بررسی تجربی و عددی تاثیر تغییرات خواص مکانیکی در راستای ضخامت فولاد لوله API X65 بر توزیع تنش

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

چکیده

در طی فرآیند ساخت لوله‌های فولادی دما و عناصر آلیاژی به طور غیریکنواخت در دیواره لوله توزیع می‌شود. در این مطالعه اثر این توزیع غیریکنواخت بر خواص مکانیکی در مقیاس ماکرو بررسی شد. برای این منظور نمونه‌های تخت کششی از دیواره لوله بریده شد؛ به طوری که هر نمونه مربوط به موقعیت خاصی از ضخامت دیواره بود. نتایج آزمایش کشش تغییرات معنادار خواص مکانیکی را در راستای ضخامت نشان می‌دهد. در ادامه اثر این تغییرات بر رفتار مکانیکی فولاد بررسی گردید. برای این منظور یک نمونه کششی ضخیم با استفاده از خواص اندازه‌گیری شده به صورت ساختار چندلایه (ناهمگن) مدل شد. در فرآیند مدل‌سازی، ابتدا به کمک شبیه‌سازی اجزاء محدود و با توجه به نمودار تنش-کرنش بدست آمده از آزمایش کشش، پارامترهای مدل آسیب گرسون-تیورگارد-نیدلمن برای هر یک از لایه ها به طور جداگانه کالیبره شدند. سپس این پارامترها در مدل‌سازی نمونه ناهمگن استفاده شد. بر طبق نتایج، نمودارهای نیرو-تغییر مکان نمونه ضخیم بدست آمده از مدل‌سازی و آزمایش دقیقاً بر یکدیگر منطبق نیستند؛ این اختلاف به دلیل شرایط تنشی مختلف در نمونه‌های نازک و ضخیم و همچنین اثر تنش‌های پسماند است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Chakraborty G, Rejeesh R, & Albert S K (2016) Study on hydrogen assisted cracking susceptibility of HSLA steel by implant test. Defe Technology 12(6): 490-495.
[2] Movahedi M R & Hashemi S H (2019) Experimental Study of Mechanical Behavior of Welded API X70 Pipe Steel using Tensile and Three Point Bend Specimens. Jour of Solid and Fluid Mechanics 9(4): 93-106 (In Persian).
[3] Soliman N F, Ramadan D O, & Yagoob J A (2021) Influence of mould thickness on microstructure, hardness and wear of al-cu cast alloys. Inte Jour of Engineering 34(8): 2021-2027.
[4] Kong J P, Kang C Y (2016) Effect of alloying elements on expulsion in electric resistance spot welding of advanced high strength steels. Scie and Tech of Weld and Joining 21(1): 32-42.
[5] Samek L, De Moor E, Penning J, & De Cooman B (2006) Influence of alloying elements on the kinetics of strain-induced martensitic nucleation in low-alloy, multiphase high-strength steels. Meta and Mate Transactions A 37(1): 109-124.
[6] Verhoeven J D (2000) A review of microsegregation induced banding phenomena in steels. Jour of Mate Engi and Performance 9(3): 286-296.
[7] Samuels L E (1999) Light microscopy of carbon steels: Asm International.
[8] Jafari A, Seyedeina S H, Aboutalebia M R, Eskinb D G & Katgermanb L (2010) Numerical modeling of macrosegregation during the direct-chill casting of an al alloy billet. Iran Jour of Mate Scie & Engineering 7(3): 39-50.
[9] Krauss G (2003) Solidification, segregation, and banding in carbon and alloy steels. Meta and Mate Transactions B 34(6): 781-792.
[10] De Jong H F (1980) Thickness direction inhomogeneity of mechanical properties and fracture toughness as observed in aluminium 7075-T651 plate material. Engi Frac Mechanics 13(1): 175-192.
[11] Tsuboi K, Tsuchiyama T, Takaki S, & Tsutsumi S (2012) Mechanical properties of strength-gradient steel sheets produced by solution nitriding. ISIJ International 52(10): 1872-1878.
[12] Yang N, Su C, Wang X f, & Bai F (2016) Research on damage evolution in thick steel plates. Jour of Cons Steel Research 122: 213-225.
[13] Kingklang S, Uthaisangsuk V (2017) Micromechanical modeling of anisotropic behavior of pipeline steel grade X65. Mate & Design 127: 243-260.
[14] Wang Y, Liu X, Hu Z & Shi Y. (2013) Experimental study on mechanical properties and fracture toughness of structural thick plate and its butt weld along thickness and at low temperatures. Fati & Frac of Engi Mate & Structures 36(12): 1258-1273.
[15] Popovich V & Richardson I (2015) Fracture toughness of welded thick section high strength steels and influencing factors. Paper presented at the TMS 2015 144th Annual Meeting & Exhibition :1031-1038.
[16] Jokiaho T, Santa-Aho S, Peura P & Vippola M (2020) Cracking and failure characteristics of flame cut thick steel plates. Meta and Mate Transactions A 51(4): 1744-1754.
[17] Han J, Fu T, Wang Z & Wang G (2020) Effect of Roller Quenching on Microstructure and Properties of 300 mm Thickness Ultra-Heavy Steel Plate. Metals 10(9): 1238-1245.
 
[18] Wang Q, Ye Q, Tian Y, Fu T & Wang Z (2021) Superior through‐thickness homogeneity of microstructure and mechanical properties of ultraheavy steel plate by advanced casting and quenching technologies. steel research international 92(5): 200-208.
[19] Gaosheng L, Wei Y & Qingwu C (2015) Investigation of the evolution of central defects in ultra-heavy plate rolled using gradient temperature process. Meta and Mate Transactions B 46(2): 831-840.
[20] Pickering E, & Bhadeshia H (2014) Macrosegregation and microstructural evolution in a pressure-vessel steel. Meta and Mate Transactions A 45(7): 2983-2997.
[21] Standard test methods for tension testing of metallic materials (2009) ASTM international.
[22] Sohn S S, Han S Y, Bae J h, Kim H S & Lee S (2013) Effects of microstructure and pipe forming strain on yield strength before and after spiral pipe forming of API X70 and X80 linepipe steel sheets. Mate Scie and Engineering: A 573(2): 18-26.
[23] Wcislik W (2016) Experimental determination of critical void volume fraction fF for the Gurson Tvergaard Needleman (GTN) model. Proc Stru Integrity 2: 1676-1683.
[24] ABAQUS Version 6.12. (2012) Dass Syst Simu Corp, Rhode Island, USA.