Допускаемые средние значения твердости металла шва после высокого отпуска, мПа

#G0 Конструкция сварного шва	Толщина* стенки, мм	Композиция металла шва
		09Х1М	09Х1МФ**	12Х11НВМФ
______________ * Для угловых соединений принимается толщина стенки привариваемых штуцеров, труб или патрубков.
______________ ** Для сварных соединений трубы из стали 12Х1МФ допускается снижение твердости до НВ 1400 МПа.
Стыковые соединения	20	1350-2400	1500-2500	1800-2800
	>20	1350-2300	1500-2400	1800-2750
Угловые соединения	20	1350-2300	1500-2400	1800-2750
	>20	1350-2200	1500-2300	1800-2700

2.3.4. Испытание на ударную вязкость

Ударная вязкость является характеристикой сопротивляемости материала динамическим ударным нагрузкам при наличии концентратора напряжений. Определение ударной вязкости при комнатной и повышенных температурах должно проводиться в соответствии с ГОСТ 9454-78[28], который устанавливает метод испытания на ударный изгиб в интервале температур от -100 до +1000°С.

Для испытания на ударную вязкость используют обычно квадратные или прямоугольные в поперечном сечении образцы длиной 55 мм с тремя типами надрезов - концентраторов напряжений (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Образцы для определения ударной вязкости с U-образным надрезом (а),

с V-образным надрезом (б) и с трещиной (в)

Образец разрушают путем приложения ударной нагрузки на маятниковом копре (рис. 2.3). Образец перед испытанием устанавливают на специальные подставки в копре (рис. 2.3, б). Перед испытанием маятник поднимают вверх и закрепляют. Затем маятник освобождают, он падает, ударяет по стороне образца, противоположной надрезу, как раз напротив надреза. Образец разрушается, а маятник проходит дальше, отклоняясь от вертикальной оси. Работа, необходимая для разрушения (Дж), фиксируется положением стрелки на шкале. Она определяется как разность потенциальных энергий маятника до удара и при максимальном подъеме после удара:

где - вес маятника, Н; - высота подъема центра тяжести маятника до удара, м; - высота подъема центра тяжести маятника после удара, м.

Рис. 2.3. Схема нагружения образца при испытании на ударный изгиб (а)

и схема установки образца на опоры копра при испытании (б)

Чтобы исключить влияние возможных колебаний площади поперечного сечения образца в месте разрушения на критерий динамической прочности, работу разрушения относят к площади поперечного сечения образца в узком месте напротив надреза.

Концентратор напряжения на образце для испытания может быть трех типов: U-образный (образец типа Менаже); V-образный (образец типа Шарпи) и Т-образный с наведенной усталостной трещиной (типа Т).

Образцы, испытываемые при температуре от +20 до +100°С, нагревают обычно в воде. При температурах испытания выше 100°С образцы нагревают в печи. Температуру в печи с точностью ±5°С измеряют термопарой (при температуре нагрева до 600°С). Образец перегревают с таким расчетом, чтобы при переносе его на копер и установке температура снизилась до заданной. Если время переноса и установки образца составляет 3-5 с, то при 400-500°С перегрев должен составлять 10°С, при 600°С - 12°С.

Работу, затраченную на разрушение, определяют по шкале маятникового копра. Она обозначается KU, KV, KT в зависимости от типа образца. Ударную вязкость определяют по формуле , где - работа удара; - начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора. Условное обозначение ударной вязкости, определенной на образце с U-образным надрезом при комнатной температуре: KCU, при +200°С - KCU.

Образцы с U-образным концентратором применяют при выборе и приемочном контроле металлов и сплавов до установления норм на образцах с V-образным концентратором. Большинство действующих в настоящее время стандартов и технических условий предусматривает определение ударной вязкости на образцах с U-образным надрезом. В дальнейшем при выборе и приемочном контроле металлов и сплавов для трубопроводов, котлов и сосудов, работающих под давлением, будет проводиться определение ударной вязкости на образцах с V-образным надрезом.

После холодного пластического деформирования малоуглеродистая сталь становится прочнее в результате длительного пребывания даже при комнатной температуре. Одновременно снижается ее пластичность и ударная вязкость. Этот процесс называется естественным старением. Нагрев наклепанной стали до 250-300°С резко ускоряет процесс старения - происходит искусственное старение. Ударная вязкость может снизиться до 10-15% исходной величины. Особенно резко эффект старения проявляется, когда степень пластической деформации составляет 3-10%. Такие деформации наблюдаются при гибке, клепке, вальцовке. Старение - одна из причин образования трещин в вальцовочных соединениях из малоуглеродистой стали.

Старение наклепанной стали обусловлено ускоренным распадом пересыщенных растворов углерода и азота в феррите с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов. Наклеп вызывает искажение кристаллической решетки и снижение растворимости азота и углерода. При комнатной температуре процесс старения затягивается из-за малой скорости диффузии.

Борьба со старением заключается главным образом в раскислении стали алюминием, который образует очень устойчивые нерастворимые в железе нитриды и устраняет возможность перехода азота в пересыщенный твердый раствор. Аналогичное влияние оказывают титан, ванадий и цирконий, также образующие устойчивые нитриды. Процесс старения предотвращает закалка или нормализация с последующим отпуском при 600-650°С, при котором выделившиеся нитриды и карбиды коагулируют в крупные включения, мало снижающие ударную вязкость.

Повышенное содержание углерода в стали уменьшает склонность к старению. Поэтому не следует применять стали с очень низким содержанием углерода. Для изготовления элементов котла, работающих под давлением, обычно применяют сталь с содержанием углерода 0,15-0,25%.

Механическим старением называется процесс повышения прочности и снижения ударной вязкости холоднодеформированной стали после длительного вылеживания и кратковременного нагрева до 100-300°С.

Испытания на склонность стали к старению проводят в соответствии с ГОСТ 7268-82 [24], который распространяется на стальные листы и полосу с номинальной толщиной 5 мм и более. Чувствительность стали к механическому старению определяется по изменению ударной вязкости стали, подвергнутой деформации и нагреву по сравнению с ударной вязкостью в исходном состоянии.

На величину ударной вязкости сильно влияет температура. Сталь с высокой ударной вязкостью при комнатной температуре может оказаться очень хрупкой при испытании на морозе. Стальные эстакады, конструкции портальных кранов топливных складов, каркасы котлов и зданий электростанций в период монтажа в северных районах нашей страны могут подвергаться динамическим нагрузкам в условиях низких температур. Необходимо, чтобы как металл этих стальных конструкций, так и сварные швы не охрупчивались на морозе. Сталь с мелким зерном лучше сопротивляется динамическим нагрузкам на морозе.

На свойства стали при низких температурах существенно влияют химический состав, способ производства и режим термической обработки. Хорошо сопротивляется динамическим нагрузкам при минусовых температурах спокойная мартеновская сталь, раскисленная алюминием. Кипящая мартеновская сталь, раскисленная только ферромарганцем, проявляет низкую ударную вязкость при более высоких температурах.