1.3.1. Определение ударной вязкости на стандартных образцах

Ударную вязкость металла труб определяют по ГОСТ 9454— 78 на образцах 10x10x55 мм или меньшей толщины, преду­смотренной государственным стандартом. Радиус дна надреза r=1±0,07 мм (надрез Менаже), r = 0,25±0,025 мм (Шарпи) и r≤0,10 + 0,17 для образцов с усталостной трещиной. Образцы испытываются на 3-точечный ударный изгиб на маятниковых копрах с энергией удара до 300 Дж. Скорость движения маятника в момент нанесения удара должна быть 5±0,5 м/с. Расстояние между опорами для установки образцов должно быть 40±0,5 мм.

Температура испытания образцов указывается в технически?: условиях или стандартах на поставку труб или стали, а при исследовательских работах испытания выполняются в интервале температур, обеспечивающем получение на образцах изломов от вязкого до полностью хрупкого.

В результате испытаний определяют работу удара (энергию разрушения) или ударную вязкость. Результаты испытаний шифруются KCU, KCV или KCT, где KC — символ ударной вязкости, а U, V и T указывают на остроту надреза (соответственно Менаже, Шарпи, усталостная трещина). При необходимости после буквенных обозначений вводятся индексы, из которых нижний указывает температуру испытания в ^оС, а

верхний— коэффициент уменьшения толщины испытываемого образца. Ударная вязкость определяется по формуле

KC=K/S₀

где К — работа удара, израсходованная на разрушение образца;. S₀ — площадь поперечного сечения под надрезом перед испытанием образца.

1.3.2. Испытания полнотолщинных образцов

Оценка свойств металла на полнотолщинных крупноразмер­ных образцах типа ДWТТ пока не стандартизирована и произ­водится в соответствии с требованиями технических условий на. поставку труб.

Образцы изготовляют поперечные по отношению к продольной оси трубы с размерами, приведенными на рис. 2. Для устранения трубной кривизны образцы правятся посредством статической нагрузки так, чтобы остаточный прогиб не превышал 2 мм. Испытывают образцы на 3-точечный ударный изгиб на маятниковых копрах или копрах с падающим грузом с

запасом энергии молота 5—15 кДж.

Рис. 2 Эскиз и схема испытания полнотолщинного образца типа

DWTT на ударный изгиб

Мощность копра подбирают таким образом, чтобы энергия удара не менее чем на 1/3 превышала энергию разрушения образца. Надрез на образцах наносят фрезой (резаный надрез) или обжатием специальным пуансоном (прессованный надрез). Центр удара по образцу не должен отклоняться более чем на 1 мм от оси надреза, что достигается установкой образца по спе­циальному шаблону.

Испытывают образцы при температуре, регламентированной техническими условиями, а в исследовательских целях — в интервале температур от вязкого до полностью хрупкого излома.

В результате испытаний определяют значение вязкой составляющей в изломах образцов для оценки хладостойкости стали и энергию разрушения для оценки сопротивления распространению разрушений.

Строят диаграммы динамического деформирования для последующего определения сопротивления зарождению и распространению разрушения и средней скорости трещины, что подробно рассмотрено в гл. 5.

Значение вязкой составляющей в процентах от площади сечения образца определяют различными методами. При этом участки разрушившегося сечения под надрезом и под местом удара молота в расчет не принимают. Температура перехода металла в хрупкое состояние Т₈₀, определяемая при 80 % волокна в изломе образцов ДWТТ, наиболее удовлетворительно соответствует результатам пневматических испытаний труб диаметром 3420 мм.

Введение в технические условия на поставку труб требований по количеству волокна в изломах образцов DWТТ при температуре эксплуатации позволило предупредить хрупкие разрушения магистральных газопроводов. Возможность определения полной энергии разрушения полнотолщинных образцов DWТТ позволяет включить в оценку сопротивления металла вязкому разрушению конструктивный параметр труб — толщину стенки и тем самым повысить объективность оценки сопротивления стали разрушению в газопроводах.

В последние годы испытания полнотолщинных образцов с регистрацией поглощенной энергии получили признание в ряде стран. Этому способствовала более полная по сравнению с образцами Шарпи сходимость результатов испытаний образцов DWТТ с результатами пневматических испытаний труб при определении характеристик сопротивления вязкому разрушению.

Различные результаты, получаемые при испытании полнотолщинных образцов DWТТ и образцов Шарпи, показаны на рис.3. Температура, при которой происходит резкое падение сопротивления разрушению (кривая 2, образцы DWTT), сдвигается в положительную сторону, а температурный интервал перехода от верхнего плато к нижнему значительно сокращается (|∆T₂|<|∆T₁|). Из этого следует, что испытание на ударный изгиб полнотолщинных образцов DWTT является более жестким, чем испытание малогабаритных стандартных ударных образцов с надрезом по Шарпи. Это повышает надежность оценки сопротивления разрушению на полнотолщинных образцах.

Рис. 3 Зависимость ударной вязкости по Шарпи (1)

и поглощенной энергии удара Л_п образцов

ШУТТ (2) от температуры испытаний

Форма и тип надреза (резаный, прессованный или усталостная трещина) для сталей с поглощенной энергией удара А_п менее 3,6 кДж не оказывают существенного влияния на значение энергии разрушения. К этой группе сталей относятся горячекатаные и нормализованные. Для сталей контролируемой прокатки и термообработанных с А_п>3,6 кДж прессованный надрез и усталостная трещина снижают энергию разрушения образцов тем значительнее, чем выше сопротивление стали зарождению трещины. В технических условиях на поставку газопроводных труб для образцов DWTT принят резаный надрез.

Получаемые при испытании образцов DWТТ зависимости поглощенной энергии удара от температуры позволяют сравнивать различные стали не только по хладостойкости, но и по сопротивлению распространению вязких разрушений и температурному запасу вязкости (рис. 4). Верхнее плато кривых 1 и 2 соответствует полностью вязким разрушениям (100% волокна в изломах образцов). В интервале температур перехода из вязкого состояния в хрупкое происходит резкое снижение поглощенной энергии. На рис. 4 видно, что при температуре —15 ^о

Рис. 4. Зависимость поглощенной энергии

удара от температуры испытаний образцов ОХУТТ

из стали Х-70 контролируемой прокатки (/)

и стали нормализованной 14Г2ФА-У (2) .

С сталь контролируемой прокатки (кривая 1) и нормализованная (кри­вая 2) разрушаются вязко, однако сопротивление вязким разрушениям у стали Х-70 на 40 % выше, чем у 14Г2АФ-У. При этом нормализованная сталь практически не имеет температурного запаса вязкости, а у стали Х-70 он составляет | ∆T | = 15 °С. Известно, что при распространении разрушения в газопроводе охрупчивающим фактором наряду с отрицательной температурой является скорость деформирования металла. Поэтому отсутствие температурного запаса вязкости у стали 14Г2АФ-У в условиях газопровода может привести к хрупкому разрушению.

Для большинства сталей уменьшение вязкой составляющей в изломе от 100 до 80 % приводит к заметному снижению поглощенной энергии удара. В целях сопоставимости данных по различным сталям целесообразно в технических условиях на поставку труб рекомендовать определение поглощенной энергии на образцах ДWТТ производить при минимальной температуре эксплуатации.