5.2 Испытания на растяжение металла трубы

Испытание на растяжение основного металла труб проводили на пропорциональных цилиндрических образцах по ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение».

Испытания в ОАО «РосНИТИ» проводились на системе статических испытаний MTS Insight 100, с использованием экстензометра осевого типа.

Из основного металла трубы испытано четыре цилиндрических 5-кратных образца диаметром рабочей части 10 мм поперек оси трубы (оси прокатки листа) и четыре образца вдоль оси трубы.

В ЦНИИ КМ «Прометей» испытывали 5-кратные пропорциональные поперечные цилиндрические образцы с диаметром рабочей части 6 мм. Испытания проводили на испытательной машине Zwick/Roel при температурах от +20 до -64°С без экстензометра.

На поперечных образцах, испытанных в ЦНИИ КМ «Прометей» физический предел текучести отсутствует, в отличие от образцов, испытанных в ОАО «РосНИТИ». Вероятно, это объясняется тем, что в цилиндрических образцах диаметром рабочей части 10 мм, вырезанных из середины толщины стенки металл штрипса не претерпел таких больших деформаций при изготовлении трубы, как металл в поверхностных слоях стенки и сохранил физический предел текучести, который обычно наблюдается у металла штрипса. Этими же причинами также объясняется отличие прочностных характеристик, полученных на образцах диаметром рабочей части 6 и 10 мм.

Испытания цилиндрических образцов диаметром 6 мм показали склонность материала к расслоению, особенно при низких температурах, под действием объемного напряженного состояния при формировании шейки образца. В то же время при разрушении трубы протяженных магистральных расщеплений не было, вероятно вследствие того, что в трубе при продвижении магистральной трещины напряжения в направлении по толщине стенки перед вершиной трещины не достигают критических значений.

Выводы по испытаниям на растяжение

По результатам испытаний на растяжение можно сделать вывод, что материал трубы удовлетворяет требованиям нормативной документации на трубу, за исключением превышения отношения предела текучести к пределу прочности при испытании цилиндрических образцов диаметром 10мм. При понижении температуры от +20 до –60°С предел прочности увеличился на 80 МПа, предел текучести – не более, чем на 60 МПа. Отношение предела текучести к пределу прочности, относительное удлинение и сужение не проявили чувствительности к температуре в данном диапазоне. Следует отметить пониженную прочность металла трубы в направлении толщины, которая проявляется в условиях объемного напряженного состояния и при понижении температуры. Можно рекомендовать при отборе труб для полигонных пневматических испытаний проведение испытаний поперечных цилиндрических образцов, вырезанных в середине толщины стенки трубы и ближе к поверхности, а также определение характеристик деформационного упрочнения по диаграммам растяжения по согласованным методикам.

5.3 Результаты ипг испытаний по стандартной и специальной методикам

Исследование сопротивления металла распространению вязкой трещины проводились в лаборатории ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» инженером Ларионовым А.В.

По результатам заводских испытаний металл штрипса и трубы имел удовлетворительные результаты испытаний ИПГ – доля вязкой составляющей в изломе составляло 85-95% при температуре -20°С. После пневматических испытаний труб на полигоне были проведены повторные испытания ИПГ образцов с надрезом на инструментированном копре с определением энергии разрушения.

Испытания ИПГ проводились на полнотолщинных образцах толщиной 27мм. Для того чтобы исключить влияние пластической деформации при правке образцов на результаты испытаний, была выбрана схема правки «крылом чайки». Центральная часть образца размером «4·t» (где t – натурная толщина образцов в мм) правке не подвергалась. Схема правки приведена на рисунке 5.3.

Рис. 5.3 Схема правки полнотолщинных образцов толщиной 27мм с неправленой центральной частью

Испытания проводились в температурном диапазоне от 0 до -60°С на вертикальном копре «Zwick/Roell DWT 60» с максимальной энергией удара 60КДж, оснащенного лазерной системой, регистрирующей энергию разрушения образцов.

При испытаниях ИПГ современных трубных сталей образцы претерпевают значительную пластическую деформацию прежде, чем трещина стартует из концентратора в виде V-образного надреза. Для того чтобы исключить влияние этой пластической деформации, бала предпринята попытка использования наряду со стандартными образцами с концентратором в виде V-образного надреза (механически обработанный надрез по ГОСТ 30456), образцы с концентратором в виде хрупкой наплавки с надрезом. Такие образцы можно считать альтернативой образцам с нанесенной усталостной трещиной, позволяющими минимизировать ту часть энергии разрушения, которая затрачивается на зарождение трещины. Схема нанесения наплавки представлена на рис.5.4.

Рис.5.4 Схема образцов с хрупкой наплавкой.

Изломы испытанных образцов характеризуются расщеплениями (расслоями), типичными для сталей ТМО, между которыми отдельные поверхности разрушения ориентированы под углами в диапазоне 10…45 по отношению к боковой поверхности образца. Фотографии изломов образцов с V-образным надрезом (а) и с хрупкой наплавкой (б) представлены на рисунке 5.5.

а

б

Рис.5.5 Изломы образцов с V-образным надрезом (а) и с хрупкой наплавкой (б).

Результаты испытаний представлены в таблице 5.3. На рисунке 5.6 представлены температурные зависимости процентного содержания волокнистой составляющей (а) и энергии разрушения для образцов (б) с V-образным надрезом и с хрупкой наплавкой.

Таблица 5.3. Результаты испытаний ИПГ.

Тисп, °С	Образцы с V-образным надрезом		Образцы с хрупкой наплавкой
	В, %	АРАЗР, КДж	В, %	АРАЗР, КДж
0	100	16,93	95	10,41
-20	95	16,12	93	10,71
-40	74	8,41	62	5,03
-40	77	11,49	70	5,57
-60	52	9.51	39	2,53

а б

Рис. 5.6. Температурные зависимости волокнистой составляющей (а) и энергии разрушения (б) образцов с V-образным надрезом и с хрупкой наплавкой

Анализ полученных результатов показал, что температура, при которой в изломах образцов из исследуемой стали категории прочности К65 с V-образным надрезом содержится 85% волокнистой составляющей, соответствует -30°С. Такие результаты является удовлетворительными в соответствии с техническими требованиями на трубу, предписывающими содержание не менее 85% волокнистой составляющей при температуре испытаний -20°С.

Выводы по ИПГ-испытаниям:

Нормативные требования по доле волокнистой составляющей в изломе для трубы после разрушения при полигонных пневматических испытаний выполнены. По этому показателю данная труба не уступает трубам аналогичной категории прочности.

Испытания на инструментированном копре с определением энергии разрушения позволяют получить количественную объективную характеристику сопротивления металла возникновению и развитию трещины при ИПГ-испытаниях.