ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

Оценка хладостойкости материалов труб магистральных газопро­водов по доле волокна в изломе образцов натурной толщины при испы­таниях падающим грузом (ИПГ) является одним из основных показа­телей качества металла [1]. Испытания проводили при трехточечном ударном изгибе. Образцы имели со стороны растянутых волокон V-образный надрез, который обычно наносят резцом или пуансоном (рис. 1). Способ образования надреза может влиять на результаты испытаний [2]. В настоящей работе оценено влияние способа нанесе­ния надреза на результаты оценки ИПГ для различных сталей.

Надрезы, имеющие одинаковые углы раскрытия и глубины, су­щественно отличаются радиусом основания. Так, у прессованного надреза радиус основания равен —0,025 мм, у резаного — 0,25 мм.

Рассмотрим влияние остроты надреза на условия зарождения раз­рушения. Факторами, способствующими разрушению, являются местные растягивающие напряжения в вершине надреза [3], затруд­няющие развитие пластических деформаций. Различие местных на­пряженных состояний в надрезах с разным радиусом основания не одинаково сказывается на условиях зарождения разрушения. Если при простом растяжении условие текучести металла наступает при Оцом = CTj = сгт то, например, при F-образном надрезе с радиусом

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

Рис. 1. Местные напряжения ам/аном у вершины различных надрезов (1—3 — главные напряжения at; a2; a3 соответственно): а — круглый надрез Менеже; б острый надреэ; в — усталостная трещина.

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

Рис. 2. Местные деформации на образце ИГІГ при нанесении прессованного над­реза:

а — горизонтальные; б — вертикальные.

0,25 мм на расстоянии 1 мм от дна надреза оно наступает, согласно третьей теории прочности, ТОЛЬКО при Стг — (Т3 = СТТ, Т. е. при (7Н0М = = 2,5 ах, поскольку здесь а3 » 0,6 аи рис. 2, б. Для надреза с радиу­сом 1 мм в тех же условиях — при аном = 1,4 ат, а для трещины — при (тном = 5,3 сг-..

Очевидно, что с уменьшением радиуса надреза создаются более благоприятные условия для зарождения разрушения образцов при незначительной местной пластической деформации.

Способ нанесения надреза влияет также на величину остаточных пластических деформаций в окрестности надреза. При выполнении надреза фрезой или резцом такие пластические деформации практи­чески отсутствуют. В случае нанесения прессованного надреза име­ют место локальные пластические деформации. Для определения их характера и величины на боковые поверхности образца в месте надре­за алмазной пирамидкой с помощью микроскопа МПИ-2 наносили сетку с шагом 0,5 мм и измеряли искривления сетки после вдавлива­ния пуансона (рис. 2). Замеры показали, что в процессе вдавливания пуансона деформация металла направлена нормально к его граням. В результате перемещения металла по направлениям, нормальным к боковым граням пуансона, в основании надреза возникает зона растягивающих напряжений. Измерениями установлено, что на глу­бине 0,25 мм от дна надреза местные пластические деформации растя­жения достигают 10—12 %. Происходит локальное охрупчивание металла, причем глубина зоны охрупчивания достигает 2 мм, что спо­собствует зарождению хрупкого разрушения.

В работе [4] рассмотрено влияние различных способов нанесения надрезов на результаты испытания ИПГ для некоторых марок ста­лей. Авторы этой работы отмечают, что применение прессованного надреза вместо резаного в одном случае повышает критическую тем­пературу, а в другом — понижает. Для установления общей законо­мерности влияния этого фактора на оценку хладостойкости низколе­гированных сталей нами проведены испытания образцов из различных марок сталей (таблица).

Сталь

Тол­

щина,

мм

Предел текуче­сти, МПа

Предел прочно - ота, МПа

Удли­

нение,

%

Термообработка

Примечание

Не

менее

09Г2СФ

5,4

450

600

32

Горячекатанная

Образцы выре­

16Г2АФ

16

450

600

22

Нормализованная

заны вдоль

14Х2ГМР

16

600

700

16

Закалка с отпу­ском

проката

Из каждой стали было изготовлено две партии образцов по 15 штук каждая — с прессованным и резаным надрезами. Из листа толщиной 5,4 мм изготавливали трехслойные образцы, отдельные «лои соединяли между собой в нескольких местах сваркой.

Испытания проводили на копре с вертикально падающим грузом и запасом энергии 5 кДж. Методика испытаний аналогична общепри­нятой на трубных заводах. Результаты испытаний и характер разру­шения показаны на рис. 3. При прессованном надрезе зарождение разрушения в основном хрупкое, с последующим переходом в вязкое, а при резаном — вязкое с последующим переходом в хрупкое. С по­нижением температуры испытания до температуры, соответствующей 30—40 % волокна в изломах, зарождение разрушения хрупкое неза­висимо от способа нанесения надреза.

Результаты проведенных испытаний показывают, что вид излома

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

-60 -40

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

-20

Рис. 8. Реаультаты испытаний образцов ИПГ, изготовленных из сталей различ­ной прочности и пластичности (1 — прессованный надрез; 2 — резаный надрев)! а — 09Г2СФ, 0 — 5,4 мм; б 15Г2АФ, а — 10 мм; , — 14Х2ГМР, 0 — 17 мм.

а

3

л

6

О

6

О

О

f

6

ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ ХЛАДОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ ОТ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ НАДРЕЗА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ

Температура°С в

Рис. 4. Результаты испытаний образцов ИПГ, наготовленных на трубных сталей (l — прессованный; 2 — резаный надрез): а — 09Г2СФ; б — 09Г2ФБ; в — 10Г2Ф.

образцов ИПГ при резаном и прессованном надрезах зависит от пла­стических свойств стали, их чувствительности н надрезу. Для стали 14Х2ГМР способ нанесения надреза не влияет на результаты испы­таний. Зарождение разрушения хрупкое. При испытании стали 09Г2СФ прессованный надрез сдвигает сериальную кривую в область повышенных температур на 10—12 °С. Сталь 16Г2АФ занимает промежуточное положение.

В связи с существенным влиянием способа нанесения надреза на результаты оценки вязкости сталей с повышенными пластическими свойствами, нами проведены дополнительные испытания образцов ИПГ с прессованным и резаным надрезами трубных сталей 09Г2СФ, 10Г2Ф и 09Г2ФБ (рис. 4). Испытания показали, что для данных ма­рок сталей резаный надрез смещает сериальные кривые на 10—14 °С в сторону отрицательных температур.

Таким образом, способ нанесения надреза существенно влияет на вид излома в образцах ИПГ и соответственно на оценку результатов испытаний. В технических условиях на сталь для магистральных га­зопроводов и на трубы необходимо однозначно указывать способ на­несения надреза на образцах ИПГ.

Оставить комментарий