Proč rázová houževnatost řídí bezpečnost potrubí
Rázová houževnatost je schopnost oceli absorbovat energii a plasticky se deformovat před tím, než se při náhlém zatížení zlomí. Pro potrubí pod zemí nebo podmořské potrubí je rozhodující vlastnost, protože potrubí, které selže křehkým způsobem, může rozšířit průběžnou trhlinu na stovky metrů, zatímco potrubí s dostatečnou houževnatostí místo toho trhlinu zastaví. Protože houževnatost prudce klesá s poklesem teploty, je test vždy definován společně se zkušební teplotou a norma a nákupní objednávka společně stanoví jak teplotu, tak úroveň přijatelnosti. Aplikovatelné požadavky na trubky API 5L vycházejí ze samotné API 5L, z ISO 3183 pro ekvivalentní mezinárodní jakost a z norem zkušebních metod, podle kterých se zkouška provádí.
Charpy V-test vrubu
Standardním nástrojem pro rutinní přejímací zkoušky je kyvadlový rázový ohybový test na jednoduše podepřené vrubové tyči, popsaný v ISO 148-1 a pro ocelové výrobky v oddílech mechanického testování ASTM A370. Postup je přímočarý a vysoce opakovatelný.
Vzorek v plné velikosti měří 10 mm x 10 mm x 55 mm s 45° V-zářezem, hloubkou zářezu 2 mm a poloměrem kořene zářezu 0,25 mm.
Vzorek je ochlazen na specifikovanou zkušební teplotu v lázni nebo komoře a přenesen do stroje během doby povolené metodou, takže o výsledku rozhoduje spíše teplota oceli než teplota místnosti.
Kyvadlo o známé energii narazí na vzorek za zářezem a rozbije ho. Energie absorbovaná při lomu se odečítá přímo ze stroje v joulech.
Po lomu se často měří smyková plocha na povrchu lomu a zaznamenává se laterální expanze u kořene vrubu. Vysoký podíl vláknité, smykové lomové plochy ukazuje na tvárné chování.
Když je stěna trubky tenčí než 10 mm, opracují se vzorky pod-rozměru se zmenšenou šířkou tak, aby vzorek představoval plnou tloušťku stěny. Absorbovaná energie vzorku menší -velikosti je nižší než energie vzorku plné velikosti jednoduše proto, že je zde méně materiálu k rozbití, takže specifikované hodnoty jsou odpovídajícím způsobem upraveny a velikost vzorku musí být vždy uvedena s výsledkem.
Testovací frekvence, umístění a směr
Rázové zkoušky se odebírají z tělesa trubky v příčném směru a svařovaná trubka je také zkoušena ve svaru a v tepelně ovlivněné zóně. Četnost odběru vzorků je vázána na teplo nebo šarži, jak je definováno v normě pro příslušnou úroveň specifikace produktu, která platí. Úroveň specifikace produktu 1 nevyžaduje nárazové zkoušky, pokud to nevyžaduje objednávka; úroveň specifikace produktu 2 vyžaduje test, což je jeden z hlavních technických rozdílů mezi těmito dvěma úrovněmi. Výsledky testu se vykazují jako soubor, obvykle tři vzorky, s minimální průměrnou hodnotou a minimální individuální hodnotou.
Test roztržení při pádu závažím pro potrubí velkého průměru
Charpyho testování měří energii absorbovanou malým, vrubovým vzorkem, ale nereprodukuje plně chování tlakové trubky obsahující probíhající trhlinu. Pro vysokotlaká přenosová vedení velkého průměru je proto dodatečně specifikována zkouška roztržení pádovou hmotností. Vrubová deska v plné tloušťce je zasažena padajícím závažím a rozbita a měří se podíl lomové plochy, který je spíše smykem než štěpením. Vysoká minimální smyková plocha, běžně vyjádřená jako procento plochy lomu, ukazuje, že ocel bude odolávat šíření trhlin. Zkušební metoda je popsána v ASTM E436 a je vyvolána prostřednictvím příloh API 5L, když to velikost potrubí a aplikace vyžadují.
Co posouvá přechodovou teplotu
| Faktor | Vliv na rázovou houževnatost |
|---|---|
| Obsah uhlíku | Zvýšení uhlíku zvyšuje teplotu přechodu z tvárné na křehkou a snižuje maximální absorbovanou energii |
| Velikost zrna | Zjemnění zrna snižuje teplotu přechodu a je nejspolehlivějším způsobem, jak zlepšit houževnatost |
| Mikrostruktura | Hrubé perlitové pásy a volný ferit snižují houževnatost, zatímco jemné jehlicovité feritové a bainitické struktury ji zlepšují |
| Síra a inkluze | Protáhlé vměstky sulfidu manganu štěpí ocel a jsou kontrolovány praxí s nízkým obsahem síry a úpravou vápníkem |
| Praxe válcování a chlazení | Řízené válcování a zrychlené chlazení zjemňují strukturu a zvyšují absorbovanou energii při nízké teplotě |
| Tloušťka stěny | Těžší stěny se ochlazují pomaleji a mají tendenci mít hrubší strukturu, takže tlusté trubky mají obvykle přísnější požadavky než tenké trubky stejné kvality |
FAQ
Otázka: Jaká jednotka se používá pro rázovou houževnatost?
Absorbovaná energie se uvádí v joulech. Když je výsledek normalizován podle plochy průřezu v zářezu, je vyjádřen v joulech na centimetr čtvereční nebo kilojoulech na metr čtvereční, což umožňuje porovnat vzorky různých velikostí.
Otázka: Při jaké teplotě se testuje náraz API 5L potrubí?
Zkušební teplota je specifikována API 5L a zpřísněna objednávkou a obvykle se vztahuje k nejnižší očekávané provozní nebo instalační teplotě potrubí spíše než k pokojové teplotě.
Otázka: Lze vzorek menší{0}}velikosti převést na hodnotu plné velikosti?
Pro všechny oceli není akceptován jediný konverzní faktor. Specifikované hodnoty přijatelnosti pro vzorky pod-velikosti jsou stanoveny s velikostí vzorku ve standardu a ve zprávě musí být uvedena použitá velikost.
Otázka: Proč je nutný test roztržení při poklesu hmotnosti, když jsou výsledky Charpyho již přijatelné?
Tyto dva testy měří různé věci. Charpy udává energii absorbovanou malým vzorkem, zatímco test roztržení pádovou hmotností měří odolnost materiálu v plné tloušťce vůči průběžné trhlině. Vysokotlaká vedení s velkým průměrem běžně vyžadují obojí.
Otázka: Jak obsah síry ovlivňuje výsledek?
Vysoký obsah síry tvoří podlouhlé sulfidické vměstky, které působí jako vnitřní cesty trhlin, snižují absorbovanou energii a zvyšují teplotu přechodu, zejména v příčném směru. Normálním lékem je praxe s nízkým obsahem síry s kontrolou tvaru inkluze.
Otázka: Co by mělo být zaznamenáno na osvědčení o zkoušce?
Třída a úroveň specifikace produktu, tepelné číslo, orientace a velikost vzorku, zkušební teplota, absorbovaná energie každého vzorku, střední hodnota a v případě potřeby smyková plocha nebo boční roztažnost, to vše lze vysledovat k testovaným délkám potrubí.
