Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980662810.12737/12605Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеNotch effect on the liability of welded joints to intergranular fractureВлияние надреза на склонность сварных соединений к межзеренному разрушениюПолетаев Валерий ЮрьевичPoletaev Valeriy Юрьевичafshor@mail.ruПолетаев Юрий ВениаминовичPoletaev Yuriy Вениаминовичanclav51@mail.ruРогозин Дмитрий ВикторовичRogozin Dmitriy Викторовичdmrogozin@ya.ru30092015300920151532834https://naukaru.ru/en/nauka/article/6628/view
Целью работы является исследование воздействия поверхностного надреза на склонность зоны термического влияния
(ЗТВ) сварных соединений жаропрочных высоколегированных сталей к хрупкому межзеренному разрушению. Представлено теоретическое обоснование и описаны экспери-
менты, демонстрирующие механизм указанного воздействия. Исследовано влияние остроты надрезов типа Шарпи и Менаже на долговечность сварных соединений стали
12Х18Н12Т, 07Х18Н9 и 03Х16Н9М2 при высокотемпературном (Т = 823 К) низкочастотном малоцикловом нагружении, имитирующем условия нестационарного режима эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок с реакторами на быстрых нейтронах.
Установлено, что сварные соединения исследованных сталей проявляют различную чувствительность к надрезу, зависящую от пластических свойств и склонности к дисперсионному твердению металла ЗТВ. В результате проведенной работы экспериментально доказана значимость высокой пластичности зерен аустенита, свободных от выделений вторичных дисперсных фаз, упрочняющих матрицу. Именно этим фактором обусловлена высокая стойкость металла зоны термического влияния низкоуглеродистой стали 03Х16Н9М2 против межзеренного разрушения. Результаты исследования позволяют сделать следующий вывод: при работе со сварными соединениями жаропрочных сталей, эксплуатирующихся в условиях высокотемпературного низкочастотного малоциклового нагружения, недопустимы «мелкие» поверхностные надрезы — технологические дефекты типа подрез, несплавление, надрыв.
T he work objective is to study the surface notch impact on the liability of the heat affected zone (HAZ) of welded joints of the heat-resistant high-alloy steels to brittle intergranular fracture.
The theoretical justification is presented, and experiments that demonstrate the mechanism of this effect are described. The impact of the notch acuity of Charpy- and Mesnager-type on
the welds life of 12H18N12T, 07H18N9 03H16N9M2 steel at high-temperature (T = 823K) low-frequency low-cycle loading simulating the conditions of a non-stationary operation mode of
the equipment and pipelines of the nuclear power plants with fast-neutron reactors is investigated. It is found that the welds of the steels under study exhibit different notch sensitivity depending
on the plastic properties and liability to the HAZ metal dispersion hardening. As a result of the work, the significance of the high ductility of the austenite grains free from the second- phase dispersed precipitates reinforcing matrix is shown
by experiments. The high resistance of the metal of the HAZ of 03H16N9M2 low-carbon steel from the intergranular fracture is due to this factor. The findings lead to the following conclusion:
―minor‖ surface notches – technological defects such as notch groove, lack of fusion, tear – are unacceptable when operating with welded joints of heat-resistant steels under the high-temperature low-frequency low-cycle loading.
сварные соединениязона термического влияниянадрезмеханизм межзеренного разрушенияфакторы разрушения.welded jointsheat affected zonenotchmechanism of intergranular fracturefactors of destruction
Введение. В реальных условиях эксплуатации даже пластичные конструкционные материалы разрушаются хрупко.Это происходит, в первую очередь, из-за наличия различных концентраторов напряжений — механических надрезовповерхностных и внутренних технологических дефектов, резких переходов от толстого к более тонкому сечению идр. [1, 2]. Поэтому в описываемом случае конструкционная прочность может оказаться ниже, чем определенная мето-дом обычных испытаний «гладких» образцов. Более того, влияние надреза на поведение материала неоднозначно. Так,квазистатическая и статическая прочность при наличии надреза в общем случае возрастает, а длительная статическаяпрочность и усталостная прочность (предел выносливости) надрезанных образцов в той или иной степени понижают-ся [3]. В этой связи необходимо проведение экспериментального исследования для оценки чувствительности сварныхсоединений к надрезу в условиях сложного низкочастотного малоциклового нагружения (НМН).Цель работы: получить новые экспериментальные данные по влиянию остроты поверхностных надрезов на склон-ность к межзеренному локальному разрушению (ЛР) металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений вусловиях НМН, имитирующих нестационарный режим работы энергетического оборудования и трубопроводов притемпературе выше 773 К.
Игнатов, В. А. Оценка влияния технологических дефектов на прочность элементов сварных конструкций при малоцикловом нагружении / В. А. Игнатов, Г. П. Карзов // Сварочноепроизводство. - 1974. - № 10. - С. 20-23.Ignatov, V.А., Karzov, G.P. Otsenka vliyaniya tekhnologicheskikh defektov na prochnost´ elementov svarnykh konstruktsiy pri malotsiklovom nagruzhenii. [Assessment of the impact of technological defects on the strength of the elements of welded structures under low-cycle loading.] Svarochnoe Proizvodstvo, 1974, no. 10, pp. 20-23 (in Russian).Лукьянов, В. Ф. Анализ причин разрушения металлических конструкций опорного узла стрелового крана / В. Ф. Лукьянов, С. С. Ассауленко // Вестник Дон. гос техн. ун-та. - 2014. - Т. 14. - № 4 (79). - С. 186-193.Lukyanov, V.F., Assaulenko, S.S. Analiz prichin razrusheniya metallicheskikh konstruktsiy opornogo uzla strelovogo krana.[Failure analysis of boom seat metal structures.] Vestnik of DSTU, 2014, vol. 14, no. 4 (79), pp. 186-193 (in Russian).Поведение стали при циклических нагрузках / под ред. В. Даля ; пер. с нем. под общ. ред. В. Н. Геминова. - Москва : Металлургия, 1982. - 568 с.Dal, V., ed. Povedenie stali pri tsiklicheskikh nagruzkakh. [The behavior of steel under cyclic loading.] Moscow: Metallurgiya, 1982, 568 p. (in Russian).Полетаев, Ю. В. Влияние химической микронеоднородности на склонность к локальному разрушению металла ЗТВ сварных соединений / Ю. В. Полетаев //Сварочное производство. - 2012. - № 3. - С. 10-13.Poletaev, Yu.V. Vliyanie khimicheskoy mikroneodnorodnosti na sklonnost´ k lokal´nomu razrusheniyu metalla ZTV svarnykh soedineniy. [Influence of chemical microheterogeneity on tendency to the local destruction of metal in the heat affected zone (HAZ) of welded joints.] Svarochnoe Proizvodstvo, 2012, no. 3, pp. 10-13 (in Russian).Петерсон, Р. Коэффициенты концентрации напряжений / Р. Петерсон. -Москва : Мир, 1977. - 302 с.Peterson, R. Koeffitsienty kontsentratsii napryazheniy. [Stress concentration factors.] Moscow: Mir, 1977, 302 p. (in Russian).Елизаров, Д. П. Паропроводы тепловых электростанций переходные режимы и некоторые вопросы эксплуатации) / Д. П. Елизаров. - Москва : Энергия, 1980. - 264 с.Yelizarov, D.P. Paroprovody teplovykh elektrostantsiy (perekhodnye rezhimy i nekotorye voprosy ekspluatatsii). [Steam pipelines of thermal power stations (transient modes and some operational issues).] Moscow: Energiya, 1980, 264 p. (in Russian).Полетаев, Ю. В. Длительная малоцикловая прочность сварных соединений и выбор аустенитно-стабильных сталей / Ю. В. Полетаев. - Новочеркасск : ЛИК, 2010. - 281 с.Poletaev, Yu. V. Dlitel´naya malotsiklovaya prochnost´ svarnykh soedineniy i vybor austenitno-stabil´nykh staley. [Long-term low-cycle strength of welded joints and selection of stable austenitic steels.] Novocherkassk: LIK, 2010, 281 p. (in Russian).Писаренко, Г. С., Можаровский, Н. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести / Г. С. Писаренко, Н. С. Можаровский. - Киев : Наукова думка, 1981. - 496 с.Pisarenko, G.S., Mozharovskiy, N.S. Uravneniya i kraevye zadachi teorii plastichnosti i polzuchesti. [Equations and boundary value problems of the theory of plasticity and creep.] Kiev: Naukova dumka, 1981, 496 p. (in Russian).Poletaev, Yu. V. Evolution of welded joint crack resistance in the conditions of low-cyclic / Yu. V. Poletaev // Welding International. - 1987. - № 3. - Р. 211-213.Poletaev, Yu. V. Evolution of welded joint crack resistance in the conditions of low-cyclic. Welding International, 1987, no. 3, pp. 211-213.Nissley, N.-E. Development of the strain-to-fracture test for evaluating ductility-dip cracking in austenitic alloys / N.-E. Nissley, J.-C. Lippold // Welding Journal. - 2003. - № 82 (12). - Р. 355-364.Nissley, N.-E., Lippold, J.-C. Development of the strain-to-fracture test for evaluating ductility-dip cracking in austenitic alloys. Welding Journal, 2003, vol. 82, no. 12, pp. 355-364.Brooks, J.-A. Weld solidification and cracking behavior of free-machining stainless steel / J.-A. Brooks, C.- V. Robino, T.-J. Headley, J.R. Michael // Welding Journal. - 2003. - № 2 (3). - P. 51-64.Brooks, J.-A., Robino, C.-V., Headley, T.-J., Michael, J.R. Weld solidification and cracking behavior of freemachining stainless steel. Welding Journal, 2003, no. 2 (3), pp. 51-64.