علل شکستگی فولاد: شکل پذیر، شکننده، خستگی و پیشگیری

علل شکست فولاد: مروری بر مهندسی

شکستگی عبارت است از جدا شدن یک جسم جامد به دو یا چند قسمت تحت فشار. در لوله‌های فشار قوی (API 5L) و فولاد سازه‌ای (ASTM A500)، تمایز بینشکل‌پذیروشکنندهشکست مهم ترین مفهوم برای طراحی سیستم هایی است که به جای انفجار به طور ایمن از کار می افتند. عوامل متالورژیکی - اندازه دانه، اجزاء، شیمی، عملیات حرارتی - مقاومت یک ماده را در برابر شروع ترک و انتشار مشخص می‌کنند.

شکل پذیری در مقابل شکستگی شکننده

شکستگی شکل پذیر
قبل از تغییر شکل پلاستیک قابل توجه است. معمولاً سطح فنجانی-و-مخروطی را نشان می‌دهد و با ادغام میکرو-حجمی ایجاد می‌شود. شکست شکل پذیر هشدار قابل مشاهده - برآمدگی، ازدیاد طول، نشت - قبل از از دست دادن مهار می دهد.

شکستگی شکننده
با تغییر شکل پلاستیک کم یا بدون تغییر شکل رخ می دهد. این ترک از صفحات کریستالوگرافی خاص (شکاف) پیروی می کند و می تواند با سرعت صوت منتشر شود. این خطرناک ترین حالت شکست برای خطوط لوله گاز، به ویژه در آب و هوای سرد است.

دمای انتقال شکل پذیر-به-ترد کننده (DBTT)

برای فولادهای کربنی و کم آلیاژ-، رفتار شکست به شدت وابسته به دما است:

قفسه بالایی:
فولاد کاملاً انعطاف پذیر است (رفتار معمولی API 5L در 20 درجه).

منطقه انتقال:
انرژی ضربه به شدت در یک باند دمایی باریک کاهش می یابد.

قفسه پایین:
فولاد کاملا شکننده است و حداقل انرژی را جذب می کند.

کاهش مهندسی اجباری استتست Charpy V{0}}notch (CVN).
- برای لوله API 5L PSL2، انرژی جذب شده در حداقل دمای طراحی باید ثابت کند که دمای انتقال فولاد بسیار پایین‌تر از سردترین شرایط سرویس است، بنابراین می‌توان ترک در حال اجرا را به جای انتشار، مهار کرد.

ماتریس مکانیزم شکست

اقدامات پیشگیری و کنترل

مشخص کنیدفولاد ریزآلیاژی-ریزدانه(Nb/V/Ti) برای مقاومت بیشتر در برابر شکست-.

نیاز دارندتست Charpy V{0}}بریدگی یا CTODبرای جوشکاری های فراساحلی و{0}}در دمای پایین.

کنترل سختی در سرویس ترش (کمتر یا مساوی 22 HRC) برای جلوگیری از ترک خوردگی استرس سولفید.

دمای عملیاتی را مدیریت کنید تا بالاتر از DBTT بماند.

لرزش، چکش آب و بارگذاری چرخه ای را برای جلوگیری از شروع خستگی طراحی کنید.

سوالات متداول (سؤالات متداول)

آیا فولاد انعطاف پذیر می تواند شکننده شود؟
بله - از طریق تردی هیدروژنی (سرویس H2S)، قرار گرفتن در معرض دمای پایین- یا سخت شدن شدید کار.

چقرمگی شکست چگونه اندازه گیری می شود؟
با آزمایش بریدگی Charpy V{0} (انرژی جذب شده، بر حسب ژول) یا CTOD (جابجایی باز شدن نوک ترک) برای جوش‌های بحرانی دریایی.

آیا اندازه دانه بر مقاومت در برابر شکست تأثیر می گذارد؟
بله. فولادهای دانه ریز، که از طریق ریزآلیاژسازی با نیوبیم و وانادیم به دست می‌آیند، مقاومت قابل توجهی در برابر شکست شکننده ارائه می‌دهند.

شکستگی رخ چیست؟
حالت شکست شکننده که در آن ترک مستقیماً از میان دانه‌ها در امتداد سطوح اتمی خاص با حداقل تغییر شکل پلاستیکی عبور می‌کند.

چرا چقرمگی شکست برای خطوط لوله گاز اجباری است؟
گاز فشرده انرژی بسیار زیادی را ذخیره می کند. اگر ترک شروع شود، ماده باید به اندازه کافی سفت باشد تا بتواند آن را قبل از کیلومترها دویدن بگیرد.

چگونه می توان از شکستگی ناشی از خستگی جلوگیری کرد؟
با حذف چرخه ارتعاش و فشار، استفاده از تکیه گاه ها و طراحی انبساط مناسب و بازرسی برای شروع ترک با NDT قبل از انتشار.