RU2706106C1 - Method of determining service life of steel articles - Google Patents
Method of determining service life of steel articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706106C1 RU2706106C1 RU2019111483A RU2019111483A RU2706106C1 RU 2706106 C1 RU2706106 C1 RU 2706106C1 RU 2019111483 A RU2019111483 A RU 2019111483A RU 2019111483 A RU2019111483 A RU 2019111483A RU 2706106 C1 RU2706106 C1 RU 2706106C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- value
- degree
- determined
- product
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано при неразрушающей оценке ресурса стальных изделий после длительных сроков эксплуатации.The invention relates to methods of non-destructive testing of materials and can be used for non-destructive assessment of the resource of steel products after long periods of operation.
Известны способы оценки ресурса стальных изделий, заключающиеся в том, что из металла изделия вырезают образцы, проводят их испытания на растяжение, сжатие или изгиб, определяют параметры фактических механических свойств, сравнивают эти значения, с зафиксированными в документации на изделие. Определяют величину изменения этих свойств за время эксплуатации и по этому параметру судят о ресурсе изделия (Патенты РФ №№2454648, 2226681, 2108560, Авторское свидетельство СССР №1647356).Known methods for assessing the resource of steel products, namely, that samples are cut from the metal of the product, they are tested for tension, compression or bending, the actual mechanical properties are determined, these values are compared with those recorded in the product documentation. The magnitude of the change in these properties during operation is determined and the resource of the product is judged by this parameter (RF Patents Nos. 2454648, 2226681, 2108560, USSR Copyright Certificate No. 1647356).
Недостатком этих методов является то, что полученные данные о ресурсе можно распространить только на зону вырезки образов, т.е. контроль не достаточно объективен. Кроме того, такой контроль является разрушающим и приводит к выходу из эксплуатации испытываемого изделия, например, действующего трубопровода.The disadvantage of these methods is that the obtained data on the resource can only be extended to the image clipping zone, i.e. control is not objective enough. In addition, such control is destructive and leads to the decommissioning of the test product, for example, an existing pipeline.
Предлагаемый способ определения ресурса свободен от этих недостатков.The proposed method for determining the resource is free from these disadvantages.
В основу способа положены результаты исследований, проведенных автором при разработке методов неразрушающего контроля механических свойств стальных изделий при воздействии на эти изделия различными нагрузками (усилия, температура и др.)The method is based on the results of studies conducted by the author when developing methods for non-destructive testing of the mechanical properties of steel products under the influence of various loads on these products (forces, temperature, etc.)
В процессе этих исследований установлено, что появление в стали деструкции (необратимых изменений) в процессе длительной эксплуатации можно характеризовать величиной пластической деформации, при которой на кривой испытания образцов растяжением в координатах «истинные напряжение-деформация в степени 1/2» наблюдается точка перегиба «точка деструкции» (параметр предложен Рыбаковой Л.М.). В этот момент в металле происходит переход из пластического в пластическидеструкционное состояние.In the course of these studies, it was found that the appearance of destruction (irreversible changes) in the steel during long-term operation can be characterized by the value of plastic deformation, at which the inflection point “point destruction ”(parameter proposed by L. Rybakova). At this moment, the metal undergoes a transition from a plastic to a plastic destruction state.
Такой переход характеризуется скачкообразным изменением скорости прироста деформационного упрочнения, что графически проявляется в виде изменения угла наклона деструкционной кривой.Such a transition is characterized by an abrupt change in the growth rate of strain hardening, which graphically manifests itself in the form of a change in the angle of inclination of the destruction curve.
Исследования показали, что эта точка перегиба для различных сталей наблюдается в диапазоне от 3-х до 8-ми % пластической деформации. При этих деформациях изделие выполняет свои служебные функции, например, артиллерийский снаряд выдерживает ударную перегрузку в 10-12 тыс.g (g - ускорение свободного падения). На этом участке деформирования график функции можно записать в виде:Studies have shown that this inflection point for various steels is observed in the range from 3 to 8% plastic deformation. With these deformations, the product fulfills its official functions, for example, an artillery shell can withstand an impact overload of 10-12 thousand g (g is the acceleration of gravity). In this section of the deformation, the function graph can be written as:
где S - истинные напряжения, е - истинная деформация.where S is the true stress, e is the true strain.
В то же время при степенях деформации, соответствующих точке деструкции, назовем ее e(D), в стали могут появиться поры и микротрещины, которые являются концентраторами напряжений, способными привести сталь к «внезапному» разрушению. Такое состояние стали не «лечится» термообработкой и эксплуатация изделия в этом состоянии недопустима. В связи с этим предложено использовать состояние материала стального изделия на этом этапе деградации в качестве предельного для эксплуатации. При этом для конкретной марки стали это состояние следует определять по величине пластической деформации образцов, соответствующей первой точке деструкции e(D).At the same time, at degrees of deformation corresponding to the point of destruction, let us call it e (D), pores and microcracks can appear in steel, which are stress concentrators that can cause steel to “suddenly” fail. This state of steel is not “cured” by heat treatment, and the operation of the product in this state is unacceptable. In this regard, it is proposed to use the state of the material of the steel product at this stage of degradation as the limit for operation. Moreover, for a particular steel grade, this state should be determined by the amount of plastic deformation of the samples corresponding to the first point of destruction e (D).
Кроме того, при исследовании связи магнитных характеристик стали со степенью деформации стали автором установлено, что коэрцитивная сила стали Нс с ростом степени пластической стали возрастает. Эту взаимосвязь можно описать соотношением:In addition, in the study of magnetic steel connection characteristics with the strain became author found that the coercive force Hc of steel with an increase in the degree of plastic steel increases. This relationship can be described by the ratio:
Сопоставление уравнений (1) и (2) показывает, что по параметру Нс можно проводить оценку деформированности стали, т.е. этот параметр может быть использован для разработки неразрушающего метода контроля степени деформации стали. Но, что более важно, этот параметр может быть использован для оценки степени деструкции стали в процессе эксплуатации, в том числе для оценки ресурса стали, а именно, для оценки ресурса стали до достижения деформации, соответствующей первой точки деструкции.A comparison of equations (1) and (2) shows that, according to the parameter Н с, it is possible to evaluate the deformation of steel, i.e. this parameter can be used to develop a non-destructive method for controlling the degree of steel deformation. But, more importantly, this parameter can be used to assess the degree of destruction of steel during operation, including to assess the resource of steel, namely, to assess the resource of steel before reaching the deformation corresponding to the first point of destruction.
Точки деструкции стали (в том числе первую точку) определяют при испытании стандартных образцов. Проводятся стандартные испытания образов растяжением по ГОСТ 1497-84. При этом записывают полную диаграмму нагрузка деформация в координатах (Р - нагрузка; - удлинение образца). По диаграмме с использованием приспособления определяются значения и соответствующие им Pi. Схема построения деструкционной диаграммы показана на рисунке фиг. 1.The points of destruction of steel (including the first point) are determined when testing standard samples. Standard tensile tests are carried out according to GOST 1497-84. At the same time, the full strain load diagram is recorded in the coordinates (P - load; - elongation of the sample). According to the diagram using the device, the values are determined and their corresponding P i . The construction diagram of the destruction diagram is shown in the figure of FIG. one.
Фиг. 1. Схема деструкционной диаграммы в координатах «истинные напряжения S - истинная деформация e1/2», D - точки деструкции, γ - угол наклона графика.FIG. 1. Scheme of the destruction diagram in the coordinates “true stresses S — true strain e 1/2 ”, D — destruction points, γ — graph inclination angle.
Фиг. 2. Изменение коэрцитивной силы Нс в зависимости от относительной деформации е1/2 стали 09Г2С: e(D1)1/2 - значение относительной деформации в точке деструкции стали; Hc D - значение коэрцитивной силы, соответствующее точке деструкции стали.FIG. 2. Change in the coercive force Н с depending on the relative deformation e 1/2 of steel 09Г2С: e (D 1 ) 1/2 - the value of the relative deformation at the point of destruction of steel; H c D is the value of the coercive force corresponding to the point of destruction of steel.
Параметры для построения деструкционной диаграммы рассчитывают по формулам:The parameters for building the destruction diagram are calculated by the formulas:
где - текущие значения истинного напряжения, истинной деформации, нагрузки, удлинения образца соответственно; и F0 - начальные длина образца и площадь его поперечного сечения.Where - current values of true stress, true strain, load, elongation of the sample, respectively; and F 0 is the initial length of the sample and its cross-sectional area.
Деструкционную диаграмму строят в координатах S- е1/2 (фиг. 1).The destruction diagram is built in the coordinates S-e 1/2 (Fig. 1).
Точки D на диаграмме (фиг. 1) являются точками деструкции материала. В предлагаемом техническом решении предельной для эксплуатации изделия является его состояние в первой точке деструкции D1.Points D in the diagram (Fig. 1) are points of destruction of the material. In the proposed technical solution, the limit for the operation of the product is its condition at the first point of destruction D 1 .
Неразрушающее определение величины коэрцитивной силы Нс в стальных изделиях выполняют с помощью известных коэрцитиметров, например, КИФМ-1. Коэрцитиметры портативны, имеют выносные датчики. Это позволяет выполнять сканирование поверхности изделия и выявлять точки с максимальной величиной коэрцитивной силы, т.е. с максимальной величиной деструкции. Такой контроль существенно повышает достоверность испытаний, так как позволяет выявлять наиболее ослабленные участки на изделии и проводить оценку ресурса изделия в его самом слабом месте.Nondestructive determination of the coercive force H c in steel products is performed using known coercimeters, for example, KIFM-1. Coercimeters are portable, have remote sensors. This allows you to scan the surface of the product and identify points with the maximum value of the coercive force, i.e. with a maximum value of destruction. Such control significantly increases the reliability of the tests, as it allows you to identify the most weakened areas on the product and assess the resource of the product in its weakest place.
Исследования показывают, что на величину коэрцитивной силы, кроме величины пластической деформации, влияют прочностные свойства стали и ее химический состав. В связи с этим для оценки состояния стали по этому параметру (его изменению во времени) необходимо знать, химический состав конкретной стали и его прочность.Studies show that the coercive force, in addition to the magnitude of plastic deformation, is affected by the strength properties of steel and its chemical composition. In this regard, to assess the state of steel by this parameter (its change in time), it is necessary to know the chemical composition of a particular steel and its strength.
В настоящее время разработан ряд неразрушающих методов определения этих параметров.Currently, a number of non-destructive methods for determining these parameters have been developed.
Так, для определения предела прочности стали можно использовать измерение ее твердости различными методами: статическими (по Бринеллю, Роквеллу или Виккерсу) или динамическими (по Шору и др.). Степень деформации стали не влияет на ее твердость. Связь предела прочности стали с ее твердостью однозначна.So, to determine the tensile strength of steel, you can use the measurement of its hardness by various methods: static (according to Brinell, Rockwell or Vickers) or dynamic (according to Shore and others). The degree of deformation of steel does not affect its hardness. The relationship of the tensile strength of steel with its hardness is unambiguous.
Химический состав стали с высоким разрешением определяется приборами неразрушающего контроля, например, с помощью портативного спектроанализатора ARC-MET 930.The chemical composition of high-resolution steel is determined by non-destructive testing devices, for example, using the ARC-MET 930 portable spectrum analyzer.
На основании проведенных исследований разработан способ неразрушающего определения ресурса стальных изделий в процессе их эксплуатации.Based on the studies, a non-destructive method for determining the resource of steel products in the process of their operation is developed.
Способ заключается в следующем. На испытываемом изделии различными известными способами определяют самую нагруженную зону (наблюдением, расчетом и другими способами). Например, на трубопроводах самая нагруженная зона находится на поверхности трубы в зоне изгиба с минимальным радиусом. В этой зоне с помощью коэрцитиметра выполняют сканирование зоны и фиксируют максимальное значение Нс М.The method is as follows. On the tested product by various known methods determine the most loaded area (by observation, calculation and other methods). For example, in pipelines, the most loaded zone is on the surface of the pipe in the bending zone with a minimum radius. In this zone, a zone scan is performed using a coercimeter and a maximum value of H with M is recorded.
В минимально нагруженной зоне изделия выполняют измерение твердости металла и определяют его химический состав.In the minimally loaded zone of the product, the metal hardness is measured and its chemical composition is determined.
Изготавливают стандартные образцы из стали с химическим составом, идентичным зарегистрированному в изделии. Термообработкой получают прочность материала образцов с твердостью равной измеренной на изделии.Standard samples are made of steel with a chemical composition identical to that registered in the product. By heat treatment, the strength of the material of the samples with a hardness equal to that measured on the product is obtained.
На этих стандартных образцах выполняют измерение коэрцитивной силы Нс 0.On these standard samples, the coercive force H c 0 is measured.
Выполняют деформирование образцов и строят диаграмму «истинные напряжения - величина относительной пластической деформации в степени ». На диаграмме фиксируют первую точку деструкции D1. Определяют степень деформации, соответствующую первой точке деструкции. На образце со степенью деформации соответствующей первой точке деструкции измеряют коэрцитивную силу Hc D.The samples are deformed and the diagram “true stresses — the degree of relative plastic strain in the degree ". The diagram fixes the first point of destruction D 1 . The degree of deformation corresponding to the first point of destruction is determined. On a sample with a degree of deformation corresponding to the first point of destruction, the coercive force H c D is measured.
Ресурс Р допустимой эксплуатации изделия определяют из соотношения:Resource P permissible operation of the product is determined from the ratio:
где Hc D - значение коэрцитивной силы в образце, с деформацией, соответствующей первой точке перегиба на графике функции «истинные напряжения - величина относительной пластической деформации в степени », Нс М - максимальное значение коэрцитивной силы в максимально нагруженной зоне измерения на изделии, С(Нс)=(Нс М - Нс 0)/Т - скорость изменения коэрцитивной силы во времени, Т - время эксплуатации изделия до момента испытаний, Нс 0 - значение коэрцитивной силы на образце при нулевой степени деформации.where H c D is the value of the coercive force in the sample, with a strain corresponding to the first inflection point on the graph of the function "true stresses - the value of relative plastic strain in the degree ", N s M - the maximum value of the coercive force in the maximum loaded measurement zone on the product, C (N s ) = (N s M - N s 0 ) / T - the rate of change of the coercive force in time, T - the time of operation of the product until tests, N with 0 - the value of the coercive force on the sample at zero degree of deformation.
При выполнении расчета ресурса могут быть использованы уже известные данные по величине предельной деструкции (точка D1) и значения коэрцитивной силы при такой степени деструкции Hc D для конкретных марок стали. В таблице 1 приведены значения степени деструкции, соответствующие точке D1 для ряда сталей, экспериментально установленные автором.When performing a resource calculation, already known data on the value of the ultimate destruction (point D 1 ) and the values of the coercive force at such a degree of destruction H c D for specific steel grades can be used. Table 1 shows the values of the degree of destruction corresponding to point D 1 for a number of steels, experimentally established by the author.
В свою очередь, для построения зависимости коэрцитивной силы от степени деформации (линейная функция соотношения (2)) достаточно знать значения коэрцитивной силы для двух значений пластической деформации стали.In turn, to construct the dependence of the coercive force on the degree of deformation (a linear function of relation (2)), it suffices to know the values of the coercive force for two values of the plastic deformation of steel.
Для удобства можно использовать значения Нс при нулевой деформации, т.е. в исходном состоянии стали (Нс=Нс 0) и при напряжениях испытания близких к пределу прочности, т.е. при е=δ. Это значение коэрцитивной силы обозначим Нс δ. Тогда можно записать: Нс=Hc δ.For convenience, you can use the values of H with zero strain, i.e. in the initial state of steel (Н с = Н с 0 ) and at test voltages close to the ultimate strength, i.e. for e = δ. This value of coercive force is denoted by H with δ . Then we can write: H c = H c δ .
Такие данные для ряда исследуемых сталей приведены в таблице 2.Such data for a number of investigated steels are given in table 2.
Используя данные таблиц 1 и 2 можно графически определить значения коэрцитивной силы в состоянии, соответствующем первой точке деструкции, т.е. значениям деформаций, приведенным в таблице 1. На фиг. 2 приведен пример выполнения этой операции для стали 09Г2С.Using the data of tables 1 and 2, it is possible to graphically determine the values of the coercive force in the state corresponding to the first point of destruction, i.e. strain values are given in table 1. In FIG. 2 shows an example of this operation for steel 09G2S.
Таким образом, предложенный способ определения ресурса стальных изделий является неразрушающим. Он позволяет на конкретном стальном изделии с помощью известных средств неразрушающего контроля определять состояние материала изделия, и с помощью расчетных соотношений позволяет вычислять ресурс допустимой эксплуатации изделия.Thus, the proposed method for determining the resource of steel products is non-destructive. It allows you to determine the state of the material of the product on a specific steel product using well-known non-destructive testing means, and using the calculated ratios allows you to calculate the life of the allowable operation of the product.
Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.The stated information about the claimed invention, characterized in an independent claim, indicates the possibility of its implementation using the described in the application and known means and methods. Therefore, the claimed method meets the condition of industrial applicability.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111483A RU2706106C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method of determining service life of steel articles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111483A RU2706106C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method of determining service life of steel articles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2706106C1 true RU2706106C1 (en) | 2019-11-13 |
Family
ID=68579709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111483A RU2706106C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method of determining service life of steel articles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2706106C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4987367A (en) * | 1988-09-16 | 1991-01-22 | Hitachi, Ltd | Method and apparatus for predicting deterioration of a member constituting a part of equipment |
RU2139515C1 (en) * | 1997-12-23 | 1999-10-10 | Закрытое акционерное общество компания "ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ" | Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life |
RU2238535C2 (en) * | 2002-11-18 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром" | Method of determining resistance of material to damaging |
UA86241C2 (en) * | 2007-01-15 | 2009-04-10 | Институт Проблем Машиностроения Им. А.М.Пидгорного Нан Украины | Method for determination of residual resource of metal articles |
RU2436103C1 (en) * | 2010-04-06 | 2011-12-10 | Анатолий Петрович Черепанов | Method for prognosis of resource of objects of higher hazard |
RU2604965C2 (en) * | 2014-08-13 | 2016-12-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский машиностроительный институт" (АО "НИМИ") | Method to detect metal hardness on operating pipeline by impact-dynamic device |
-
2019
- 2019-04-17 RU RU2019111483A patent/RU2706106C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4987367A (en) * | 1988-09-16 | 1991-01-22 | Hitachi, Ltd | Method and apparatus for predicting deterioration of a member constituting a part of equipment |
RU2139515C1 (en) * | 1997-12-23 | 1999-10-10 | Закрытое акционерное общество компания "ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ" | Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life |
RU2238535C2 (en) * | 2002-11-18 | 2004-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Севергазпром" | Method of determining resistance of material to damaging |
UA86241C2 (en) * | 2007-01-15 | 2009-04-10 | Институт Проблем Машиностроения Им. А.М.Пидгорного Нан Украины | Method for determination of residual resource of metal articles |
RU2436103C1 (en) * | 2010-04-06 | 2011-12-10 | Анатолий Петрович Черепанов | Method for prognosis of resource of objects of higher hazard |
RU2604965C2 (en) * | 2014-08-13 | 2016-12-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский машиностроительный институт" (АО "НИМИ") | Method to detect metal hardness on operating pipeline by impact-dynamic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gates et al. | On the consideration of normal and shear stress interaction in multiaxial fatigue damage analysis | |
Lopez-Crespo et al. | Study of crack orientation and fatigue life prediction in biaxial fatigue with critical plane models | |
Jankowiak et al. | Validation of the Klepaczko–Malinowski model for friction correction and recommendations on Split Hopkinson Pressure Bar | |
Bonora et al. | Practical applicability and limitations of the elastic modulus degradation technique for damage measurements in ductile metals | |
Moćko et al. | An influence of cyclic loading on the form of constitutive relationship for DP500 steel | |
RU2706106C1 (en) | Method of determining service life of steel articles | |
Jang et al. | Instrumented microindentation studies on long-term aged materials: work-hardening exponent and yield ratio as new degradation indicators | |
Tyutin et al. | Changes in the physical properties and the damage of low-and medium-carbon steels during tension | |
Margetin et al. | Multiaxial fatigue criterion based on parameters from torsion and axial SN curve | |
RU2610936C1 (en) | Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material | |
Brodecki et al. | Monitoring of fatigue damage development in as-received and exploited 10CrMo9-10 power engineering steel supported by Digital Image Correlation | |
Drumond et al. | High cycle fatigue damage evaluation of steel pipelines based on microhardness changes during cyclic loads | |
RU2590224C1 (en) | Method of estimating bending stress in elements of structures | |
RU2554306C2 (en) | Method of assessment of micromechanical characteristics of local areas of metals | |
Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
Tyutin et al. | Study of the Mechanical Properties of Structural Steels Using Acoustic and Magnetic Methods | |
RU2654154C2 (en) | Method of determining the residual life of the pipelines | |
Beskopylny et al. | Diagnostics of steel structures with the dynamic non-destructive method | |
RU2750683C1 (en) | Method for determining mechanical characteristics of high-energy materials | |
RU2685458C1 (en) | Method for determining strength characteristics of low-carbon steels | |
RU2570237C1 (en) | Method of determining viscosity of metallic materials | |
RU2775515C1 (en) | Method for determining the viscosity of metallic materials | |
RU2691751C1 (en) | Method of determining limit state of material of main gas pipelines | |
Kim et al. | Quantitative characterization of mechanical properties using instrumented indentation | |
RU2659620C1 (en) | Method for calculating plastic deformation and residual life of gas-thermal coating |