вают цинковый анод для оценки эффективности катодной защиты.
Испытательный образец 3 охлаждают с обратной стороны, чтобы обеспечить разницу температур для моделирования охлажденной переборки в балластном крыльевом танке, и обрызгивают морской водой для того, чтобы смоделировать килевую и бортовую качки судна. Разница температур приблизительно 20 °С. Интервал обрызгивания — 3 с или менее.
Испытательный образец4 циклически обрызгивают морской во-
Материалы, предназначенные для изготовления корпусов судов арктического плавания, должны гарантировать отсутствие хрупких разрушений при температурах до -40...-50 °С. Это относится как к листовому прокату низколегированных судостроительных сталей, так и к металлу сварных соединений. До недавнего времени основным принципом подтверждения достаточной хладо-стойкости являлся контроль величины работы разрушения ^ образцов Шарпи при ударном изгибе (с острым надрезом) при температуре испытаний, определяющей температурную категорию стали (индексы А, В, D, Е, Р в обозначении марки стали) или сварочного материала (категории по хла-достойкости !—У). Выбор материала осуществляется по номограммам Правил классификации и постройки морских судов [1, часть !! «Корпус», п. 1.2.3.1)], устанавливающим связь требуемой температурной категории стали с категорией ответственности конструктивного элемента («группы связей»), его толщиной и расчетной температурой Тр для рассматриваемой конструкции. Так, для Тр = -40 °С, для группы связей 3, применение стали марок D32, D36 (т. е. с контролем
дой для моделирования килевой и бортовой качки судна. Интервал обрызгивания — 3 с или менее.
Испытательный образец 5 подвергают сухому нагреву в течение 180 дней до 70 °С для моделирования нагревания листов, находящихся на границе между нагретым топливным танком и балластным танком двойного дна.
Ни одна испытательная лаборатория в нашей стране не оснащена качающимся испытательным танком. Закупка его невозможна, так как он серийно не выпускает-
УДК 621.791:669.295
работы удара при -20 °С) допустимо для толщин не более 15 мм, стали марок D40, E32, E36 — не более 20 мм, стали марки E40 — не более 25 мм; более толстые элементы конструкций должны изготавливаться из стали категории F с контролем работы удара при -60 °С. Регламентируемый при этом уровень KV определяется разделами XII «Материалы» и XIII «Сварка» [1] и приблизительно может быть представлен неравенством
KV [Дж] > 0,1 Re [МПа] , (1)
где Re — предел текучести стали.
Одновременно с этим последние редакции «Правил...» [1] содержат следующее указание (п. 1.2.3.1): «Для элементов конструкций корпуса ледоколов и судов ледового плавания категорий Arc4—Arc9, расчетная температура для которых не превышает -30 °C, при толщине элементов более 25 мм Регистр1 может потребовать применения стали улучшенной свариваемости, а также стали, удовлетворяющей требованиям Регистра по вязкости и хладо-стойкости (стали с дополнительным верхним индексом «Arc»). Требования к этим сталям изложены в час-
ся. В ближайшее время в нашем институте должно быть выполнено проектирование и изготовление качающегося танка. Остальными приборами и оборудованием для проведения сертификационных испытаний в соответствии с требованиями стандарта РБРС испытательная лаборатория института оснащена и со второй половины 2014 г. сможет выполнять сертификационные испытания защитных покрытий для балластных танков и пространств двойных бортов навалочных судов.
ти X!! «Материалы» Правил классификации, постройки и оборудования ПБУ и МСП [2].
Необходимо отметить, что в [2] содержится формулировка требований к материалам, приводящих к более жестким ограничениям на допустимую толщину связей для морских конструкций. Согласно [2, часть !! «Корпус»], для специальных (наиболее ответственных) конструкций даже наиболее хладостойкая сталь категории Р с контролем ^ при -60 °С применима при Тр = -(40.50) °С лишь при толщине не более 25.30 мм. Выполнение требований части X!! «Материалы» является основанием для расширения области применения материала по отношению к этим ограничениям.
К перечню испытаний, проводимых при одобрении производства Регистром, относятся:
— испытания по методам механики разрушения для определения параметра трещиностойкости СТОй (критического раскрытия вершины трещины), проводимые как для основного металла, так и для металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварного соединения (в рамках оценки свариваемости стали);
— определение критической температуры вязко-хрупкого перехода по методикам 1ЧйТ [3] («температура нулевой пластичности») Ткб [2] (определяемой по виду излома при статическом изгибе проб натурной толщины). В последнюю редакцию [1] введено также определение температуры DWTT (определяемой по виду излома при ударном изгибе), до недавнего времени применявшееся лишь при контроле качества ме-
1 Здесь и далее — Российский морской регистр судоходства. (Прим. ред.)
СЕРТИФИКАЦИЯ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СУДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ
М. А. Гусев, А. В. Ильин, докт. техн. наук, А. В. Ларионов
(ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», e-mail: mail@crism.ru)
СУДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2014
KV, Дж
aY - 7io мш
200 1S0 100
3
б)
КЦДж
СТу - 650 МПа
S я
ж
-Л -
Е
150 100 50
-100
-10
-20 .
4ь
О
lS-A
&
-о-
5
А.
т°с
-100
-во
-80
-10
-20
Т,°С
Рис. 1. Температурные зависимости КУ (среднее из трех испытаний) для металла листового проката «А» (а) и «В» (б):
о — продольные от поверхности; Н — продольные от середины; ▲ — поперечные от поверхности; А — поперечные от середины
талла для магистральных трубопроводов [4].
Необходимо отметить, что зарубежные стандарты и правила классификационных обществ не содержат подобной системы требований, обычно оставляя их формулировку на усмотрение заказчика конструкций. Однако они не распространяются на столь низкие климатические температуры: например, наиболее авторитетные стандарты на конструкции шельфа ISO [5], DnV [6] ограничиваются значением Тр > -20 °С. р
К настоящему времени в испытательной лаборатории «Промтест КМ» ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» накоплен большой опыт проведения испытаний судостроительных сталей различных производителей по программам Регистра на соответствие требованиям к Are-сталям. Ниже представлены основные выводы из этих испытаний, относящиеся к возможности достижения заданных требований.
Определение трещиностойко-сти (параметра CTOD) для основного металла. Выбор в качестве контролируемого параметра трещино-стойкости его деформационного эквивалента — величины CTOD (критического раскрытия вершины трещины 8с) — обусловлен тем, что металл нетермообрабатываемых после сварки конструкций с возможным высоким уровнем остаточных напряжений должен иметь большой запас пластичности перед разрушением. В «Правилах..» [2] требования к величине CTOD для максимально нагруженных и ответственных элементов конструкции заданы в табличном виде (часть XII «Материалы»,
раздел 3, табл. 3.2.3-1) в зависимости от их толщины t и предела текучести Ке. В приближенном виде они могут быть записаны как условие
5c > 1,95Ref/E,
(2)
где Е — модуль упругости. Величина 8С с должна быть определена при температуре Тр на образцах натурной толщины балочного типа (БЕЫВ) или на внецентренное растяжение (СТ) сечением 1x2^ направление разрушения — вдоль проката. Естественно, что для признания стали применимой в арктических условиях без ограничений значение Тр должно быть не выше -(40...50) °С.
Для приближенной оценки выполнимости требований(2)целесообразно проанализировать корреляцию CTOD со значением КУ материала. Согласно результатам обобщения экспериментальных данных, приведенных в справочнике [7], нижняя огибающая массива экспери-
Рис. 2. Сопоставление результатов испытаний на СТОй при -40 °С и КУ при вырезке образцов из середины толщины при -80 °С для сталей категории Р (сопоставлены средние значения по трем испытаниям): * - CTOD > 0,4 мм
ментальных точек может быть представлена как зависимость
5С [мм] = 0,64 КУ [Дж]/Ке [МПа] .(3)
Аналогичная зависимость для математически ожидаемых соотношений имеет тот же вид с коэффициентом 1,1.
Сопоставляя (3) и (2) с требованиями к значению КУ в виде (1), получим, что для гарантированного выполнения требований по CTOD соответствующая величина КУ (КУСТоп) должна существенно превышать регламентируемое при сдаточных испытаниях металла значение [КУ]. При Е = 2• 105 МПа их отношение равно
(КУстор)/[КУ] = 1,6-10-^. (4)
Например, для стали с = 500 МПа при t = 45 мм это отношение достигает 3,6! То есть успешный результат испытаний на СТОй может быть обеспечен, если фактическое значение КУ составляет не 50, а 180 Дж. При этом, учитывая то, что испытания на СТОй проводятся в полной толщине, такое условие должно выполняться не только при вырезке образца Шарпи от поверхности, но и посередине толщины листа.
Необходимо отметить, что современное качество металлургического производства в целом обеспечивает существенное превышение фактической величины КУ над требуемыми по формуле (1) значениями, и опыт проведения испытаний по программам Регистра показывает, что требования по СТОй для основного металла, как правило, выполняются. Однако необходимо подчеркнуть, что приведенные корреляции могут рассматриваться лишь как ориентиры — испытания показывают, что их результат связан с результатами определения КУ более сложным образом и иногда оказывается неожиданным.
На рис. 1 приведены данные, полученные для металла листового проката с гарантированным пределом текучести = 620 МПа. При сопоставлении результатов испытаний металла толщиной 50 мм, произведенного по двум различным режимам прокатки, получено, что при крайне близких температурных зависимостях КУ они имеют существенно различные показатели по СТОй
Рис. 3. Сопоставление температуры Ткс температурами NDT и для листового проката высокопрочных судостроительных сталей
при -40 °С: для листа «А» (рис. 1, а) 8С = 0,53...0,66 мм (достижение максимума нагрузки без разрушения), для листа «В» (рис. 2, б) 8С = 0,13...0,20 мм (хрупкое разрушение). Различие з
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.