بررسی تجربی ویژگی‌های سطح شکست نمونه نامتجانس (با درز جوش افقی) آزمایش ضربه سقوطی فولاد API X65

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

10.22044/jsfm.2020.9029.3053

چکیده

در این پژوهش شکست‌‌نگاری نمونه نامتجانس (با درز‌ جوش افقی) آزمایش ضربه سقوطی از جنس فولاد API X65 برای اولین بار انجام شده است. مقطع شکست نمونه آزمایش شامل سه ناحیه فلز پایه، متأثر از حرارت و جوش می‌باشد. آزمایش طبق استاندارد API 5L انجام شده است. ترک با شکست تورقی از ناحیه ریشه شیار شروع شده و تا 5/14 میلی‌متر از مسیر شکست ادامه دارد. پس از ناحیه تورقی، سطح شکست با تغییر زاویه 45 درجه نسبت به صفحه‌ی سطحی، به شکست نرم برشی تبدیل می‌شود که این زاویه تا ناحیه شکست معکوس ادامه دارد. در عکس‌های حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی در هر سه ناحیه فلز پایه، متأثر از حرارت و جوش، علائم شکست نرم که شامل حفره‌های مخروطی با اندازه، جهت و شکل متفاوت می‌باشد، مشاهده شد. همچنین در ناحیه فلز پایه علائم شورون ناقص با تراکم بالا در ریشه شیار ترک مشاهده شد. در ادامه مسیر رشد ترک و در ناحیه برخورد چکش، شکست معکوس تورقی مشاهده شد که از هر دو طرف توسط سطوح برشی با زاویه 45 درجه محصور شده است. سطح شکست نرم محاسبه شده در محدوده‌ی استاندارد بوده و بیانگر چقرمگی مطلوب این فولادها جهت استفاده در خطوط انتقال گاز می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Standard Test Method for Drop-Weight Tear Tests of Ferritic Steels (2008) ASTM E436-03.

[2] Sung HK, Sohn SS, Shin SY, Lee S, Kim NJ, Chon SH, Yoo JY (2012) Effects of finish rolling temperature on inverse fracture occurring during drop weight tear test of API X80 pipeline steels. Mater Sci and Eng A. 181-189.

[3] Yang Z, Kim CB, Feng Y, Cho CH (2008) Abnormal fracture appearance in drop-weight tear test specimens of pipeline steel. Mat Sci Eng A-Struct 483(1): 239-241.

[4] Yang Z (2014) The fracture during drop-weight tear test of high performance pipeline steel and its abnormal fracture appearance. Proc Mater Sci 3: 1591-1598.

[5] Hwang B, Lee S, Kim YM, Kim NJ, Yoo JY, Woo ChS (2004) Analysis of abnormal fracture occurring during drop-weight tear test of high-toughness line-pipe Steel. Mat Sci Eng A-Struct 368: 18-27.

[6] Amanoa T, Fujishirob T, Shinohara Y, Inoue Y (2016) Evaluation of pre-strain effect on abnormal fracture occurrence in drop-weight tear test for linepipe steel with high charpy energy. Procedia Struc Integ 2: 422-429.

 [7] Kobayashi T, Kim H, Morita S (2001) Progress and development in instrumented charpy impact test.  Materialwiss Werkst 32(6): 525-531.

[8] Fang J, Zhang J, Wang L (2014) Evaluation of cracking behavior and critical CTOA values of pipeline steel from DWTT specimens. Eng Fract Mech 124-125: 18-29.

[9] El-Danaf E, Baig M, Almajid A, Alshalfan W, Al-Mojil M (2013) Mechanical, microstructure and texture characterization of API X65 steel. Mater Design 47: 529-538.

[10] Majidi Jirandehi AA, Hashemi SH (2018) Investigation of macroscopic fracture surface characteristics of spiral welded API X65 gas transportation pipeline steel. Modares Mechanical Engineering 17(11): 219-228.

[11] Hashemi SH, Mohammadyani D (2012) Characterisation of weldment hardness, impact energy and microstructure in API X65 steel. Int J Pres Ves Pip 98: 8-15

[12] Hashemi SH (2011) Strength–hardness statistical correlation in API X65 steel. Mat Sci Eng A-Struct 528: 1648-1655.

[13] American Petroleum Institute (1996) API RP 5L3 recommended practice conducting drop-weight tear test on line pipe. 3rd ed. Washington DC.

[14] American Petroleum Institute (2013) API specifications 5L, specifications for line pipe. 43rd edn.

[15] Becker WT, Lampman S (2002) Fracture appearance and mechanisms of deformation and fracture. Vol 11. ASM Handbook.

[16] Broek D (1982) Elementary engineering fracture mechanics. 3th edn. Kluwer, Boston.

[17] Sowards J, McCowan CN, Drexler ES (2012) Interpretation and significance of reverse chevron-shaped markings on fracture surfaces of API X100 pipeline steels Mat Sci Eng A-Struct 551: 140-148.

[18] Hashemi SH (2012) Comparative study of fracture appearance in crack tip opening angle
testing of gas pipeline steels. Mat Sci Eng A-Struct 558: 702-715.

[19] Hashemi SH, Sedghi S, Soleymani V, Mohammadyani D (2012) CTOA levels of welded joint in API X70 pipe steel. Eng Frac Mech 82: 46-59.

[20] El-Naaman SA, Nielsen KL (2013) Observations on mode I ductile tearing in sheet metals. Eur J Mech A-Solid 42: 54-62.

[21] Hertzberg RW, Vinci RP, Hertzberg JL (2012) Deformation and fracture mechanics of engineering materials. 5th edn. Wiley, New York.