Próba rozciągania i oznaczanie granicy plastyczności
Próba rozciągania jest podstawowym testem akceptacyjnym właściwości mechanicznych rur stalowych bez szwu. Badanie w temperaturze pokojowej przeprowadza się zgodnie z ASTM A370, standardową metodą badania mechanicznego wyrobów stalowych, która odnosi się do normy ASTM E8/E8M w zakresie badania rozciągania; w umowach spisanych zgodnie z praktyką ISO lub EN stosuje się normę ISO 6892-1. Próbką jest zwykle podłużny pasek lub okrągły pręt pobrany z korpusu rury, a w przypadku małych średnic stosuje się próbkę o pełnym przekroju. Granicę plastyczności określa się albo metodą przesunięcia o 0,2% według ASTM E8/E8M, albo metodą całkowitego wydłużenia o 0,5% pod obciążeniem stosowaną w API 5L, a wartościami raportowanymi są granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie. Wydłużenie mierzy się na długości pomiarowej 50 mm lub proporcjonalnej długości pomiarowej wynoszącej 5,65 pierwiastka kwadratowego pierwotnego pola przekroju poprzecznego, w zależności od zastosowanej normy.
Badanie udarności
Odporność na uderzenia ocenia się za pomocą testu udarności z prętem karbowanym zgodnie z normą ASTM E23 lub ISO 148-1. Standardowa próbka ma wymiary 10 mm na 10 mm na 55 mm z karbem V-45 stopni o głębokości 2 mm i promieniu nasady 0,25 mm. Zestaw testowy składa się z trzech próbek, a wynik podawany jest jako pochłonięta energia w dżulach wraz z temperaturą badania, która może wynosić 0 stopni C, -20 stopni C, -45 stopni C lub mniej, w zależności od specyfikacji produktu. Minimalne wartości specyfikacji zależą od temperatury: ASTM A333/A333M klasa 6 wymaga średnio minimum 18 J, przy czym żadna pojedyncza wartość nie jest niższa niż 13 J w temperaturze -45 stopni C, natomiast wymagania dotyczące udarności rur przewodowych API 5L są ustalane w zamówieniu zgodnie z gatunkiem, grubością ścianki i temperaturą projektową. W zastosowaniach krytycznych rejestruje się występowanie pęknięć ścinających i rozszerzalności bocznej wraz z pochłoniętą energią.
Weryfikacja twardości
Testowanie twardości to szybka i tania-weryfikacja warunków obróbki cieplnej, stosowana jako kryterium akceptacji rur przeznaczonych do pracy z kwaśnym lub mokrym H2S, gdzie norma ISO 15156-2 ogranicza stal węglową i nisko-stopową do maksymalnie 22 HRC. Testy Brinella według ASTM E10 stosuje się do cięższych profili, testy Rockwella B lub C według ASTM E18 dla ścian cienkich i pośrednich, a testy Vickersa lub mikrowcięcia zgodnie z ASTM E384 dla stref spawania, stref wpływu ciepła i cienkich profili powlekanych. Na przykład rury wymienników ciepła ASTM A179/A179M są ograniczone do maksymalnie 72 HRB. Sama twardość nie zastępuje próby rozciągania, ponieważ nie pozwala na ustalenie wartości plastyczności lub wytrzymałości na rozciąganie.
Ocena spłaszczania, rozszerzania i hydrostatyczna
Plastyczność gotowej rury sprawdza się poprzez próbę spłaszczania, podczas której pierścień wycięty z końca rury jest spłaszczany pomiędzy równoległymi płytami na określoną odległość i sprawdzany pod kątem pęknięć; ASTM A1016/A1016M i ASTM A450/A450M definiują test dla rur wymienników ciepła i kotłów. API 5L wymaga prób spłaszczania rur bez szwu i spawanych w określonych stosunkach-do- grubości oraz próby hydrostatycznej pod ciśnieniem utrzymywanym przez określony czas dla rur PSL2. Nieniszczące alternatywy, takie jak kontrola prądów wirowych, ultradźwiękowa lub strumieniowa, są dozwolone przez ASTM A1016/A1016M zamiast próby hydrostatycznej w przypadku niektórych rozmiarów rur, a API 5L akceptuje-całą kontrolę ultradźwiękową, radiograficzną lub elektromagnetyczną zamiast próby hydrostatycznej tylko wtedy, gdy tak stanowi zamówienie.
Od danych testowych do raportu ewaluacyjnego
Ocena przebiega według ustalonej sekwencji. Najpierw zapisz dane dotyczące obciążenia, wydłużenia i pochłoniętej energii, a następnie wykreśl krzywą naprężenia-odkształcenia lub pochłoniętej energii w funkcji temperatury. Po drugie, wyodrębnij z krzywej granicę plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie lub bezpośrednio odczytaj pochłoniętą energię wraz z wartościami twardości w każdym miejscu badania. Po trzecie, porównaj wyniki z minimalnymi specyfikacjami gatunku, warunków obróbki cieplnej i grubości ścianki w obowiązującej normie. Po czwarte, należy potwierdzić, że rozrzut w każdym zestawie testowym jest akceptowalny, że temperatura badania mieści się w granicach tolerancji oraz że orientacja i lokalizacja próbki są zgodne z wymaganiami. Analiza trendów pomiędzy wytopami i partiami produkcyjnymi służy do wykrywania odchyleń w procesie-ciągnienia na zimno lub obróbki cieplnej, zanim wystąpi-niezgodność. Statystyczna kontrola procesu dotycząca granicy plastyczności i energii udaru jest bardziej użyteczna niż jedno-decyzja o pozytywnym wyniku lub niepowodzeniu, zwłaszcza gdy ta sama huta dostarcza rury spełniające więcej niż jedną specyfikację.
Często zadawane pytania
Q:Która norma reguluje próbę rozciągania rur stalowych bez szwu?
Odp.: ASTM A370 definiuje metody i odniesienia do ASTM E8/E8M dotyczące badania rozciągania w temperaturze pokojowej. ISO 6892-1 ma zastosowanie, gdy testowanie jest określone w praktyce ISO lub EN, a GB/T 228.1 ma zastosowanie do zamówień złożonych zgodnie z chińskimi normami krajowymi.
Q:Jaka jest różnica między metodą przesunięcia 0,2% a metodą wydłużenia 0,5% pod obciążeniem?
Odp.: Metoda przesunięcia o 0,2 procent pozwala znaleźć naprężenie, przy którym trwałe odkształcenie osiąga 0,2 procent; metoda 0,5% wydłużenia pod obciążeniem umożliwia odczyt naprężenia przy całkowitym wydłużeniu wynoszącym 0,5% długości pomiarowej. API 5L dopuszcza drugą metodę, a wyniki uzyskane obiema metodami różnią się nieznacznie dla tego samego materiału.
Q:Ile próbek udarowych potrzeba i w jakiej temperaturze?
Odp.: Zestaw testowy to trzy próbki badane w temperaturze określonej w specyfikacji produktu lub zamówieniu, na przykład -45 stopni C dla ASTM A333 klasa 6. Można uzgodnić dodatkowy zestaw w niższej temperaturze, jeśli temperatura robocza jest niższa od standardowej temperatury badania.
Q:Czy badanie twardości może zastąpić badanie rozciągania?
O: Nie. Twardość jest wskaźnikiem obróbki cieplnej, a w przypadku usług kwaśnych granica twardości może być kryterium akceptacji, ale nie może ustalić granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie ani wartości wydłużenia.
Q:Co udowadnia próba spłaszczania?
Odp.: Ocenia plastyczność korpusu rury i solidność spoiny lub bezszwowej ściany poprzez ściskanie pierścienia poza zakresem sprężystości i sprawdzanie pęknięć lub rozwarstwień po odkształceniu.
Q:Dlaczego badanie przeprowadza się w więcej niż jednym miejscu rury?
Odp.: Właściwości mechaniczne różnią się w zależności od grubości ścianki, położenia względem spoiny i ilości obróbki plastycznej na zimno, zatem próbki z różnych lokalizacji i orientacji dają bardziej wiarygodny obraz całej długości niż pojedynczy test.