Минус 30	75	Минус 55

Г.3.4 Определение коэффициента безопасности

С учетом вышеупомянутых предварительных условий принимаются следующие значения коэффициента безопасности S_TSmin:

S_TSmin = 1,0 для TS_min t_min100;

S_TSmin =°0,75 для t_min75 TS_min t_min100;

S_TSmin =°0,25 для t_min25 < TS_min t_min75.

Проектирование детали по этому методу не допускается, если значение предполагаемой рабочей температуры TS_min ниже t_min25.

Г.3.5 Испытание материала и документация

Испытание на энергию удара при разрушении должно проводиться при t_min100 в соответствии с условиями стандартов на материалы, результат должен быть задокументирован.

Г.4 Определение минимальной рабочей температуры TS_min на основе эталонной толщины е_В

Г.4.1 Общие положения

Этот метод может быть применен к С, CMn, мелкозернистым сталям, легированным никелем сталям с содержанием никеля не более 1,5 % с заданным минимальным пределом текучести не более 500 МПа и аустенитно-ферритным сталям с указанным минимальным пределом текучести не более 550 МПа.

Этот метод, основанный на механике разрушения, может использоваться для определения требований, позволяющих избежать хрупкого разрушения в этих сталях, и может использоваться для случаев, когда самая низкая рабочая температура TS_min не равна температуре испытания на удар T_KV. Диаграммы показывают соотношение между TS_min и T_KV в зависимости от эталонной толщины и уровня прочности. Различают только состояние после сварки AW и после сварки PWHT.

Этот метод не распространяется на горячекатаный стальной прокат толщиной более 35 мм.

Эталонная толщина е_В для конструкционных деталей - это минимальная толщина материала, необходимая для обеспечения достаточной прочности деталей, нагруженных давлением. Эталонная толщина е_В может быть выбрана большей по величине, если минимальная необходимая толщина материала неизвестна.

Исходный материал, сварные швы и зона термического влияния (ЗТВ) должны соответствовать требуемой энергии удара KV, указанной в таблице Г.3 или Г.4, при температуре испытания на удар T_KV.

Примечание - Этот метод скопирован из [3].

Г.4.2 Регулировка температуры

Расчетная эталонная температура T_R, используемая для определения требований к энергии удара, рассчитывается путем добавления температурной поправки T_S к самой низкой рабочей температуре TS_min:

(Г.2)

где T_S либо 0 K, либо в соответствии с таблицей Г.2.

Таблица Г.2 - Температурная поправка T_S

Состояние	Соотношение главного мембранного напряжения и максимально допустимого расчетного напряжения			Мембранные напряжения^б
Состояние	> 75 %	> 50 % 75 %	50 %	50 МПа
Несварная или послесварочная термообработка PWHT^а	0 K	10 K	25 K	50 K
Сварка и эталонная толщина 35 мм	0 K	0 K	0 K	40 K
^а Также применимо к изделию, где все патрубки и не временные сварные насадки сначала привариваются к деталям сосуда, и эти узлы подвергаются термообработке после сварки перед сборкой в изделии стыковой сваркой, но основные швы впоследствии не подвергаются послесварочной термообработке. ^б В мембранных напряжениях должны учитываться внутреннее и внешнее давление и собственный вес. Для решеток и труб теплообменников следует также учитывать ограничение свободного перемещения труб теплообменника.

Г.4.3 Определение расчетной эталонной температуры T_R

В таблицах Г.3 и Г.4 показано, какой рисунок следует использовать для определения температуры испытания на удар T_KV или расчетной контрольной температуры T_R. Условие "не приварено" должно рассматриваться как условие PWHT.

Если используется требование KV энергии удара 40 Дж вместо 27 Дж, то температура испытания на удар T_KV может быть увеличена на 10 К или T_R может быть уменьшена на 10 К.

Допускается линейная интерполяция между уровнями прочности и толщины, приведенными на рисунках Г.1 - Г.11.

В качестве альтернативы можно использовать следующий более высокий класс прочности или толщину стенки. Более низкие температуры испытаний, чем T_KV, допустимы для тех же требований.

Пунктирные линии на рисунке Г.1 и рисунке Г.3 применяются к толщине стенки до 110 мм включительно, когда при T_KV получены значения K_V удара 40 Дж.

Экстраполяции для температурных диапазонов за пределами температурных диапазонов, как показано на рисунках, не допускаются.

Для толщины стенок < 10 мм следует использовать кривую для 10 мм.

Таблица Г.3 - Требования к энергии удара для С, CMn, мелкозернистых сталей, легированных никелем сталей с содержанием никеля не более 1,5 %

Указанный минимальный предел текучести основного материала, МПа	Требуемая энергия удара, KV (для образцов 10 x 10 мм, Дж	Рисунок, определяющий требуемый T_KV
	Требуемая энергия удара, KV (для образцов 10 x 10 мм, Дж	Несварная или послесварочная термообработка	Как сварной
Re 265	27	Г.1	Г.2
Re 355	27	Г.3	Г.4
Re 460	40	Г.5	Г.6
Re 500	40	Г.7	Г.8
Примечание - Пунктирные линии на рисунках Г.1 и Г.3 должны использоваться только для KV 40 Дж.

Таблица Г.4 - Температурная поправка T_S

Указанный минимальный предел текучести основного материала, МПа	Требуемая энергия удара, KV (для образцов 10 х 10 мм), Дж	Рисунок, определяющий требуемый T_KV
Re 385	40	Г.9
Re 465	40	Г.10
Re 550	40	Г.11

Примечание - Пунктирная линия должна использоваться только для KV 40 Дж и для толщины от 75 мм до 110 мм включительно.