Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях»

(ФГУП КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ»)

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твердости

РД ЭО 0027-2005

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях»

(ФГУП КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ»)

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твердости

РД ЭО 0027-2005

РДЭО 0027-2005

зом, чтобы результат измерений не зависел от структурных неоднородностей тестируемого материала.

4.6    Немеханические методы определения твердости могут применяться только для предварительного обследования и выявления неоднородности свойств исследуемого материала. Обзор немеханических методов приведен в разделе В.5 приложения В. Основной текст инструкции на немеханические методы определения твердости не распространяется.

4.7    Измерение твердости металла на вырезках сварных соединений производится в соответствии с ГОСТ 6996.

4.8    При измерении твердости стандартизованными методами должны быть соблюдены требования соответствующих стандартов для этих методов.

5 Порядок подготовки к проведению контроля

5.1 Общие требования к приборным средствам

5.1.1    Приборы измерения твердости классифицируются на стационарные и переносные.

Стационарные приборы, предназначены для работы в условиях лаборатории АЭС .

Переносные приборы могут быть установлены на объекте измерения и быть использованы для безобразцового контроля оборудования и трубопроводов АЭС.

5.1.2    Прибор измерения твердости должен быть:

-    сертифицирован в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии и внесен в Государственный реестр средств измерений;

-    поверен в аккредитованной метрологической службе.

5.1.2    Приборы измерения твердости механическим методом проходят поверку в соответствии с ГОСТ 8.398 не реже одного раза в год с применением образцовых мер твердости не ниже второго разряда по ГОСТ 9031.

5.1.3    Подготовка прибора к проведению измерений производится в соответствии с руководством по эксплуатации или паспортом на прибор.

Для приборов измерения твердости косвенным механическим методом перед проведением измерений следует произвести контрольные испытания на образцовых мерах твердости по ГОСТ 9031, либо на аттестованных образцах металла, близкого по свойствам к испытуемому. Погрешность результатов контрольных испытаний не должна превышать нормативную для данного прибора.

5

РДЭО 0027-2005

5.2 Требования, предъявляемые к качеству испытуемой поверхности

Прежде чем приступить к проведению испытаний, необходимо подготовить поверхность испытуемого изделия в месте контроля:

а)    если металл, предназначенный для испытаний, работал в условиях радиационного облучения, то испытания производятся по дозиметрическому наряду-допуску;

б)    поверхность испытуемого изделия должна быть свободна от окалины и других посторонних веществ;

в)    на контролируемой поверхности изделия производится зачистка участка измерения так, чтобы края отпечатка после вдавливания были достаточно отчетливы для измерения его размеров с требуемой точностью;

г)    при испытаниях на искривленных поверхностях радиус кривизны образца (изделия) должен быть не меньше величины 5D в случае, кода проводится испытание шаровым индентором или 5 мм в случае вдавливания пирамиды или конуса;

д)    при подготовке поверхности к испытаниям необходимо снять поверхностный слой, чтобы исключить влияние наклепа, обезуглерожения или коррозионных повреждений металла;

е)    при подготовке поверхности испытуемого изделия необходимо принять меры предосторожности против возможного изменения твердости испытуемой поверхности, вследствие нагрева или наклепа поверхности в результате механической обработки;

ж)    поверхность обрабатывается в два-три этапа со сменой направления обработки на 90° до удаления рисок от предыдущей обработки;

з)    число этапов зачистки поверхности испытуемого металла определяется требованиями к шероховатости этой поверхности согласно ГОСТ 2789;

и)    зачистка испытуемой поверхности проводится в следующем порядке :

-    удаление дефектов поверхности с толщиной снимаемого слоя от 0.25 до 1.5 мм. Механическая зачистка производится шлифмашинкой с крупнозернистым кругом. Ручная зачистка производится драчевым напильником;

-    шлифование с толщиной снимаемого слоя от 0,1 до 0.25 мм. Достигаемый параметр шероховатости Ra находится в пределах от 0,15 до 3,2мкм. Механическая зачистка производится шлифмашинкой с мелкозернистым кругом. Ручная зачистка производится шлифовальной шкуркой;

-    полирование с толщиной снимаемого слоя до 0.05 мм. Достигаемый параметр шероховатости Ra находится в пределах от 0,025 до 0,40 мкм. Механическая зачистка производится войлочным или фетровым кругом, половина цилиндрической поверхности которого покрывается алмазной пастой или пастой ГОИ. При ручном способе полировки на фетровую или суконную ткань последовательно наносятся алмазные пасты различной зернистости. После достижения зеркального состояния поверхности, поверхность очищается от пасты.

к)    рекомендуемая глубина снимаемого слоя при зачистке:

6

РДЭО 0027-2005

-    кованно-штампованной поверхности не более 2 мм;

-    поверхности литых деталей не более 4 мм;

-    для труб - от 4% до 5 % от толщины стенки, но не более 2 мм.

л)    Место для проведения испытания на твердость должно располагаться на линии, проходящей через центр подготовленной площадки и параллельной оси трубы. На рисунке 1 представлена номограмма, по которой определяется глубина снятого слоя в зависимости от ширины зачищенной площадки и диаметра трубы.

м)    В случае отсутствия ясно выраженных границ сварного шва, в местах зачистки провести травление зоны сварного шва.

Фактическая толщина после зачистки не должна лежать ниже предельно допустимой толщины в соответствии с государственным стандартом или техническими условиями на изделие. В случае, если необходимая зачистка сделает металл тоньше ниже предельно допустимых значений толщины по стандартам или техническим условиям, то необходимо выбрать другое место для проведения испытаний. Если возможность выбора другого места исключена, то вопрос о проведении испытаний согласовать с Головной материаловедческой организацией.

В отдельных случаях, допустимое для измерений состояние поверхности определяется требованиями паспорта на используемый прибор.

§

Рисунок 1 - Номограмма для определения глубины снятого слоя в зависимости от диаметра труб и ширины зачищенной площадки.

§

§

§

§

'О

03

о

g

>3

о

$

3-

з-

03

го

03

5

6 а

§

5

О

О

S

S

0

03

5

3

1

0)

§

5

I

и

03

7

РДЭО 0027-2005

6 Порядок проведения контроля

6.1 Общие требования при работе с приборами статического действия

В таблице 1 перечислены статические методы измерения твердости, приведены ссылки на регламентирующие их стандарты как отечественные, так и соответствующие им международные. Также в таблице приведен краткий перечень наиболее известных приборов, реализующих каждый метод.

Широко применяются ручные приборы статического действия, реализующие косвенные (или нестандартизованные) механические методы определения твердости. К таким приборам относятся ручные твердомеры: Ernst SC («Ernst», Швейцария), Webster-HarteprQfzange(Zwick), Wilson M-51/52 (Instron Wolpert), Instrumatic, Rockmaster, MARK II Rangemaster (CV Instruments), HH 120/140 (Mitutoyto), HandharteprQfer R/SR (Gnehm), Briro TR (Stiefelmayer). Принцип действия этих приборов основан на вдавливании конического индентора. Также выпускаются ручные приборы основанные на методе Виккерса: НМО 10u (WPM Leipzig), Brivisor VHT5 (Stiefelmayer), и на методе Бринелля: ScherkraftharteptQfer STE (Ernst), HandharteprQfgerat PZ3 (Zwick). Приборы калибруются на стандартных мерах твердости. В ходе калибровки находятся корреляционные зависимо-

10

РДЭО 0027-2005

сти, на основании которых показания прибора автоматически преобразуются в значения по соответствующей стандартной шкале твердости

При измерении твердости должны быть соблюдены следующие условия:

-    плавное возрастание нагрузки до необходимого значения;

-    поддержание постоянства нагрузки в течение установленного времени;

-    приложение действующего усилия перпендикулярно к поверхности испытуемого образца или изделия;

-    при проведении измерений непосредственно на оборудовании переносными приборами, при необходимости обеспечить жесткую связь прибора с испытуемым изделием при помощи струбцины, цепного или магнитного захвата;

-    расстояние между центром отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 диаметра (длины диагонали) отпечатка;

-    толщина объекта измерения должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка;

-    испытуемое изделие на время проведения измерений должно находиться в разгруженном состоянии от основных рабочих нагрузок.

6.2 Общие требования при работе с приборами динамического действия

В таблице 2 перечислены динамические методы измерения твердости и краткий перечень наиболее известных приборов, реализующих каждый метод.

11

РДЭО 0027-2005

Раздел Содержание Наименование метода Измерение твердости по Леебу Стандарт В России не регламентирован. Принят в качестве стандарта США ASTM А956-02 «Standard Test Method for Leeb Hardness Testing of Steel Products» Обозначения Число твердости обозначается цифрами со стоящим после них символом HL (альтернативное обозначение L) Приборы ТЭМП-2 (НПП «Технотест-М», г. Москва), МЕТ-Д1 («МЕТ», г. Москва), ЭЛИТ-2Д (НПО «Интротест», Екатеринбург); МИТ-2 («ЭПСИ», Калининград) ; Equotip ** («Proceq», Швейцария) ; DynaPOCKET, DynaMIC («Krautkramer», Германия) Примечание Краткое описание метода дано в приложении В.2. Приборы, основанные на методе Лееба используют для определения твердости по шкале Бринелля, Виккерса или Роквелла

* Не внесён в Госреестр СИ на момент написания инструкции 30.06.2005

При измерении твердости должны быть соблюдены следующие условия:

-    поверхность объекта контроля должна иметь металлический блеск, быть ровной, гладкой и без следов загрязнения маслом;

-    при измерении методом Лееба объект не должен быть намагниченным;

-    обеспечить перпендикулярность приложения нагрузки по отношению к испытуемой поверхности;

-    при измерении твердости на исследуемую поверхность металла наносят не менее 5 отпечатков,

-    расстояние между центрам отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2.5 диаметра отпечатка.

-    для приборов ударного действия измерение диаметров отпечатков на исследуемой поверхности и эталоне производится в двух взаимно перпендикулярных направлениях одним оператором при фиксированной настройке измерительного микроскопа

-    не рекомендуется проводить измерения твердости на изделиях толщиной менее 10 мм.

6.3 Общие требования при работе с приборами кинетического действия

В таблице 3 перечислены кинетические методы измерения твердости и краткий перечень наиболее известных приборов, реализующих каждый метод.

12

При измерении твердости кинетическим методом должны быть соблюдены все требования, что и при работе с приборами статического действия, а также дополнительные:

обеспечение постоянства скорости перемещения индентора при нагружении;

РДЭО 0027-2005

скорость пластической деформации материала под индентором должна быть сопоставима со скоростью деформации материала при испытаниях на одноосное растяжение;

в ходе нагружения производится запись диаграммы вдавливания в координатах «глубина вдавливания индентора - приложенная к индентору сила».

7 Правила обработки результатов измерений

Обработка результатов измерений включает в себя следующие этапы:

-    вычисление значений твердости, получаемых непосредственно в результате испытания материала на основании соответствующих методик и оценка погрешности полученного значения твердости;

-    преобразование, если это необходимо, полученного значения твердости в значение твердости по более употребительной шкале (например, перевод в единицы по шкале Бринелля производится как промежуточный этап при расчете механических свойств);

-    расчет значений механических свойств по характеристикам твердости и оценка погрешности полученных значений механических свойств.

7.1    Вычисление значения твердости и оценка погрешности

Вычисление твердости производится по серии испытаний.

Для каждого испытания в соответствии с руководством по эксплуатации или паспортом к прибору производится расчет значения твердости.

Статистическую обработку результатов испытаний производить в соответствии с ГОСТ 8.207. Считать при этом, что результаты испытаний принадлежат к нормальному распределению и принять доверительную вероятность равной 0,95.

7.2    Взаимосвязь значений твердости, определяемых различными методами

При сопоставлении значений твердости, полученных различными методами между собой необходимо помнить, что:

-    зависимости для такого перевода являются эмпирическими,

-    при одном и том же способе измерения твердости ее значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.

Перевод значений твердости, определяемых различными методами, для углеродистых конструкционных сталей приведен в таблице 4 (по данным [3]).

14

СОГЛАСОВАНО

Первый заместитель технического директора    Ю.В.    Копьев

концерна «Росэнергоатом»

Руководитель дирекции материаловедения    В.Н. Ловчев

концерна «Росэнергоатом»

Заместитель руководителя дирекции    Д.Ф. Гуцев

материаловедения концерна «Росэнергоатом»

РДЭО 0027-2005

15

РДЭО 0027-2005

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанции» (ОАО ВНИИАЭС).

2    ВНЕСЕН Дирекцией материаловедения концерна «Росэнергоатом»

3    ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом концерна «Росэнергоатом» от    19.09.2006    №    878

4    ВЗАМЕН РД ЭО 0027-94

II

Содержание

1    Область применения..........................................................................................1

2    Нормативные ссылки..........................................................................................2

3    Обозначения и сокращения...............................................................................3

4    Общие положения..............................................................................................4

5    Порядок подготовки к проведению контроля....................................................5

5.1    Общие требования к приборным средствам..............................................5

5.2    Требования, предъявляемые к качеству    испытуемой поверхности.........5

6    Порядок проведения контроля..........................................................................8

6.1    Общие требования при работе с приборами статического действия.......8

6.2    Общие требования при работе с приборами динамического действия. 11

6.3    Общие требования при работе с приборами кинетического действия ..12

7    Правила обработки результатов измерений..................................................14

7.1    Вычисление значения твердости и оценка погрешности........................14

7.2    Взаимосвязь значений твердости, определяемых различными................

методами.....................................................................................................14

7.3    Определение характеристик механических свойств металла оборудования и трубопроводов АЭС по результатам испытаний на твердость... 16

8    Правила оформления результатов измерений..............................................19

Приложение А (справочное) Классификация методов испытания на твердость ......................................................................................20

Приложение Б (справочное) Сравнительная характеристика приборов... для измерения твердости и рекомендации для использования при

контроле на АЭС..........................................................................21

Приложение В (справочное) .......Обзор нестандартных методов определения

твердости...................................................................................23

Приложение Г (рекомендуемое) Методики определения механических свойств по диаграмме автоматического вдавливания шара

Библиография

РДЭО 0027-2005

Введение

В настоящей инструкции по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твердости сделаны следующие дополнения и изменения по сравнению с РД ЭО 0027-94:

-    отражены новые методы измерения твердости, широко применяемые на практике, но не описанные стандартами,

-    дано соответствие отечественных и зарубежных стандартов определения твердости,

-    перечислены новые отечественные приборы определения твердости и их зарубежные аналоги,

-    приведена взаимосвязь значений твердости, определяемых различными методами,

-    расширена область применения инструкции на материалы оборудования и трубопроводов при эксплуатации АЭС,

-    даны уточненные корреляционные соотношения определения механических свойств материалов по твердости, полученные в результате испытаний образцов после различных сроков эксплуатации,

-    дано описание основных опубликованных и применяемых на практике методик определения механических свойств методом автоматического вдавливания шара, а также приборов, реализующих эти методы и зарегистрированных в Государственном реестре средств измерений Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми _методами    по    характеристикам    твердости_

Дата введения 2005 -

1 Область применения

1.1    Настоящая инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твердости инструкция устанавливает основные положения определения кратковременных механических свойств по характеристикам твердости и требования к проведению контроля методами твердости основного металла и сварных швов оборудования и трубопроводов АЭС при эксплуатации.

1.2    Настоящая инструкция распространяется на материалы оборудования и трубопроводов АЭС из сталей (в соответствии с классификацией ПНАЭ Г-7-002-86):

а) перлитного класса:

-    углеродистых: СтЗсп5, 10, 15, 20, 20К, 22К, 15Л, 20Л, 25Л;

-    легированных: 16ГНМА, 16ГНМ, 10ХСНД, 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 20ХМА, 10Х2М, 10ХН1М, 10ГН2МФА;

-    легированных хромомолибденованадиевых: 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 18Х2МФА, 15Х2НМФА, 15Х2НМФА-А, 15ХЗНМФА, 15ХЗНМФА-А, 36Х2Н2МФА, 38ХНЗМФА;

-    легированных кремнемарганцовистых: 15ГС, 16ГС;

б) аустенитного класса

-    высоколегированных хромоникелевых коррозионо-стойких: 08X18Н9, 09X18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08X18Н10, 12Х18Н9Т, 06Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н10Т-ВД, 08Х18Н10ТЛ, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 12Х18Н12Т,

08Х16Н11 М3, 10Х18Н9ТЛ, 08Х18Н12ТФ, 12Х18Н9ТЛ;

на сплавы БрАЖМц 10-3-1,5 и ХН35ВТЮ-ВД, а также на материалы сварных швов, выполненных согласно действующих норм ПНАЭ Г-7-009-89.

1.3 Контроль кратковременных механических свойств в соответствии с настоящей инструкцией производится в случаях, описанных в ПНАЭ Г-7-008-89 и в ПНАЭ Г-7-002-86.

1

РДЭО 0027-2005

2 Нормативные ссылки

В настоящем документе использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 2999-75 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу

ГОСТ 3722-81 Подшипники качения. Шарики. Технические условия ГОСТ 6996-66 Сварные соединения. Методы определения механических свойств

ГОСТ 9012-59 Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю ГОСТ 9013-59 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу

ГОСТ 9031-75 Меры твердости образцовые. Технические условия ГОСТ 9450-76 Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников

ГОСТ 18661-73 Сталь. Измерение твердости методом ударного отпечатка ГОСТ 18835-73 Металлы. Метод измерения пластической твердости ГОСТ 22761-77 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия

ГОСТ 22762-77 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пределе текучести вдавливанием шара

ГОСТ 22975-78 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу при малых нагрузках (по Супер-Роквеллу)

ГОСТ 23273-78 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости методом упругого отскока бойка (по Шору)

ГОСТ 23677-79 Твердомеры для металлов. Общие технические требования

ГОСТ 30415-96 Сталь. Неразрушающий контроль механических свойств и микроструктуры металлопродукции магнитным методом

ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений

ГОСТ 8.398-80 Приборы для измерения твердости металлов и сплавов. Методы и средства поверки

ГОСТ Р 8.563-96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений

ПН АЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

ПН АЭ Г-7-008-89 Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок

ПН АЭ Г-7-009-89 Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения

2

РДЭО 0027-2005

3 Обозначения и сокращения

D - диаметр шарового индентора

а - угол при вершине конического или пирамидального индентора

d - диаметр отпечатка

Р - сила, приложенная к индентору

t - время выдержки под нагрузкой

h -глубина вдавливания индентора

Рро,2 - предел текучести материала при растяжении

R_m - временное сопротивление материала при растяжении

А₅ - относительное удлинение пятикратного образца после разрыва

Z - относительное сужение поперечного сечения после разрыва

Н₀,2    - твердость на пределе текучести

НВ -твердость по Бринеллю

HV - твердость по Виккерсу

HV_C - твердость определенная при испытании методом ударного отпечатка при испытании коническим индентором

НВ_С- твердость определенная при испытании методом ударного отпечатка при испытании шаровым индентором

HRA - твердость по Роквеллу по шкале А HRB - твердость по Роквеллу по шкале В HRC - твердость по Роквеллу по шкале С HS - твердость по Шору HSD - твердость по Шору по шкале D НД - пластическая твердость HU - универсальная твердость HL - твердость по Леебу

3

РДЭО 0027-2005

4 Общие положения

4.1    По способу получения результата методы определения твердости подразделяются на прямые и косвенные [1].

В прямых методах значение твердости находится непосредственно из результата испытания (обычно, на основании соотношения приложенной к инден-тору нагрузки и геометрических параметров отпечатка ). Все прямые методы стандартизированы. К ним относятся методы Бринелля, Виккерса, Роквелла, Шора.

К косвенным методам относятся не стандартизированные методы определения твердости: акустико-импедансный, немеханические методы.

Косвенные методы определения твердости применяются дополнительно к прямым для повышения статистической достоверности результатов либо для упрощения процедуры контроля в случаях, когда применение прямых методов затруднено или невозможно.

В косвенных методах значение твердости находится на основании корреляционных соотношений с результатами определения твердости, полученными прямыми методами.

4.2    По принципу действия методы определения твердости подразделяются на механические и немеханические (бездеформационные).

В ходе испытаний механическими методами производится деформация материала, а в ходе испытаний немеханическими методами измеряются его отличные от механических физические характеристики. Механические методы могут быть как прямыми, так и косвенными, немеханические - только косвенными.

Схематическое представление классификации методов определения твердости представлено в приложении А.

4.3    В зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения параметров вдавливания индентора механические методы определения твердости подразделяются [2] на статические, динамические и кинетические.

Статические методы подразумевают медленное приложение нагрузки и выдержку под нагрузкой.

В динамических методах нагрузка прилагается быстро, а выдержка под нагрузкой не предусматривается,

В кинетических методах приложение нагрузки производится с ограниченной скоростью. В ходе испытаний производится непрерывная регистрация процесса вдавливания индентора с записью диаграммы ’’нагрузка на индентор-глубина вдавливания индентора”.

4.4    По величине прикладываемой нагрузки при вдавливании статические методы определения твердости разделяются: на испытания на микротвердость (нагрузка менее 0.5 кгс), испытания на твердость при малых нагрузках (от 0,5 до 5 кгс) и испытания на макротвердость (свыше 5 кгс).

4.5    Испытания на микротвердость настоящей инструкцией не регламентируются в связи с тем, что для определения механических характеристик металла необходимо проведение испытаний материала на твердость таким обра-

4