ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЗОНЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ АРКТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Испытания на определение параметра трещиностойкости CTOD (раскрытие вершины трещины) металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений при минимальных температурах эксплуатации (−30...−50 °С) являются обязательным элементом Программ испытаний, проводимых под надзором Российского морского регистра судоходства (РМРС) для получения одобрения металлургического производства листового проката в больших толщинах, предназначенного для изготовления морской техники Арктического шельфа и судов ледового плавания.

В работе проведено исследование трещиностойкости зоны термического влияния сварных соединений высокопрочных судостроительных сталей, применяемых при производстве арктических конструкций. Накопленный опыт проведения данного вида испытаний выявил ряд проблем как методического, так и критериального характера.

В частности, из-за криволинейности линии сплавления сварного соединения практически невозможно проведение испытаний ЗТВ без частичного попадания фронта усталостной трещины в шов, обладающий низкой трещиностойкостью. Получен статистически представительный объем данных по трещиностойкости сварных соединений высокопрочных судостроительных сталей. Проведен металлографический анализ образцов с фиксацией фактического попадания вершины исходной усталостной трещины в зоны сварного соединения. На основе полученных данных проведен анализ значимости отдельных факторов, влияющих на получаемый результат, и возможности прогнозирования действительной трещиностойкости локальных охрупченных зон.

Предложен алгоритм получения косвенной оценки «действительной» трещиностойкости металла крупнозернистой зоны термического влияния на основе результатов испытаний образцов из металла шва, основного металла и статистически представительного количества образцов с разметкой надреза по ЗТВ. Выявлено, что «действительная» трещиностойкость ЗТВ оказывается существенно ниже получаемой при испытаниях по стандартным методикам.

Об авторах

А. Ю. Маркадеева

Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов Прометей имени И.В. Горынина, Национальный исследовательский центр Курчатовский институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: npk3@crism.ru

аспирант, инженер

Россия

А. В. Ильин

Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов Прометей имени И.В. Горынина, Национальный исследовательский центр Курчатовский институт

Email: npk3@crism.ru

доктор технических наук, доцент, заместитель генерального директора

Россия

М. А. Гусев

Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов Прометей имени И.В. Горынина, Национальный исследовательский центр Курчатовский институт

Email: npk3@crism.ru

ведущий инженер

Россия

Список литературы

  1. Ильин А.В., Леонов В.П., Филин В.Ю. Определение параметра трещиностойкости CTOD для металла сварных соединений судокорпусных сталей при низких климатических температурах // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2009. № 32. С. 120–146.
  2. Виноградов О.П., Ильин А.В., Филин В.Ю. Научно-методические вопросы аттестационных испытаний на трещиностойкость структурно-неоднородного металла сварных соединений // Вопросы материаловедения. 2004. № 1. С. 75–89.
  3. Евенко В.И., Башаев В.К., Ильин А.В., Леонов В.П., Филин В.Ю. Проблемы аттестации и расчетного обоснования требований к сварным соединениям высокопрочных стальных конструкций для работы на шельфе Арктики // Вопросы материаловедения. 2009. № 3. С. 242–262.
  4. Minami F., Toyoda M., Thaulow C., Hauge M. Effect of strength mis-match on fracture mechanical behavior of HAZ-notched weld joint // Quarterly journal of Japan welding society. 1995. Vol. 13. № 4. P. 508–517.
  5. Zerbst U., Ainsworth R.A., Beier H.Th., Pisarski H., Zhang Z.L., Nikbin K., Nitschke-Pagel T., Münstermann S., Kucharczyk P., Klingbeil D. Review on fracture and crack propagation in weldments – A fracture mechanics perspective // Engineering Fracture Mechanics. 2014. Vol. 132. P. 200–276.
  6. Thaulow C., Paauw A.J., Guttormsen K. The heat af-fected zone toughness of low-carbon microalloyed steels // Welding journal. 1987. Vol. 66. № 9. P. S266– S279.
  7. Fairchild D.P., Bangaru N.V., Koo J.Y., Harrison P.L., Ozekcin A. A study concerning intercritical HAZ micro-structure and toughness in HSLA steel // Welding journal. 1991. Vol. 70. № 12. P. S321–S329.
  8. Круглова А.А., Хлусова Е.И. Исследование структуры и свойств металла зоны термического влияния сварных соединений из стали марки 09Г2ФБ (E36), изготовленных с использованием термомеханической обработки и закалки с отпуском // Вопросы материаловедения. 2008. № 3. С. 5–11.
  9. Ардентов В.В., Малышевский В.А., Правдина Н.Н. Структура и свойства зоны термического влияния высокопрочной конструкционной стали // Физика и химия обработки материалов. 1985. № 5. С. 119–125.
  10. НД № 2-020101-087. Правила классификации и постройки морских судов. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2016. 234 с.
  11. НД № 2-020201-013. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ. Санкт-Петербург: Российский морской регистр судоходства, 2014. 491 с.
  12. BS EN ISO 15653:2010. Metallic materials. Method of test for the determination of quasistatic fracture tough-ness of welds.
  13. ISO 12135:2002. Metallic materials. Unified Method of Test for the Determination of Quasistatic Fracture Toughness.
  14. ASTM E2818-11. Standard Practice for Determination of Quasistatic Fracture Toughness of Welds.
  15. Machida S., Miyata T., Hagiwara Y., Yoshinari H., Suzuki Y. A statistical study of the effect of local brittle zone (LBZ) on the fracture toughness (CTOD) of weldments // Defect assessment in components – fundamentals and applications. London: Mechanical engineering publications, 1991. P. 633–658.
  16. Gao X., Zhang G., Srivatsan T.S. A probabilistic model for prediction of cleavage fracture in the ductile-to-brittle transition region and the effect of temperature on model parameters // Materials Science and Engineering A. 2016. Vol. 415. № 1-2. P. 264–272.
  17. Hauge M., Thaulow C., Minami F., Toyoda M. Estimation lower bound CTOD fracture toughness of HAZ notched welds with mechanical mismatch // Structural Integrity – experiments, models, applications: proceedings of the 10th European Conference on Fracture. UK: EMAS, 1994. P. 1037–1049.
  18. Beremin F.M. A local criterion for cleavage fracture of a nuclear pressure vessel steel // Metallurgical transactions A. 1983. Vol. 14. № 11. P. 2277–2287.
  19. Østby E., Thaulow C., Akselsen O.M. Fracture tough-ness scatter and effect of constraint in weld thermal simulated HAZ microstructers at –60°C // Proceedings of the Twentyfirst (2011) International offshore and po-lar engineering conference. Vol. 4. Maui, 2011. P. 443– 448.
  20. Østby E., Thaulow C., Akselsen O.M., Kolstad G., Hauge M. Comparison of fracture toughness in real weld and thermally simulated CGHAZ of a 420 MPa rolled plate // Proceedings of the Twenty-second (2012) International offshore and polar engineering conference. Rhodes, 2012. P. 315–322.
  21. Nyhus B., Østby E., Thaulow C., Zhang Z., Olden V. SENT testing and the effect of geometri constraint in high strength steel // International symposium of high strength steel. Verdal, 2002. P. 23.
  22. Ильин А.В., Филин В.Ю., Артемьев Д.М. Сопоставление различных методик оценки трещиностойкости металла сварных конструкций, работающих в арктических условиях // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2015. № 40-41. С. 62–71.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах