Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние экспертизы промышленной безопасности технических устройств опасных производств 13
1.1. Методические указания по проведению экспертного диагно стирования технического состояния и определению остаточного срока службы технических устройств 14
1.1.1 Порядок проведения технического диагностирования . 20
1.1.2. Анализ повреждения и параметров технического диагностирования 24
1.1.3. Уточненные расчеты на прочность и определение критериев предельного состояния 25
1.1.4. Определение ресурса и остаточного срока эксплуатации технических устройств 26
1.2. Изменение физико-механических характеристик, процессы
охрупчивания в материалах. Эксплуатационные факторы, обу
славливающие процессы охрупчивания 42
1.2.1. Деградационные процессы и выявление определяющих параметров технического диагностирования 42
1.2.2. Изменение механических свойств материалов 44
1.2.2.1. Разупрочнение 49
1.2.2.2. Упрочнение 51
1.2.2.3. Технологические факторы охрупчивания 52
1.2.2.4. Эксплуатационные факторы охрупчивания... 56
1.2.2.5. Диагностическая карта опознания вида хрупкости 67
1.3. Оценка механических свойств и структуры металла при
проведении технического диагностирования 70
1.3.1. Оценка механических свойств 70
1.3.2. Металлографические исследования 73
1.3.2.1. Исследование макроструктуры металла 75
1.3.2.2. Исследование микроструктуры металла 76
1.3.3. Оценка качества металла методом мультифрактального анализа 79
1.4. Заключение 83
1.5. Постановка задач и 84
2. Характеристика объектов и методов исследования 85
2.1. Основные объекты исследования 85
2.2. Методы исследования 87
2.2.1. Определение твердости методом Роквелла 87
2.2.2. Механические свойства при статическом растяжении .. 88
2.2.3. Определение ударной вязкости 90
2.2.4. Метод мультифрактальной параметризации 91
2.2.5. Методы статистической обработки 96
2.2.6. Методы исследования микроструктуры металла 100
3. Особенности подготовки металлографических структур к мультиф-рактальному анализу при экспертизе промышленной безопасности оборудования химических производств 101
3.1. Методические рекомендации предварительной подготовки структур металла к мультифрактальному анализу 101
3.2. Влияние параметров получения цифровых изображений структуры металла на результаты их мультифрактального анализа 108
Выводы к главе 3 116
4. Использование методологии мультифрактальной параметризации при металлографических исследованиях металла оборудования объек тов промышленной безопасности 118
4.1. Взаимосвязь величины зерна металла с мульти фрактальны ми параметрами однородности и упорядоченности 118
Выводы к главе 4 123
5. Возможности методологии мультифрактальной параметризации в оценке ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических и нефтехимических производств 125
5.1. Оценка механических свойств металла оборудования химических производств методом мульти фрактально го анализа 125
5.2. Возможность определения критической температуры хрупкости по мультифрактальным характеристикам структуры металла 135
5.3. Методика оценки остаточного ресурса и технического состояния оборудования химических производств на основе методологии мультифрактальной параметризации 137 Выводы к главе 5 140
Выводы 142
Список литературы
- Анализ повреждения и параметров технического диагностирования
- Деградационные процессы и выявление определяющих параметров технического диагностирования
- Механические свойства при статическом растяжении
- Возможность определения критической температуры хрупкости по мультифрактальным характеристикам структуры металла
Введение к работе
Актуальность темы
Согласно статье 13 федерального закона Ш16 «О промышленной безопасности производственных объектов» [1] экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ) подлежат: проектная документация на строительство, расширение ..., и ликвидацию опасного производственного объекта (ОПО); технические устройства (ТУ), применяемые на ОПО; здания и сооружения на ОПО; декларация ПБ и иные документы, связанные с эксплуатацией ОПО,
Представленная работа выполнена в контексте ЭПБ технических устройств (сосуды и аппараты: колонны, реакторы, резервуары, теплообменные аппараты, фильтры, ресиверы и др. технологическое оборудование химических производств), применяемых на химических и других ОПО. ЭПБ технических устройств проводится индивидуально каждой единицы, опасность которой зависит от условий эксплуатации (Р, t, среда), которые и определяют его группу (от гр. 56 до гр. 1 по ОСТ 26 291).
Технические устройства (ТУ), эксплуатирующиеся на потенциально опасных производствах, к которым можно отнести оборудование химических газо- и нефтеперерабатывающих производств, длительное время находившиеся в эксплуатации, потенциально подвержены высокой степени деградации структуры и изменению физико-механических свойств материала, его повреждением, как в результате воздействия эксплуатационных факторов, так и технологических факторов на стадии изготовления и монтажа. При этом на фоне низкой инвестиционной и инновационной активности значительное внимание необходимо уделять формированию методологии оценки остаточного ресурса и продлению сроков безопасной эксплуатации потенциально опасных производственных объектов с минимизацией риска возможных аварий и катастроф. В связи с этим приоритетное направление приобретает экспертиза промышленной безопасности, целью которой является определение соответствия потенциально опасного производственного объекта предъявляемым к нему требованиям безопасности. Экспертиза проводится с учетом комплексной оценки параметров технического состояния объекта на основе методов и средств технической диагностики и системы количественных критериев и параметров прочности, безопасности, риска, живучести и ресурса [2].
В настоящее время большая часть ТУ нефтегазохимических производств отработала нормативный ресурс. Дальнейшая эксплуатация такого оборудования возможна только с разрешения органов Ростехнадзора на основании заключений промышленной безопасности, выполненных экспертной организацией, имеющей лицензию на проведение соответствующих работ.
В качестве базовой концепции оценки технического состояния ТУ опасных производств используется подход, основанный на принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию», согласно которому оценка технического состояния ТУ осуществляется по параметрам технического состояния (ПТС). В качестве определяющих ПТС принимают параметры, изменение которых может привести объект в неработоспособное или предельное состояние, то есть к его разрушению или созданию аварийной ситуации.
Одним из важных ПТС является состояние металла ТУ - его механические характеристики, которые под действием технологических (изготовление, транспортировка, монтаж) и эксплуатационных (условия эксплуатации -температура, давление, среда, цикличность) факторов могли измениться относительно своего исходного состояния.
Нормативные документы предписывают при экспертизе промышленной безопасности, в зависимости от условий эксплуатации, выполнение механических испытаний и металлографических исследований структуры металла ТУ.
Результаты испытаний используются при выполнении поверочных прочностных расчетов и далее при расчетах остаточного ресурса.
Однако на практике выполнение указанных испытаний невозможно из-за временных факторов (остановки на ремонт кратковременны) и нецелесо образны, так как вырезки образцов и последующий ремонт с применением сварки наносят вред (возникают дополнительные напряжения) металлу а, следовательно, и обследуемому оборудованию.
Использование же нормативных расчетных значений механических характеристик при выполнении прочностных расчетов ТУ, отработавших 20-30 и более лет в жестких условиях, некорректно. Поэтому поиск информативного способа определения механических свойств металла, без разрушения элемента ТУ, с предъявляемыми требованиями по удобству достоверности и быстроте, весьма актуальная задача.
Для реализации дайной проблемы видится перспективным установление взаимосвязи механических свойств металла с результатами мультифрак-тальной параметризации цифровых изображений его микроструктуры.
Созданная в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН в начале 90х годов прошлого века методология мультифрактальной параметризации структур материалов, подробно описанная в трудах А.Г. Колмакова [3], Г.В. Встовского [4,5], нашла широкое применение. Однако для сталей перлитного класса, широко применяемых для изготовления оборудования опасных производств, необходимо провести соответствующую работу по адаптации методики. Важно также разработать четкий алгоритм подготовки металлографических шлифов и предварительной обработки, полученных при фотографировании структуры, изображений.
Мультифрактальная параметризация является более совершенным видом представления теории фракталов. Под фракталами принято подразумевать структуру, состоящую из частей, которые, в каком то определенном смысле, подобны целому. Однако понятия самоподобия и масштабной инвариантности, заложенные в основе теории фракталов не могут полностью описать реальные природные структуры. Поэтому возникла так называемая теория мультифрактального формализма или мультифрактальная параметризация, которая благодаря дополнительному математическому анализу позволяет оценивать параметры однородности и упорядоченности, характеризую щие меру нарушения самоподобия и отражающие геометрическую неоднородность составляющих изображения.
Этот алгоритм успешно реализован в программе MFRDrom, разработанной д.ф-м.н. В.Г. Встовским [4,5].
Целью работы является разработка методики оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств на основе методологии мультифракталыюй параметризации.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что в диссертации впервые:
- разработана методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств по МФ параметрам металлографической структуры его поверхности. На примере адсорбера производства ДССК (дивинил - стирольного синтетического каучука), выполнен расчет остаточного ресурса по изменению МФ параметров.
- создан метод оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографической структуры поверхности металла оборудования химических производств, с целью установления соответствия значений механических свойств требованиям промышленной безопасности;
- разработаны методические рекомендации предварительной подготовки изображений структур к МФ анализу, развиты методические подходы по обработке полученных результатов и их адаптации к особенностям структуры и механических свойств перлитных сталей, широко используемых для изготовления оборудования химических производств;
- для сталей рассматриваемого класса показана возможность оценки критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одним из определяющих показателей свойств материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную эксплуатацию; - разработана методика определения величины зерна металла с использованием МФП при металлографических исследованиях в ходе выполнения экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные методика и методические рекомендации обеспечивают возможность при проведении экспертизы промышленной безопасности проводить оценку фактических механических свойств металла оборудования химических и нефтехимических производств (СКИ - синтетического каучука изопренового, изопрена, этилена, олигомеров, стирола и полиэфирных смол и других) неразрушающим способом, без вырезки образца, исключая потенциальную вероятность снижения безопасности его эксплуатации.
Использование фактических значений механических характеристик повышает объективность результатов поверочных расчетов и расчетов остаточного ресурса безопасной эксплуатации ТУ.
Предлагаемый метод определения величины зерна при металлографических исследованиях металла ТУ в ходе проведения ЭПБ исключает ошибки человеческого фактора, имеющие место при традиционных методах, заключающихся в визуальной идентификации изображений структур, приведенных в ГОСТ.
Разработанные метод и рекомендации, наряду со стандартными используются в ПИ «Союзхимпромпроект» КГТУ при экспертном диагностировании оборудования на ОАО «Нижнекамскнефтехим».
Достоверность полученных результатов и научная обоснованность основных выводов диссертационной работы обеспечивается применением комплекса стандартных методов определения механических свойств материалов, большого числа испытанных образцов, согласованностью данных модельных и реальных образцов. При испытаниях были использованы стандартные поверенные приборы. Результаты испытаний являются хорошо воспроизводимыми. Использованные положения методологии мультифрактальной параметризации структур, созданной в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, прошли апробацию и обсуждение в многочисленных публикациях и на конференциях у нас в стране и за рубежом, в том числе в ведущих научных журналах по физике и материаловедению. В настоящее время эта методология используется для анализа материалов самой различной природы в целом ряде организаций, проводящих научные исследования как фундаментального, так и прикладного характера.
Личный вклад соискателя в представленных к защите материалах состоит в идее использования методологии МФП в области промышленной безопасности, в проведении исследований, обработки данных, обобщении результатов, подготовке статей, докладов, отчетов. Совместно с к.т.н. доцентом Маминовым А.С, докторами Булкиным В.А., Колмаковым А.Г. и Встовским Г.В. проводилось обсуждение и обобщение результатов.
Работа состоит из введения и пяти глав.
В первой главе представлен анализ литературы по методам диагностирования состояния материала и оценки остаточного ресурса технических устройств объектов промышленной безопасности и показаны недостатки этих методов. Выявлены новые перспективные методы анализа деградации структуры и свойств материалов. Приведены примеры условий работы технических устройств, основных материалов, используемых при их изготовлении. Вторая глава содержит характеристику объектов и методов исследования. Третья глава посвящена особенностям подготовки металлографических структур к МФ анализу при выполнении экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств. Проанализированы и выявлены причины рассогласований результатов мультифрактальной параметризации изображений. В четвертой главе на примере определения величины зерна металла показана возможность проведения количественного анализа металлографических изображений по результатам мультифрактальной параметризации. Пятая глава посвящена поиску и установлению корреляционных связей механических свойств стали марки 09Г2С и других сталей перлитного класса с мул ьти фрактальным и параметрами однородности и упорядоченности изображений структур стали этой марки. Показана возможность получения информации о критической температуре хрупкости материалов по муль-тифрактальным параметрам. Полученные результаты были использованы для оптимизации существующих методов прогнозирования и оценки остаточного ресурса оборудования химических производств по параметрам изменения механических свойств, а также разработке методологии оценки ресурса оборудования по параметру изменения МФ свойств. На их основе были разработаны карты экспресс оценки технического состояния оборудования химических производств из стали 09Г2С.
Анализ повреждения и параметров технического диагностирования
Повреждения ТУ возникают вследствие воздействия различных эксплуатационных факторов. Наиболее распространенные виды повреждений обусловлены следующими воздействиями: коррозией металла (сплошной или общей, пятнами, межкристаллитной, язвенной, питтинговой, щелевой, контактной, структурно-избирательной, атмосферной, коррозионным растрескиванием и др.), эрозионным истиранием стенок рабочей средой, усталостью, ползучестью, изменением физико-химических свойств металла и другими причинами.
В ТУ, работающих в водородосодержащих средах, под воздействием водорода, при повышенных температуре и давлении, могут возникнуть водородная коррозия, охрупчнвание (снижение трещиностойкости) и снижение пластичности металла.
Наиболее часто встречаемыми повреждениями поверхностей нагрева являются свищи, отдулины, трещины и разрывы в местах вварки штуцеров, которые могут быть вызваны различными причинами.
При эксплуатации и ремонте ТУ возможно механическое повреждение поверхностей в виде вмятин или царапин, а также при нарушении технологии ремонта возможны дефекты сварных швов и изменение свойств основного металла.
Воздействие вышеуказанных факторов при эксплуатации вызывает изменение технического состояния ТУ, проявляющееся в уменьшении толщины стенок, изменении геометрических размеров сосудов, механических свойств и структуры металла, возникновении локальных повреждений в виде трещин, каверн, язв, появлении участков пластической деформации или изменении других параметров технического состояния (ПТС) ТУ.
Предельно допустимые значения ПТС, установленные в нормативно-технической документации, называют критериями предельного состояния (КПС), которые являются критериями для оценки технического состояния ТУ при диагностировании и определении их остаточного ресурса безопасной эксплуатации. Дефекты и повреждения, которые в момент контроля не являются критическими, но могут за период планируемой эксплуатации достичь значений КПС, при проведении диагностирования должны быть выявлены и устранены. Для выявления таких дефектов применяют критерии отбраковки (КО) элементов ТУ.
Нормы оценки технического состояния ТУ, при которых допускается их дальнейшая эксплуатация без проведения специальных расчетов, определяются нормативной технической документацией на ТУ, устанавливающей допуски на отклонение геометрических размеров сосудов, механических свойств и структуры металла, размеры дефектов, в частности: - размеры основных элементов ТУ должны соответствовать проектным, указанным в паспорте и заводских чертежах, с учетом допусков на размеры полуфабрикатов и их изменение при технологических операциях на заводе-изготовителе; - механические свойства металла основных элементов ТУ, указанные в сертификатных данных, должны удовлетворять требованиям соответствующих нормативных документов; - отклонения формы, увод (угловатость) кромок в сварных швах, смещение кромок стыкуемых листов должны соответствовать допускам, установленными нормативными документами [7-Ю].
При выявлении в ходе диагностирования ТУ отклонений каких-либо параметров от норм, установленных на ТУ, необходимо производить оценку технического состояния ТУ по критериям отбраковки и проводить анализ их влияния на безопасность эксплуатации ТУ.
В случаях, когда нельзя оценить прочность ТУ по действующей нормативной документации, а также когда возникает необходимость получения дополнительной информации о несущей способности и остаточном ресурсе ТУ, проводятся уточненные расчеты напряженно-деформированного состояния.
Уточненные расчеты проводятся с учетом всех режимов эксплуатации и нагрузок, а также возможных изменений геометрии ТУ, наличия дефектов, изменения характеристик материала.
Применяемые уточненные методы расчета должны иметь теоретические и экспериментальные обоснования. Ответственность за выбранную методику расчета и правильность результатов расчета несет организация, выполнявшая расчет.
Уточненные значения напряженно-деформированного состояния могут определяться экспериментальным путем (тензометрией, тензочувстви-тельными покрытиями н т.д.).
Критерии предельного состояния устанавливаются в зависимости от на-груженности, условий эксплуатации, закономерностей механизмов повреждений, которые могут привести ТУ к аварийному состоянию.
Для пластичных в условиях эксплуатации материалов при непрерывном режиме эксплуатации в качестве предельного состояния можно принимать состояние предельного равновесия либо превышение общих и местных напряжений допускаемых значений, устанавливаемых нормативно-техническими документами.
Деградационные процессы и выявление определяющих параметров технического диагностирования
Большой задел в обобщении результатов работ по исследованию процессов деградации металлов, особенно механизмов хрупкого разрушения виден в работах Горицкого В.М.[94,95], В нефтехимии выделяют следующие основные деградационные процессы: 1. изменения геометрии элемента конструкции, 2. поверхностные коррозионные повреждения элементов конструкции, 3. деградации (старения) механических свойств материалов, 4. образование и развитие макродефектности.
В зависимости от конструктивных особенностей металлоконструкций, условий и режимов эксплуатации процессы изменения геометрии элементов конструкции охватывают широкий круг явлений: образование гофров, отду-лин, расслоений, появление погибей и проседаний, отклонение от вертикальности, возникновение овальности и т.д. [96].
Роль материалов в указанном выше перечне явлений может быть различной. Так, при формировании отдулин и расслоений существенно влияние химического состава и структуры сталей. Наибольшую склонность к образованию отдулин обнаруживают в сосудах и аппаратах, работающих под давлением, эксплуатируемых с водородосодержащей средой (особенно при наличии сероводорода) и выполненных из кремнемарганцовистых (16ГС, 09Г2С) и марганцовистых (09Г2, 14Г2) сталей.
Наличие в этих сталях раскатанных при прокатке пластичных сульфидов и оксисульфидов способствует скоплению водорода на границах раздела «ферритиая матрица - включение». Дальнейшее накопление водорода в стали сопровождается его молизацией в пустотах (порах). Водород из атомарного состояния переходит в молекулярное, вызывая повышение давления на границах раздела «феррит - включение». Отмечено повышение давления водорода в указанных выше ловушках до 70 и даже 150 атмосфер, что в ряде случаев существенно превышает рабочее давление в аппаратах [95].
Значительная роль химического состава и структуры сталей в развитии коррозионных процессов. В условиях протекания электрохимических процессов коррозии гетерогенность структуры с различным электродным потенциалом фаз, образующих структуру, способствует локальной коррозии. Ее особая опасность связана со значительными трудностями при ее выявлении методами ультразвуковой толщинометрии в условиях одностороннего доступа к поверхности конструкции.
В процессах зарождения и развития макродефектности в элементах конструкций наряду с уровнем эксплуатационных нагрузок и остаточными сварочными напряжениями весомым оказывается вклад и химического состава, и структуры материалов. Это особенно характерно для таких опасных явлений, как коррозионное растрескивание под напряжением, стресс-коррозия, водородное растрескивание и т.д.
В элементах конструкций при эксплуатации возможно одновременное развитие нескольких деградационных процессов [97]. Например, в работе [95], приведены особенности повреждения таких конструкций, как сосуды и аппараты давления, шаровые резервуары, газгольдеры и др. с пропансодержащими фракциями. Основная причина интенсивного влияния пропана на оборудование -наличие в пропане сероводорода и воды. В этих условиях происходят общая, язвенная и точечная коррозия стали. Скорость общей коррозии для низколегированных сталей составляет 0,1-0,3 мм/год. Стимулятор коррозионных процессов - образующийся сульфид железа. Скорость роста коррозионных язв под отложениями влажных сульфидов может достигать 1,5 мм/год. Самые опасные виды коррозии в среде, содержащей пропан, - коррозионное растрескивание и расслоение, инициируемое проникновением в металл водорода. Последний образуется при взаимодействии водного раствора сероводорода - сероводородной кислоты с железом. Присутствие в пропане влажного сероводорода особенно опасно при наличии в составе среды примесей хлорида водорода, углекислоты и солей. Особенно интенсивно процесс расслоения и растрескивания в низколегированных сталях развивается в диапазоне от 10 до 40 С. Наибольшая скорость собственно сероводородной коррозии оборудования с пропановой средой соответствует температурам 60-70 С [94].
Схожие деградационные процессы выявили и в работе [98] при исследованиях причин разрушения трубопровода, работающего в условиях сгорания нефти с высоким содержанием серы.
Следует отметить, что вопрос о замене изношенных участков ТУ не стоит так остро, так как в ряде случаев существует возможность восстановления деградированной структуры и свойств участка ТУ посредством проведения восстановительной термической обработки [99-100], гораздо чаще стоит вопрос в своевременном обнаружении таких участков.
В ряде случаев для материала технического устройства можно наблюдать процесс изменения его контролируемой механической характеристики под воздействием эксплуатационных факторов по сравнению с аналогичными характеристиками, имеющимися в проектно-конструкторской документации на момент изготовления, монтажа и пуска в эксплуатацию металлоконструкции.
В зависимости от того, в каком направлении происходит изменение механической характеристики, различают охрупчивание, разупрочнение и упрочнение материала.
Под охрупчиванием стали, имеющей объемно-центрированную кубическую решетку, понимают сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур.
Реже в технической литературе снижение пластических свойств стали (относительное удлинение и относительное сужение) также связывают с понятием охрупчивания стали. Однако, строго говоря, это не всегда так. В сталях могут развиваться процессы охрупчивания, как, например, при тепловой хрупкости, которые практически не сказываются на уровне пластических и прочностных свойств материала.
Механические свойства при статическом растяжении
Наиболее распространенным видом испытаний металла, определяющим его пригодность для применения в конструкции, является одноосное статическое растяжение. При испытаниях на растяжение применяют цилиндрические или призматические образцы (ГОСТ 1497-78) [89] с головками на концах, форма и размеры головок соответствуют захватам испытательной машины. Испытания проводят чаще всего на машинах с гидравлическим или механическим приводом.
Под действием усилий в образце возникают напряжения, которые вызывают деформацию: изменение длины образца и его сечения. Различают упругую и пластическую деформацию образца. Пластической деформации соответствует изменение после снятия нагрузки формы и размеров образца.
Деформация считается упругой, если после снятия нагрузки форма и размеры образца не изменились. Для определения механических характеристик записывают кривую деформирования в координатах растягивающая сила Р - абсолютное удлинение образца Л1. Типичные диаграммы растяжения приведены на рис. 2.6.
При упругой деформации, вы- F" званной внешней нагрузкой, изме- Ґ няется расстояние между атомами в ii а 6 в кристаллической решетке. _ _ . „
На диаграммах растяжения начальный период имеет прямолинейную связь между Р(о) и А1(е). Наклон прямой показывает жесткость металла, характеризуя силы межатомного взаимодействия.
Основными механическими характеристиками материалов, используемых для изготовления аппаратов, оборудования и металлоконструкций, являются следующие: предел текучести от, 00,2, временное сопротивление Ов, относительное удлинение д, относительное сужение
Физический предел текучести от = PT/FO - условное напряжение, соответствующее нагрузке на уровне площадки текучести, когда деформация образца происходит без увеличения нагрузки (рис. 2.5, а). Условный предел текучести Ofli " POJ/FQ - условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2% . Последняя характеристика используется для материалов, не имеющих отчетливо выраженной площадки текучести (рис. 2.5,6, в).
Сопротивление материала значительной пластической деформации характеризуется временным сопротивлением (пределом прочности). Временное сопротивление ов = Pt/Fo - условное напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, выдерживаемой образцом в процессе испытания на растяжение.
Относительное удлинение 5 - отношение, в процентах, приращения длины образца до момента разрыва к его первоначальной длине 10\ 8_ (/,4)-100% величина 5 зависит от базы образца hf. чем больше l(h тем меньше 5. По ГОСТ 1497-78 [89] индекс при 5, например 82.5, 55, 510, указывает на кратность размеров испытываемого образца (1оЩ (do - диаметр рабочей части образца).
Относительное сужение ці - отношение, в процентах, уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к его начальной площади
Относительное сужение используется в основном в машиностроении. Однако эта характеристика пластичности, будучи локальной, лучше оценивает вязкость материала при разрушении, чем относительное удлинение,
Испытания на ударный изгиб проводят для определения сопротивления материалов хрупкому разрушению. Эти испытания выполняют на призматических образцах с надрезом разной конфигурации. Стандартные испытания регламентируются ГОСТ 9454-78 [149]. Для проката толщиной 10 мм используются образцы сечением 10x10x55 мм. При меньших толщинах проката используются иные типоразмеры (всего 20).
Возможность определения критической температуры хрупкости по мультифрактальным характеристикам структуры металла
В последнее время отчетливо осознается необходимость учета изменения механических свойств материалов под воздействием эксплуатационных факторов. Катастрофические случаи разрушения нефте- газопроводов с антикоррозионными покрытиями, защищаемые от коррозии станциями катодной защиты, указывают на существенную роль структуры сталей и окружающей среды в развитии стресс-коррозии.
В работах Горицкого В.М. [94, 147, 156] рассматриваются проблемы, связанные с охрупчиванием стали вследствие длительного воздействия повышенных температур - тепловой хрупкости. Согласно его работам, максимум теплового охрупчивания сталей проявляется в диапазоне 400-450 С.
В сварных соединениях сталей с феррито-перлитной структурой степень теплового охрупчивания металла околошовной зоны и особенно сварного шва существенно выше, чем основного металла. Степень охрупчивания металла возрастает по мере повышения в его структуре продуктов промежуточного (бейнит) и особенно сдвигового превращения (мартенсит). В этих условиях режимы сварки, вызывающие появление в стали закалочных структур, обусловливают повышенную склонность сварных соединений к тепловой хрупкости.
Группой Горицкого В.М. проведен эксперимент по исследованию влияния скорости охлаждения в зоне термического влияния сварки на степень охрупчивания стали 09Г2МФБ после 500 и 1000 ч выдержек при 450 С [147]. Зону термического влияния сварки стали 09Г2МФБ имитировали нагревом ТВЧ до 1300 С и охлаждением в разных средах.
С целью изучения влияния химического состава на склонность к охрупчива-нию изучены две плавки. Составы, мас.%, обеих плавок № 84535 (С О,06; Мп 1,47; Результаты анализа на псевдо-спектрах при генерации меры на белых пикселях представлены на рис.5.11.
Как видно из рисунка 5.11, вид кривой практически точно повторяет кривые 2, 4 с рис.5.12, что говорит о взаимосвязи параметра однородности F200 с критической температурой хрупкости Тк металла.
Этот факт позволяет сделать выводы, что при условии получения изображений микроструктур на поверхности технического устройства (ТУ) подлежащего диагностированию, можно без разрушения элемента оборудования оценивать уровень критической температуры хрупкости Тк, и использовать полученные результаты при оценке технического состояния оборудования.
В результате методических и экспериментальных исследований показанных выше, проведена адаптация методологии МФП для решения задач промышленной безопасности. В частности получена возможность оценки текущих значений механических свойств металла оборудования из сталей перлитного класса посредством МФ анализа изображений металлофафических структур и разработки на их основе карт экспресс-оценки технического состояния металла обследуемого оборудования химических производств (рис.5.13), и установления его соответствия требованиям промышленной безопасности, отраженные в «областях» допускаемых и критических значений МФ параметров, соответствующих значениям механических свойств. Кроме того, полученные возможности оценки текущих значений механических характеристик позволяют значительно упростить выполнение рекомендаций по определению ресурса оборудования по критерию изменения механических свойств (РД 03-421 разд.6.3.) [14].
В развитие выполненных исследований был проведен анализ браковочных структур, приведенных в работах Горицкого В.М.[94] и Крутасовой Е.И. [158] по изучению явлений тепловой хрупкости. В результате МФ анализа было установлено, что характер изменения значений МФ параметров для процесса тепловой хрупкости (1) отличается от характера измерений в процессах, изу ченных для имитационных и дополнительных образцов, приведенных в начале 5 главы (2) (рис.5.14). Разработанные карточки экспресс-оценки (рис.5.13) так же отражают состояния, свойственные процессам тепловой хрупкости, как вы ходящие за область допустимых значений МФ параметров. Для полученных кривых (рис.5.14.) найдены уравнения, описывающие характер процессов: у = -5,7857х + 2,08 (1)
