Фрактографічне обґрунтування втрати опору крихкому руйнуванню сталі після експлуатації в елементах морського портального крана

О. О. Немчук, Г. В. Кречковська

Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, 79060 Львів, Україна

Отримано: 05.11.2018; остаточний варіант - 25.03.2019. Завантажити: PDF

Портальні крани тривалий час експлуатують у режимі інтенсивного циклічного навантаження, що зумовлює втрату вихідних механічних властивостей сталей, особливо їх опору крихкому руйнуванню. Під час експлуатації крана в різних конструкційних елементах виникають різні напруження і тому можна очікувати, що міра деградації металу цих елементів буде також різною. Випробування на ударну в’язкість зразків Шарпі (KCV), вирізаних з листової сталі типу Ст3сп, експлуатованої впродовж 33 років у відповідальних елементах морського портального крана типу «Sokol», виявили істотне зниження опору крихкому руйнуванню металу за дії на нього більш високих експлуатаційних напружень. Досліджено вплив текстури сталі на міру її експлуатаційної деградації та показано більш інтенсивне зниження ударної в’язкості за випробувань поперечних зразків відносно напряму вальцювання. Під час фрактографічних досліджень порівняно інформативні ознаки зламів сталі з мінімальними та максимальними рівнями KCV, спричиненими найнижчими та найвищими напруженнями під час її експлуатації в різних елементах крана. Виділялися ділянки зламів одразу за концентратором напружень, які відповідали стадії в’язкого зародження руйнування від дна концентратора, та наступні за ними центральні частини поширення руйнування. Фрактографічним аналізом на макро- і мікрорівнях обґрунтовано, що головна ознака експлуатаційної деградації сталі пов’язана з її схильністю до низькоенергоємного розшарування вздовж границь між витягнутими вальцюванням неметалевими включеннями і феритною матрицею (через порушення когезії вздовж міжфазних меж). Цей ефект проявився максимально, з одного боку, для сталі, експлуатованої за більш високих робочих напружень, а з іншого боку, за випробувань поперечних зразків, коли магістральний напрям поширення руйнування збігався з напрямом вальцювання прокату.

Ключові слова: портальний кран, експлуатаційна деградація сталі, опір крихкому руйнуванню, розшарування, вплив водню, фрактографічний аналіз.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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