zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-12-82-93zldm-2676Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSИспользование параметров динамической кривой ударного изгиба для оценки характера разрушения трубных сталей в интервале вязко-хрупкого переходаUse of impact bending curve parameters for fracture behavior assessment of pipe steels in the ductile-to-brittle transition regionВаловМ. А.ValovM. A.

Максим Анатольевич Валов

121205, Москва, тер. Инновационного центра Сколково, Большой бульвар, д. 5

Maksim A. Valov

5, Bol’shoi bul’var, Skolkovo, Moscow, 121205

МоляровА. В.MolyarovA. V.

Алексей Валерьевич Моляров

121205, Москва, тер. Инновационного центра Сколково, Большой бульвар, д. 5

Alexey V. Molyarov

5, Bol’shoi bul’var, Skolkovo, Moscow, 121205

aleksey.molyarov@tmk-group.comАрсенкинА. М.ArsenkinA. M.

Александр Михайлович Арсенкин

121205, Москва, тер. Инновационного центра Сколково, Большой бульвар, д. 5

Alexander M. Arsenkin

5, Bol’shoi bul’var, Skolkovo, Moscow, 121205

ООО «Исследовательский центр ТМК» (ООО «ИЦ ТМК»)РоссияLLC «TMK Research»Russian Federation20252412202591128493Copyright © Валов М.А., Моляров А.В., Арсенкин А.М., 20252025Валов М.А., Моляров А.В., Арсенкин А.М.Valov M.A., Molyarov A.V., Arsenkin A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2676

Применение современных маятниковых копров с возможностью регистрации диаграммы деформирования образца в ходе его нагружения позволило рассматривать испытание на ударный изгиб не только как стандартный вид технологических сдаточных испытаний для оценки соответствия металла нормативным требованиям. Запись диаграммы деформирования в координатах усилие – перемещение дает возможность получать более объективную оценку сопротивления металла разрушению, а также в целом расширяет представление о механизме разрушения, особенно в интервале переходных температур. В связи с этим представляет интерес анализ динамических кривых ударного изгиба для получения сведений о характере разрушения, в частности — о количественном соотношении вязкой и хрупкой составляющих в изломе. В настоящей работе на примере сталей марок 06ГФБА, 26ХМФА и 35ХГМА, применяемых для производства труб нефтегазового сортамента, экспериментально показано, что значения усилий в характерных точках предварительно сглаженной динамической кривой ударного изгиба позволяют достаточно точно определять долю вязкой составляющей (ДВС) расчетным методом, без визуального анализа изломов разрушенных образцов. Исследования показали, что хрупкая составляющая в изломе образуется в момент появления резкого скачка на диаграмме, а прогиб образца характеризует его сопротивление появлению и росту хрупкой трещины при разрушении. Выраженная зависимость параметров кривой ударного изгиба от температуры испытания может служить качественным показателем для выявления их неверно определенных значений в характерных точках. С помощью расчета ДВС получена кривая хладноломкости и определена температура вязко-хрупкого перехода. Сопоставление кривых хладноломкости, построенных по расчетным и экспериментальным (измеренным визуально по изломам) данным ДВС, показало близкие значения критической температуры хрупкости. Это подтверждает возможность использования расчетного метода для ее быстрой и качественной оценки с удовлетворительным приближением, особенно в условиях большого количества образцов. Его также можно применять как дополнительный метод контроля при сдаточных испытаниях.

The use of modern pendulum impact testers capable of recording specimen deformation curve during loading has made it possible to consider the impact bending test not only as a standard type of technological acceptance test for assessing metal quality in accordance with regulatory requirements. Recording curves in force-displacement coordinates provide an additional opportunity to obtain a more objective assessment of metal fracture resistance, and also generally expands the understanding of the fracture mechanism, especially in the transition temperature range. In this regard, it is of interest to analyze dynamic impact bending curves to obtain information about the nature of fracture, in particular about the quantitative ratio of ductile and brittle components in the fracture surface. In this study, using the example of steel grades 06GFBA, 26KhMFA and 35KhGMA, developed as a material for oil and gas pipes, it is experimentally shown that using force values at characteristic points on a pre- smoothed dynamic impact loading curve allows for a high-accuracy determination of the shear fracture appearance (SFA) by the evaluation method without visual analysis of the fracture surfaces of the failed specimens. Research has shown that the brittle component in the fracture occurs at the moment a sharp drop appears on the curve while the magnitude of the specimen deflection characterizes its resistance to the initiation and growth of a brittle crack during fracture. Temperature dependency of characteristic force and displacement values is determined. The pronounced dependence of the parameters of the impact bending curve on the test temperature can serve as a qualitative indicator for identifying incorrectly determined characteristic point values. Ductile-to-brittle transition curve is plotted by fitting calculated SFA values and ductile-to-brittle transition temperature is obtained. A comparison of ductile-to-brittle transition curves constructed from proposed and experimental (fractographic measurement) SFA data showed similar values of the ductile-to-brittle transition temperature. This confirms the possibility of using the proposed method for rapid and qualitative assessment with satisfactory approximation, especially when dealing with a large number of specimens, and also as an additional control method during acceptance tests.

ударная вязкостьдиаграмма деформирования при ударном изгибедоля вязкой составляющейтрубные сталивязко-хрупкий переходкритическая температура хрупкостикривая хладноломкостиimpact toughnessimpact force-displacement diagramshear fracture appearancepipe steelsductile-to-brittle transitionductile-to- brittle transition temperatureductile-to-brittle transition curveReferencesПавлов В. А. Физические основы холодной деформации ОЦК металлов. — М.: Наука, 1978. — 208 с.Pavlov V. A. Physical principles of the cold deformation of BCC metals. — Moscow: Nauka, 1978. — 208 p. [in Russian].Чернов В. М., Кардашев Б. К., Мороз К. А. Хладноломкость и разрушение металлов с разными кристаллическими решетками — дислокационные механизмы / Журнал технической физики. 2016. Т. 86. Вып. 7. С. 57 – 64.Chernov V. M., Kardashev B. K., Moroz K. A. Cold brittleness and fracture of metals with various crystal lattices: dislocation mechanisms / Techn. Phys. 2016. Vol. 61. P. 1015 – 1022. DOI: 10.1134/s1063784216070070Казанцев А. Г., Маркочев В. М., Сугирбеков Б. А. Статистическая оценка определения критической температуры хрупкости металла корпуса реактора ВВЭР-1000 по данным испытаний на ударный изгиб / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. 1 3. С. 47 – 54.Kazantsev A. G., Markochev V. M., Sugirbekov B. A. Statistical simulation in determination of the critical temperature of metal brittleness of the VVER-1000 reactor shell from data of bending impact test / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. No. 3. P. 47 – 54 [in Russian].Toth L., Rossmanith H. P., Siewert T. A. Historical background and development of the Charpy test / Eur. Struct. Integrity Soc. Elsevier. 2002. Vol. 30. P. 3 – 19. DOI: 10.1016/s1566-1369(02)80002-4Toth L., Rossmanith H. P., Siewert T. A. Historical background and development of the Charpy test / Eur. Struct. Integrity Soc. Elsevier. 2002. Vol. 30. P. 3 – 19. DOI: 10.1016/s1566-1369(02)80002-4Manahan M. P., Siewert T. A. The history of instrumented impact testing / Siewert T. A., Manahan M. P., McCowan C. N. (eds.). Pendulum impact machines: procedures and specimens. — West Conshohocken, PA: ASTM International, 2006. P. 3 – 12. DOI: 10.1520/stp37597sManahan M. P., Siewert T. A. The history of instrumented impact testing / Siewert T. A., Manahan M. P., McCowan C. N. (eds.). Pendulum impact machines: procedures and specimens. — West Conshohocken, PA: ASTM International, 2006. P. 3 – 12. DOI: 10.1520/stp37597sВолошенко-Климовицкий Ю. Я. Динамический предел текучести. — М.: Наука, 1965. — 180 c.Voloshenko-Klimovitsky Yu. Ya. Dynamic yield strength. — Moscow: Nauka, 1965. — 180 p. [in Russian].Штремель М. А. Информативность измерений ударной вязкости / Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. No 11(641). С. 37 – 51.Shtremel M. A. Informativeness of measurements of impact toughness / Metal Sci. Heat Treatment. 2008. Vol. 50. P. 544 – 557. DOI: 10.1007/s11041-009-9099-7Махутов Н. А., Морозов Е. М., Матвиенко Ю. Г. Становление и развитие испытаний на ударную вязкость в СССР и России / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. Т. 67. No 7. С. 42 – 49.Makhutov N. A., Morozov E. M., Matvienko Yu. G. Formation and development of tests on the impact strength in the USSR and Russia / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2001. Vol. 67. No. 7. P. 42 – 49 [in Russian].Canonico D. A., Stelzman W. J., Berggren R. G., et al. Use of instrumented charpy tests to determine onset of upper-shelf energy. ORNL-5086. — Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory, 1975. — 18 p.Canonico D. A., Stelzman W. J., Berggren R. G., et al. Use of instrumented charpy tests to determine onset of upper-shelf energy. ORNL-5086. — Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory, 1975. — 18 p.Смирнов М. А., Пышминцев И. Ю., Борякова А. Н. К вопросу о классификации микроструктур низкоуглеродистых трубных сталей / Металлург. 2010. 1 7. С. 45 – 51.Smirnov M. A., Pyshmintsev I. Yu., Boryakova A. N. Classification of low-carbon pipe steel microstructures / Metallurgist. 2010. Vol. 54. No. 7. P. 444 – 454.Moura C. M., Miqueri F., Vilela J. J., et al. Evaluation of the ductile-to-brittle transition temperature in the ABNT 1016 steel using instrumented Charpy impact testing / 19th International congress of mechanical engineering. — Brasília, RJ: ABCM, 2007. — 10 p.Moura C. M., Miqueri F., Vilela J. J., et al. Evaluation of the ductile-to-brittle transition temperature in the ABNT 1016 steel using instrumented Charpy impact testing / 19th International congress of mechanical engineering. — Brasília, RJ: ABCM, 2007. — 10 p.Kobayashi T., Niinomi M., Koide Y., et al. Instrumented impact testing of ceramics / Trans. Jap. Inst. Metals. 1986. Vol. 27. No. 10. P. 775 – 783.Kobayashi T., Niinomi M., Koide Y., et al. Instrumented impact testing of ceramics / Trans. Jap. Inst. Metals. 1986. Vol. 27. No. 10. P. 775 – 783.Huang T., Yang G., Tang G. А fast two-dimensional median filtering algorithm / IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Proc. 1979. Vol. 27. No. 1. P. 13 – 18.Huang T., Yang G., Tang G. A fast two-dimensional median filtering algorithm / IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Proc. 1979. Vol. 27. No. 1. P. 13 – 18.Savitzky A., Golay M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures / Anal. Chem. 1964. Vol. 36. No. 8. P. 1627 – 1639.Savitzky A., Golay M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures / Anal. Chem. 1964. Vol. 36. No. 8. P. 1627 – 1639.Sreenivasan P. R. Instrumented impact testing — accuracy, reliability and predictability of data / Trans. Ind. Inst. Metals. 1996. Vol. 49. No. 5. P. 677 – 696.Sreenivasan P. R. Instrumented impact testing — accuracy, reliability and predictability of data / Trans. Ind. Inst. Metals. 1996. Vol. 49. No. 5. P. 677 – 696.Ботвина Л. Р. Основы фрактодиагностики. — М.: Техносфера, 2022. — 394 с.Botvina L. R. Principles of fractodiagnostics. — Moscow: Tekhnosfera, 2022. — 394 p. [in Russian].Sreenivasan P. R., Shastry C. G., Mathew M. D., et al. Dynamic fracture toughness and Charpy transition properties of a service- exposed 2.25 Cr-1 Mo reheater header pipe / J. Eng. Mater. Technol. 2003. Vol. 125. No. 2. P. 227 – 233. DOI: 10.1115/1.1543969Sreenivasan P. R., Shastry C. G., Mathew M. D., et al. Dynamic fracture toughness and Charpy transition properties of a service-exposed 2.25 Cr-1 Mo reheater header pipe / J. Eng. Mater. Technol. 2003. Vol. 125. No. 2. P. 227 – 233. DOI: 10.1115/1.1543969Гуляев А. П. Ударная вязкость и хладноломкость конструкционной стали. — М.: Машиностроение, 1969. — 69 с.Gulyaev A. P. Impact toughness and cold brittleness of structural steel. — Moscow: Mashinostroenie, 1969. — 69 p. [in Russian].Кантор М. М., Боженов В. А. Рассеяние значений ударной вязкости низколегированной стали в критическом интервале хладноломкости / Материаловедение. 2013. No 11. С. 3 – 14.Kantor M. M., Bozhenov V. A. Scattering of values of impact toughness of low-alloy steel in the ductile-brittle transition temperature region / Inorg. Mater. Appl. Res. 2014. Vol. 5. No. 4. P. 293 – 302. DOI: 10.1134/s207511331404025xКантор М. М., Судьин В. В., Боженов В. А. и др. Микроструктура и ударная вязкость игольчатого феррита в сварных соединениях низколегированной стали по результатам множественных испытаний на ударный изгиб / Неорганические материалы. 2023. Т. 59. No 4. С. 451 – 467. DOI: 10.31857/s0002337x23040024Kantor M. M., Sudin V. V., Bozhenov V. A., et al. Microstructure and impact toughness of acicular ferrite in low alloy steel weld joints from results of multiple impact bending tests / Inorg. Mater. 2023. Vol. 59. No. 4. P. 451 – 467. DOI: 10.31857/s0002337x23040024Чегуров М. К., Сорокина С. А. Основы фрактографического анализа изломов образцов из конструкционных сплавов: учеб. пособие. — Н. Новгород: НГТУ им. Р. Е. Алексеева, 2018. — 79 с.Chegurov M. K., Sorokina S. A. Fundamentals of fractographic analysis of fractures of structural alloy samples: textbook. — Nizhny Novgorod: NGTU im. R. E. Alekseeva, 2018. — 79 p. [in Russian].Эрделен-Пепплер М., Хилленбранд Х. Г., Кальва С. и др. Исследование применимости прогнозируемой способности к удержанию распространения разрушения для высокопрочного трубопровода в условиях низких температур / Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2012. No 3. С. 3 – 12. DOI: 10.17073/0368-0797-2012-3-3-12Erdelen-Peppler M., Hillenbrand H.-G., Calvo S., et al. Investigation of the applicability of the projected capacity for the retention of high-strength distribution for the destruction of the pipeline at low temperatures / Izv. Vuzov. Cher. Met. 2012. No. 3. P. 3 – 12 [in Russian]. DOI: 10.17073/0368-0797-2012-3-3-12Duan Q. Q., Qu R. T., Zhang P., et al. Intrinsic impact toughness of relatively high strength alloys / Acta Mater. 2018. Vol. 142. P. 226 – 235. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.09.064Duan Q. Q., Qu R. T., Zhang P., et al. Intrinsic impact toughness of relatively high strength alloys / Acta Mater. 2018. Vol. 142. P. 226 – 235. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.09.064Böhme W. Experience with instrumented Charpy tests obtained by a DVM round-robin and further development / van Walle E. (ed.). Evaluating material properties by dynamic testing (ESIS 20). — London: Mechanical engineering publications, 1996. P. 1 – 23.Böhme W. Experience with instrumented Charpy tests obtained by a DVM round-robin and further development / van Walle E. (ed.). Evaluating material properties by dynamic testing (ESIS 20). — London: Mechanical Engineering Publications, 1996. P. 1 – 23.Windle P. L., Crowder M., Moskovic R. A statistical model for the analysis and prediction of the effect of neutron irradiation on Charpy impact energy curves / Nucl. Eng. Design. 1996. Vol. 165. Nos. 1 – 2. P. 43 – 56. DOI: 10.1016/0029-5493(96)01198-3Windle P. L., Crowder M., Moskovic R. A statistical model for the analysis and prediction of the effect of neutron irradiation on Charpy impact energy curves / Nucl. Eng. Design. 1996. Vol. 165. Nos. 1 – 2. P. 43 – 56. DOI: 10.1016/0029-5493(96)01198-3

The authors declare that there are no conflicts of interest present.