ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
(Госстандарт СССР)
Всесоюзный научно-исследовательский институт
по нормализации в машиностроении
(ВНИИНМАШ)
Утверждены
Приказом ВНИИНМАШ
№ 306 от 01.10.1987 г.
Расчеты
и испытания на прочность
Методы
механических испытаний металлов
Метод испытания на коррозионное растрескивание
с постоянной скоростью деформирования
Рекомендации
Р 50-54-37-88
Москва
1988
РЕКОМЕНДАЦИИ
Расчеты и испытания на прочность.
Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на коррозионное
растрескивание с постоянной скоростью деформирования.
|
Р 50-54-37-88
|
Рекомендации (Р) устанавливают метод
коррозионных испытаний с постоянной скоростью деформирования. При испытаниях определяют
абсолютные и приведенные величины относительного сужения, относительного
удлинения и работы коррозионного разрушения материалов и сварных соединений.
Р
устанавливают требования к типам испытуемых образцов, применяемому
оборудованию, условиям испытаний и методам обработки результатов испытаний.
Применение
Р позволит получить коррозионно-механические характеристики материалов и
сварных соединений и оценить эффективность противокоррозионных мероприятий.
Р
предназначены для работников НИИ, преподавателей вузов и ИТР предприятий,
занимающихся исследованиями, расчетами и испытаниями на коррозионное
растрескивание материалов и сварных конструкций.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И СУЩНОСТЬ МЕТОДА
1.1. Метод
предназначен для экспресс-оценки стойкости новых материалов, материалов
конструкций, бывших в эксплуатации, и сварных соединений против сероводородного
растрескивания и для определения эффективности способов их защиты от коррозии в
сероводородсодержащих средах. Допускается применение данного метода для
экспресс-оценки стойкости материалов и сварных соединений против коррозионного
растрескивания и для определения эффективности способов их защиты от коррозии в
средах, рекомендованных ГОСТ
28294-84.
1.2.
Сущность метода заключается в испытании в коррозионной среде образцов при
растяжении с постоянной скоростью относительной деформации 2 · 10-6 с-1,
которая обеспечивается скоростью движения подвижного захвата разрывной машины,
равной 1,36 · 10-7
м/с при испытании плоских образцов типа I, и равной 7,2 · 10-8 м/с при
испытании цилиндрических образцов типа IV, ГОСТ 1497-84 (рис. 1),
цилиндрических образцов с надрезом (рис. 2).
Отклонение от заданных скоростей движения подвижного захвата не должно
превышать при испытании ± 3 %.
1.3.
Основными характеристиками коррозионно-механических свойств материалов и
сварных соединений являются полученные после коррозионных испытаний пяти
идентичных образцов среднеарифметические значения:
а)
относительного сужения: ψc - при испытании цилиндрических образцов типа IV, ГОСТ 1497-84;
б)
относительного удлинения: δс - при испытании плоских образцов
типа I,
ГОСТ 1497-84;
в)
предела прочности σвс или работы коррозионного разрушения: Ас
- при испытании образцов типа I
и типа IV,
ГОСТ 1497-84,
образцов с надрезом и кольцевой выточкой, а также при испытании образцов из
материалов и сварных соединений с твердостью большей 22HRC.
1.4. Для
оценки изменения механических свойств материалов и сварных соединений при растяжении
в коррозионной среде применяют дополнительные коррозионно-механические
характеристики, которыми является приведенные величины: а) относительного
сужения Kψ = ψс/ψ; б)
относительного удлинения Kδ = δc/δ;
предела прочности Kσ = σвc/σв, в) KА = Аc/А, где ψ, δ, σв, А - среднеарифметические
значения соответственно относительного сужения, относительного удлинения,
предела прочности и работы разрушения после испытаний трех идентичных образцов
по ГОСТ 1497-84.
При
испытании материалов конструкций, бывших в эксплуатации, в случае отсутствия
аналогичного металла за величины ψ и δ принимают средние значения
данных характеристик из сертификата на исследуемый металл конструкции.
1.5.
Критерием оценки коррозионно-механической стойкости сварного соединения служит
вид разрушения образца: 1) разрушение по металлу шва или зоне термического
влияния; 2) разрушение по основному металлу.
1.6. Минимально
допустимые величины характеристик коррозионно-механических свойств для вновь
созданных материалов сварных конструкций определяются значениями
соответствующих характеристик, полученных для апробированных в эксплуатационных
условиях материалов, имеющих идентичные механические свойства и область
применения.
2. ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ
2.1.
Образцы для испытаний вырезают из заготовок основного металла или сварных
соединений, изготовленных в соответствии с исследуемой технологией получения
основного металла или сварных соединений, либо технологией нанесения защитных
смазок, ингибиторов или покрытий.
2.2.
Заготовки для испытаний отбирают по ГОСТ 7564-73,
заготовки из труб вырезают вдоль оси трубы согласно ГОСТ
10006-80.
2.3.
Размер термообрабатываемых заготовок включает припуск на окончательную механическую
обработку и возможное коробление.
2.4.
Размер заготовок сварных соединений определяют по ГОСТ
6996-66.
2.5. Зоны
сварного соединения на стальных заготовках находят визуально или с помощью
травления макрошлифов 4 %-ным раствором азотной кислоты по ГОСТ
4461-77 в
этиловом спирте по ГОСТ
18300-72 в
течение 20 минут.
2.6.
Образцы из листового проката вырезают в направлении, перпендикулярном
направлению проката, а из сварных соединений - перпендикулярно сварному шву
так, чтобы одна из зон оплавления проходила на расстоянии 4 ± 2 мм от середины рабочей
части образца; при этом рабочая часть образца должна включать металл шва, зону
термического влияния и основной металл.
2.7. форма и размеры образцов должны
соответствовать ГОСТ 1497-84, при этом размеры рабочей части
цилиндрических образцов (рис. 1)
должны быть d0 = 6
мм, l0 = 30 мм, а плоских - 4´20´50 мм.
2.8. Для оценки
коррозионной стойкости электродного металла сварной шов располагают посредине
образца в месте кольцевой выточки (рис. 2, а).
Влияние концентраторов напряжений на стойкость материалов и сварных соединений против сероводородного
растрескивания определяют на образцах со спиральным надрезом (рис. 2,
б).
Тип образца
|
a0
|
b0
|
d0
|
l0
|
l
|
B
|
D
|
h
|
h1
|
h2
|
r
|
L
|
I
|
4 ± 0,1
|
20 ± 0,2
|
-
|
50h14
|
68h14
|
40h14
|
-
|
80
|
50h14
|
21
|
30
|
210h14
|
IV
|
-
|
-
|
6 ± 0,05
|
30h14
|
36h14
|
-
|
M12-8g
|
20
|
12h14
|
5
|
³ 6
|
70h14
|
Рис.
1
2.9.
Шероховатость рабочей поверхности образцов 0,63 £ Ra £ 0,8 мкм по ГОСТ
2789-73.
Механическую
обработку образцов необходимо проводить на режимах, исключающих перегрев и наклеп
в рабочей части. За последние два прохода снимают не более 0,05 мм. Рабочая
часть образцов шлифуется в продольном направлении, для окончательной обработки
используется наждачная бумага № 1000.
2.10. В
сварных образцах устанавливают наличие дефектов сварных соединений по ГОСТ
3242-79.
2.11.
Образцы маркируют вне рабочей части по ГОСТ
9.019-74.
2.12.
Измерение начальных (до испытаний) и конечных (после испытаний) размеров образцов проводят
согласно ГОСТ
1497-84. Измерение расчетных длин образцов
производят с точностью до 0,1 мм, а поперечных сечений с точностью 0,01 мм.
Данные измерений вносят в протокол испытаний рекомендуемого приложения.
2.13.
Образцы обезжиривают органическими растворителями, например, тетрахлорэтиленом,
и промывают этиловым спиртом по ГОСТ
18300-73,
после чего разрешается брать их только за нерабочую часть.
2.14. Для
уменьшения поверхности металла, контактирующего с сероводородсодержащей средой,
на нерабочую поверхность образца наносят изолирующее покрытие, например, клей
БФ2 ГОСТ
12172-74.
2.15.
Подготовленные к испытаниям образцы хранят в эксикаторе ГОСТ 6371-73 не более
24-х часов.
2.16.
Количество идентичных образцов для коррозионных испытаний должно быть не менее
5.
Тип образца
|
D
|
d0
|
dk
|
Rk
|
Bk
|
tн
|
a
|
R
|
C
|
hk
|
h
|
h1
|
h2
|
l0
|
l
|
L
|
II
|
M12-8g
|
6 ± 0,05
|
4 ± 0,05
|
1 ± 0,05
|
2
|
-
|
-
|
6
|
1,6´45°
|
-
|
20
|
12h14
|
5
|
30h14
|
36h14
|
70h14
|
III
|
M12-8g
|
6 ± 0,05
|
-
|
0,1
|
-
|
2
|
40 ± 1°
|
6
|
1,6´45°
|
0,5
|
20
|
12h14
|
5
|
30h14
|
36h14
|
70h14
|
рис. 2
3. АППАРАТУРА И РЕАКТИВЫ
3.1. Машины
и устройства, применяемые для проведения коррозионно-механических испытаний
образцов при растяжении с постоянной скоростью относительной деформации 2 · 10-6 с-1
(рис. 3, 4),
должны соответствовать требованиям ГОСТ 7855-80 и ГОСТ
1497-84.
3.2.
Коррозионные камеры должны обеспечивать возможность подвода инертного газа и коррозионной
среды, отбора проб, а также герметичность в процессе испытаний (рис. 3). Захваты необходимо вывести за пределы
коррозионной ячейки или изолировать от воздействия коррозионной среды.
Изготавливать
камеры следует из электроизоляционных и химически нейтральных по отношению к
коррозионной среде материалов, например, фторопласта. Объем коррозионной камеры
должен обеспечивать удельный объем коррозионной среды не менее 30 мл на 1 см2
неизолированной рабочей поверхности образца.
3.3.
Коррозионную сероводородсодержащую среду готовят согласно ГОСТ
26294-84 и
стандарта ТМ-01-77 NACE: 50 г
хлористого натрия по ГОСТ 4233-77 и 5 г (4,8 мл) ледяной уксусной кислоты по
ГОСТ
61-75
растворяют в 945 г дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72. Приготовленный раствор обескислороживают
продувкой со скоростью 500 см3/мин инертным газом, например, азотом,
в течение 60 мин и затем насыщают сероводородом до концентрации не ниже 2,8
г/л, рН = 3,0 ... 4.
3.4.
Контроль концентрации сероводорода в коррозионной среде производят не реже 1
раза в сутки методом йодометрического титрования.
3.5.
Другие коррозионные среды, применяемые при испытании с постоянной скоростью деформирования,
должны соответствовать ГОСТ
26294-84.
Рис. 3. Функциональная схема
лабораторной установки
Рис. 4.
Установка для коррозионных испытаний материалов в натурных условиях
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
4.1.
Проводят механические испытания на воздухе по ГОСТ 1497-84 трех идентичных образцов.
4.2.
Образцы для коррозионных испытаний устанавливают в коррозионные камеры, которые
затем продувают инертным газом, например, азотом, объемом, равным
десятикратному объему камеры, и заполняют без доступа воздуха коррозионной
средой.
4.3.
Образцы помещают в захваты испытательной машины. Время между заполнением камеры
с образцом коррозионной средой и приложением нагрузки к образцу не должно
превышать 5 мин.
4.4. испытания проводят при температуре 290
- 296 К (17 - 23 °С). Допускается проводить испытания при температурах, соответствующих
условиям эксплуатации изделий.
4.5.
Испытания проводят до разрушения образца, при этом регистрацию величины
деформации и нагрузки выполняют с помощью самописца в координатах
деформация-сила. Масштаб диаграммы по оси деформаций не менее чем 50:1 и по оси
нагрузок не более 5 МПа в 1 мм. При испытании гладких образцов такая диаграмма
не обязательна.
4.6. В
процессе испытаний контролируют температуру 2 раза в сутки. После разрушения
образца фиксируют рН и концентрацию сероводорода в коррозионной среде, величины
которых должны соответствовать п. 3.3.
4.7.
Образцы после испытаний промывают дистиллированной водой, сушат и обмеряют.
Результаты измерений заносят в протокол.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Прочностные
и пластические характеристики образцов определяют согласно ГОСТ
1497-84.
5.2. В
соответствии с ГОСТ 1497-84 испытание считается недействительным:
а)
при разрыве образца по кернам (рискам);
б)
при разрыве образца в захватах испытательной машины или за пределами рабочей
длины;
в)
при разрыве образца по дефектам металлургического или сварочного производства;
г)
при обнаружении ошибок в проведении испытаний.
5.3.
Относительное сужение после испытаний образца по ГОСТ 1497-84
ψ и по данной методике ψc вычисляют по формуле:
где S0 - начальная площадь
поперечного сечения рабочей части образца до разрыва, мм2;
Sk
- минимальная площадь поперечного сечения образца после его разрыва, мм2.
5.4.
Относительное удлинение после испытаний образца по ГОСТ
1497-84 δ и по
данной методике δс
находят из соотношения:
где l0 - начальная расчетная
длина образца, мм;
lk -
конечная расчетная длина образца после разрыва, мм.
5.5. Предел
прочности определяют отношением величины максимальной нагрузки (Fmax) к
начальной площади поперечного сечения рабочей части образца (S0).
5.6.
Величину работы разрушения образца определяют измерением площади под диаграммой
разрушения с учетом масштаба диаграммы.
5.7. По
среднеарифметическим значениям находят приведенные величины относительного
сужения, относительного удлинения, предела прочности и работы разрушения
материала:
5.8.
Результаты испытаний и расчетов сводят в таблицу
рекомендуемого приложения.
5.9. После
испытаний сварных соединений вид разрушения образцов определяют согласно п. 1.5 и п. 2.5.
Сварное соединение считается более стойким, чем основной металл, если
разрушение всех пяти образцов в коррозионной среде произошло по основному
металлу вне зоны шва и зоны термического влияния. Стойкость сварного соединения
принимают равной стойкости основного металла, если разрушение не менее четырех
из пяти образцов происходит по основному металлу. В остальных случаях стойкость
сварного соединения считается ниже стойкости основного металла.
5.10. По
величине основных или дополнительных коррозионно-механических характеристик
определяют склонность материалов или сварных соединений к коррозионному
растрескиванию и эффективность противокоррозионных мероприятий, - более
стойкому материалу или сварному соединению, а также лучшему варианту защиты от
коррозии, соответствует большее значение полученной характеристики.
6. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
6.1.
Метеорологические условия, уровень звукового давления и содержания вредных
примесей в рабочей зоне помещений для испытаний не должны превышать норм,
установленных СН-2.45-71, утвержденных Госстроем СССР.
6.2.
Требования безопасности труда - по ГОСТ
12.1.007-76 и ГОСТ
12.2.007.0-75.
6.3.
Требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-76.
6.4.
Работы с сероводородом проводят с соблюдением «Инструкции по безопасности работ
при разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, содержащих
сероводород».
6.5. В
помещении для испытаний должны находиться средства пожаротушения, содержащие
огнетушители 0У-2, средства индивидуальной защиты на каждого работающего,
включающие противогазы ПШ-1 и КД 2, защитные очки, средства оказания первой
медицинской помощи при несчастных случаях, включающие 3 %-ый раствор борной
кислоты, нашатырный спирт, кислородную подушку, газоанализаторы со световой или
звуковой сигнализацией, запас нейтрализующего сероводород раствора.
6.6.
Приготовление коррозионной среды, заполнение ею камеры с образцом и слив
раствора из камеры проводится в вытяжном шкафу или в специальном боксе.
Сероводород после выхода из генератора или из коррозионной камеры пропускают через
нейтрализующую жидкость, например, через 6 %-ый раствор марганцовокислого
калия. Расход раствора 30 мл на 1 л сероводорода. Коррозионная среда после
испытаний нейтрализуется тем же раствором.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица исходных данных
№№ пп
|
Дата, время начала и конца испытаний
|
Вид испытаний коррозионные, механические
|
Маркировка образца
|
Марка металла
|
Размеры рабочей части образца, мм
|
Нагрузка, Н
|
Примечания
|
До испытаний
|
После испытаний
|
d0
|
a0
|
b0
|
l0
|
S0
|
dk
|
ak
|
bk
|
lk
|
Sk
|
F0,2
|
Fmax
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
Таблица
обработки результатов
№№ пп
|
Дата, время начала и конца испытаний
|
Вид испытаний коррозионные, механические
|
Маркировка образца
|
Марка металла
|
Механические характеристики
|
Коррозионно-механические характеристики
|
Примечания
|
ψ, %
|
δ, %
|
σ0,2,
МПа
|
σв,
МПа
|
A, Дж.
|
ψс,
|
δс, %
|
σвс МПа
|
Ас, Дж.
|
Кψ
|
Кδ
|
Кσ
|
КА
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ
26294-84.
Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание.
2. Паркис Р.Н., Мацца Ф.,
Ройела Ж.Ж. Методы испытания на коррозию под напряжением. - Защита металлов.
Том IX. № 5.
1973. С. 515 - 540.
3. Расчеты и испытания на
прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на
растяжение с заданными скоростями деформирования в широком диапазоне
температур. - МР 140-84. - М.: ВНИИНМАШ, 1984.
4. NACE Standards TM-01-77. Test Method.
Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking at Ambient
Temperature Approved. - NACE Standards, Houston, 1977, р. 1 - 8.
5. ГОСТ
1497-84 (СТ
СЭВ 471-77). Металлы. Методы испытаний металлов на растяжение.
6. Рекомендации. Расчеты и
испытания на прочность в машиностроении. Классификация видов поверхностей
разрушения (изломов) металлов. - М.: ВНИИНМАШ, 1979.
7. ГОСТ 7564-73 (СТ
СЭВ 2859-81). Сталь. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов
механических и технологических испытаний.
8. ГОСТ
10006-80 (СТ
СЭВ 476-77). Трубы металлические. Метод испытания на растяжение.
9. ГОСТ
6996-66.
Сварные соединения. Методы определения механических свойств.
10. ГОСТ
4461-77.
Кислота азотная. Технические условия.
11. ГОСТ
18300-72.
Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия.
12. ГОСТ
2789-73. Шероховатость
поверхности. Параметры и характеристики.
13. ГОСТ
3242-79.
Соединения сварные. Методы контроля качества.
14. ГОСТ
9.019-74.
Методы испытаний. ЕСЗКС. Сплавы алюминиевые и магнитные. Методы ускоренных
испытаний на коррозионное растрескивание.
15. ГОСТ
12172-74. Клеи
феноловинилацетатные. Технические условия.
16. ГОСТ 6371-73.
Эксикаторы.
17. ГОСТ 7855-80. Машины
разрывные универсальные для статических испытаний металлов.
18. ГОСТ
4233-77.
Натрий хлористый. Технические условия.
19. ГОСТ
61-75.
Кислота уксусная. Технические условия.
20. ГОСТ
6709-72. Вода
дистиллированная.
21. Расчеты и испытания на
прочность. Методы испытаний на склонность к коррозионному растрескиванию сталей
и сплавов в жидких средах. Методические рекомендации МР 185-86. - М.: ВНИИНМАШ,
1986 г.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ
ВНИИНМАШем Госстандарта СССР.
Исполнители:
к.т.н. В.М. Кушнаренко, д-р т.н. О.И.
Стеклов, д-р т.н. Э.М. Гутман, к.т.н. В.Г. Антонов, к.т.н. А.П. Фот, В.С. Уханов,
Р.Н. Узяков.
2. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В
ДЕЙСТВИЕ Приказом ВНИИНМАШ № 306 от 1.10.87 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Назначение и сущность метода. 1
2. Образцы для испытаний. 2
3. Аппаратура и реактивы.. 4
4. Проведение испытаний. 6
5. Обработка результатов. 6
6. Требования безопасности. 7
Приложение. Таблица исходных данных. 7
Литература. 8
|