Способ определения уровня остаточных внутренних напряжений Советский патент 1993 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к способам испытаний материалов и может быть использовано при производстве продукции из высокопрочных (мартенситных и феррит- ных) сталей для контроля опасного уровня остаточных внутренних напряжений в изделиях.

Цель изобретения - определение уровня остаточных внутренних напряжений, могущих привести к растрескиванию изделий при длительном хранении.

Опасный уровень внутренних напряжений определяют по факту растрескивания реальных изделий в растворе серной кислоты по истечении времени выдержки, которое единоразово находят для данной марки стали. С этой целью из изделия вырезают образцы, термообрабатывают их по стандартному режиму, определяют разрушающую нагрузку, нагружают две партии образцов до различных долей разрушающей нагрузки, тем самым моделируя наличие в образцах внутренних напряжений, проводят испытание одной партии образцов на замедленное хрупкое разрушение в условиях наводороживания, строят кривую замедленного хрупкого разрушения и определяют

величину порогового напряжения ( oft2 ). которое характеризует опасный уровень внутренних напряжений и в то же время не является неоправданно заниженным, как в случае аналогичных испытаний в кислоте, тогда происходит растравливание поверхности металла, что исключается при хранении изделий в атмосферных условиях

СО

С

00

ю

О

о

Затем испытывают другую партию образцов ;на замедленное хрупкое разрушение в растворе серной кислоты такой же концентрации как и рабочий раствор, в котором проводят определение опасного уровня внутренних напряжений а реальных изделиях, строят кривую замедленного хрупкого разрушения в растворе серной кислоты, по которой находят время испытаний в кислоте, соответствующее пороговому напряжению crU2

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить опасный уровень остаточных внутренних напряжений для различных изделий из высокопрочной стали данной марки, термообработанных по стандартному режиму, после одноразового определения порогового напряжения растрескивания для этой стали и такой же термообработки и соответствующего времени испытаний на замедленное хрупкое разрушение в рабочем растворе серной кислоты.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлены кривые замедленного хрупкого разрушения в кислоте и в условиях наводороживания.

Приводим пример конкретного выполнения способа.

Для определения опасного уровня остаточных внутренних напряжений в трубах из мартенситно-стареющей стали ЭП836 в высокопрочном состоянии из трубы вырезают кольцевые образцы толщиной 5 мм с радиальной прорезью шириной 4 мм. Кольцевые образцы термообрабатывают по стандартному режиму: 470°С, 3 ч, Этот режим аналогичен термообработке труб из стали ЭП836. На универсальной испытательной машине Instron проводят разрушение нескольких кольцевых образцов со стандартной скоростью и определяют разрушающую нагрузку. Затем проводят нагружение кольцевых образцов клином до фиксируемых по шкале машины уровней нагрузки в долях от разрушающей нагрузки. После этого испытывают нагруженные таким образом кольца на замедленное хрупкое разрушение в 15- 20% растворе серной кислоты и строят кривую замедленного хрупкого разрушения. Нижнюю границу диапазона концентраций рабочего раствора серной кислоты выбирают, исходя из того, что понижение концентрации кислоты ниже 15% приводит к подъему кривой замедленного хрупкого разрушения в кислоте таким образом, что в области пороговых нагрузок кривая замедленного хрупкого разрушения в кислоте проходит аышо чем кривая замедленного

хрупкого разрушения в условиях электролитического наводороживания. Верхнюю границу диапазона концентраций рабочего раствора серной кислоты выбирают, исходя

из того, что повышение концентрации кислоты выше 25% приводит к интенсивному растравливанию поверхности образцов за короткое время (2-3 ч), искажению всего хода кривой замедленного хрупкого разрушения и, следовательно, к невозможности правильного определения времени выдержки изделий в кислоте.

Другую порцию аналогично нагруженных кольцевых образцов испытывают на за5 медленное хрупкое разрушение в условиях электролитического наводороживания в слабом кислотном электролите, представляющем собой 0,05 Н раствор H2S04 с добавлением стимулятора наводороживания

0 (NH2)2CS в количестве 20 мг/л. Состав электролита и плотность тока наводороживания (1 мА/см2) выбирают таким образом, чтобы процесс электролитического наводороживания имитировался диффузией водорода, и

5 растрескивание определялось водородным охрупчиванием, а не проходило по активному коррозионному механизму. Строят кривую замедленного хрупкого разрушения или наводороживании и по ней определяют

fftli2 . являющееся минимальным значением порогового напряжения, к которому стремится напряжение растрескивания металла при длительном хранении в атмосферных

5 условиях. Для стали ЭП836 aft2 составило 320 ±30 МПа с доверительной вероятностью 0,95. Затем по пересечению кривой замедленного хрупкого разрушения при испытаниях в кислоте с уровнем находят вре0 мя испытания патрубков в растворе серной кислоты, необходимое для выявления остаточных внутренних напряжений, превышающих аи2 , т.е. способных вызвать растрескивание труб при хранении. Это

5 время составило 3 ч.

Определенное таким образом время берут за основу при определении опасного уровня остаточных напряжений в высокопрочных трубах из мартенситно-стареющей

0 стали ЭП836. Патрубки от исследуемой партии труб помещают в раствор серной кислоты такой же концентрации, как и раствор, используемый при построении кривой замедленного разрушения образцов в кисло5 те, и по истечении трехчасовой выдержки осматривают при четырехкратном увеличении. Если при таком осмотре не обнаруживают трещин на поверхности патрубков, то утверждают, что уровень остаточных напря- жений в трубах не превышает опасное значение crft2 350 МПа и, следовательно, исследуемая партия труб не будет подвержена растрескиванию при неограниченно долгом хранении. Если при осмотре на поверхности патрубков обнаруживают видимые трещины, то утверждают, что уровень остаточных напряжений в трубах превышает пороговое значение и, следовательно, ис- пытуемая партия подвергнется растрескиванию при длительном хранении, а значит такая партия труб подлежит отбраковке

По результатам определения опасного уровня остаточных внутренних напряжений в трубах из мартенситностареющей стали ЭП836 была выдана гарантия от растрескивания. В течение трех лет растрескивания этих труб в процессе их хранения не произошло.

Предложенный способ позволяет определить опасный локальный уровень остаточных внутренних напряжений в изделиях из высокопрочных сталей, в отличие от способа-прототипа, по которому невозможно определить локальные остаточные микронапряжения, а можно лишь определить остаточные напряжения первого рода, уравновешенные в объеме тела.

Формула изобретения Способ определения уровня остаточных внутренних напряжений в изделиях из

высокопрочных мартенситных и ферритных сталей, по которому из изделий изготавливают образцы, выдерживают их в растворе кислоты и определяют остаточные внутренние напряжения, отличающийся тем, что. с целью определения уровня остаточных внутренних напряжений, которые могут привести к растрескиванию изделий при длительном хранении, предварительно определяют напряжение разрушения стали, испытывают две партии образцов на замедленное хрупкое разрушение, одну в 15-25%- ном растворе серной кислоты, а другую - в условиях электролитического насыщения

водородом в слабом кислотном электролите при плотности тока, не вызывающей активного коррозионного повреждения стали, строят кривые замедленного хрупкого разрушения в координатах: доля разрушающего напряжения - время до разрушения, затем по точке пересечения уровня порогового напряжения растрескивания стали в условиях наводороживания с кривой замедленного хрупкого разрушения стали в растворе серной кислоты определяют время выдержки изделий в растворе серной кислоты и об уровне остаточных внутренних напряжений, который может привести к растрескиванию, судят по наличию или отсутствию трещин на изделиях после указанной выдержки в 15-25%-ном растворе серной кислоты.

Изобретение относится к способам определения внутренних напряжений в материалах. Цель изобретения - определение опасного уровня остаточных внутренних напряжений, могущих привести к растрескиванию изделий при длительном хранении. Предварительно определяют напряжение разрушения материала, затем проводят испытания одной партии образцов на замедленное хрупкое разрушение в растворе серной кислоты. Другую партию образцов испытывают на замедленное хрупкое разрушение в условиях электролитического наво- дороживания. Строят кривые замедленного хрупкого разрушения в координатах: доля разрушающего напряжения - время до разрушения, затем по точке пересечения уровня порогового напряжения растрескивания металла в условиях электролитического на- водороживания с кривой замедленного хрупкого разрушения материала в кислоте устанавливают время выдержки реальных изделий в рабочем растворе серной кислоты той же концентрации, по истечении которого по наличию или отсутствию трещин на изделиях судят об опасном уровне остаточных внутренних напряжений. 1 ил

Редактор

Составитель В.Саррак Техред М.Моргентал

Ј (миц.)

Корректор М.Андрушенко