Фрактографическое обоснование потери сопротивления хрупкому разрушению стали после эксплуатации в элементах морского портального крана

А. О. Немчук, Г. В. Кречковская

Физико-механический институт им. Г. В. Карпенка НАН Украины, ул. Научная, 5, 79060 Львов, Украина

Получена: 05.11.2018; окончательный вариант - 25.03.2019. Скачать: PDF

Портальные краны продолжительно эксплуатируются в режиме интенсивного циклического нагружения, что приводит к потере исходных механических свойств сталей, особенно их сопротивления хрупкому разрушению. Во время эксплуатации крана в разных конструкционных элементах возникают разные напряжения и поэтому можно ожидать, что степень деградации металла этих элементов будет также различной. Испытания на ударную вязкость образцов Шарпи (KCV), вырезанных из листовой стали типа Ст3сп, после эксплуатации в течение 33 лет в ответственных элементах морского портального крана типа «Sokol», показали существенное снижение сопротивления хрупкому разрушению металла при воздействии на него более высоких эксплуатационных напряжений. Исследовано влияние текстуры стали на степень её эксплуатационной деградации и показано более интенсивное снижение ударной вязкости поперечных образцов относительно направления прокатки. При фрактографических исследованиях сравнивались информативные признаки изломов стали с минимальными и максимальными уровнями KCV, которые коррелировали с минимальными и максимальными (из проанализированных) напряжениями в различных элементах крана во время их эксплуатации. Выделялись участки изломов непосредственно за концентраторами напряжений, соответствующие стадии вязкого зарождения разрушения от дна концентратора, и следующие за ними центральные части распространения разрушения. Фрактографическим анализом на макро- и микроуровнях обосновано, что главный признак эксплуатационной деградации стали связан с её склонностью к низкоэнергоёмкому расслоению вдоль границ между вытянутыми вальцовкой неметаллическими включениями и ферритной матрицей (из-за нарушения когезии вдоль межфазных границ). Этот эффект проявился максимально, с одной стороны, для стали, эксплуатированной при более высоких рабочих напряжениях, а с другой стороны, при испытании поперечных образцов, когда магистральное направление распространения разрушения совпадало с направлением прокатки.

Ключевые слова: портальный кран, эксплуатационная деградация стали, сопротивление хрупкому разрушению, расслоение, влияние водорода, фрактографический анализ.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i06/0825.html

PACS: 46.50.+a, 62.20.M-, 62.20.me, 81.40.Np, 81.40.Lm, 81.70.Bt


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. V. M. Pustovoi and I. O. Reshchenko, Mater. Sci, 48, Iss. 5: 561 (2013). Crossref
  2. V. M. Pustovoi, I. O. Reshchenko, and O. I. Zvirko, Mater. Sci., 51, Iss. 1: 125 (2015). Crossref
  3. O. O. Nemchuk, Mater. Sci., 53, Iss. 6: 875 (2018). Crossref
  4. А. О. Немчук, Депон. ГНТБ Украины, № 1326-Ук96 от 29.05.96.
  5. А. О. Немчук, М. А. Стариков, Труды Одесского политехн. ун-та, № 2: 36 (2008).
  6. H. V. Krechkovs’ka and O. Z. Student, Mater. Sci., 52, Iss. 4: 566 (2017). Crossref
  7. A. Y. Krasowsky, A. A. Dolgiy, and V. M. Torop, Proc. ‘Charpy Centary Conference’ (Poitiers: 2001), vol. 1, p. 489.
  8. H. M. Nykyforchyn, O. T. Tsyrul’nyk, D. Yu. Petryna, and M. I. Hredil’, Strength Mater., 41, No. 5: 501 (2009). Crossref
  9. L. K. Polishchuk, H. V. Kharchenko, and О. I. Zvirko, Mater. Sci., 51, Iss. 2: 229 (2015). Crossref
  10. S. V. Panin, P. O. Maruschak, I. V. Vlasov, A. S. Syromyatnikova, A. M. Bolshakov, F. Berto, O. Prentkovskis, and B. B. Ovechkin, Proc. Eng., 178: 597 (2017). Crossref
  11. H. M. Nykyforchyn, H. V. Krechkovs’ka, A. I. Kutnyi, and O. Z. Student, Strength Mater., 47, Iss. 5: 679 (2015). Crossref
  12. S. V. Panin, P. O. Maruschak, I. V. Vlasov, D. D. Moiseenko, P. V. Maksimov, F. Berto, R. T. Bishchak, and A. Vinogradov, Fatigue Fracture Eng. Mater. Struct., 40: Iss. 11: 1838 (2017). Crossref
  13. А. О. Немчук, М. А. Стариков, Подъемные сооружения. Спец. техника, 7: 30 (2006).
  14. E. V. Kharchenko, L. K. Polishchuk, and O. I. Zvirko, Mater. Sci., 49, Iss. 4: 501 (2014). Crossref
  15. H. Nykyforchyn, O. Zvirko, O. Tsyrulnyk, and N. Kret, Eng. Failure Analysis, 82: 364 (2017). Crossref
  16. O. I. Zvirko, A. B. Mytsyk, O. T. Tsyrulnyk, G. Gabetta, and H. M. Nykyforchyn, Mater. Sci., 52, Iss. 6: 861 (2017). Crossref
  17. Р. В. Тельович, Ю. A. Гарасим, Г. В. Кречковська, Н. О. Бондаревська, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 11: 1489 (2018). Crossref