МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ

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

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).

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

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.