بررسی ویژگی‌های مرئی سطح شکست در آزمایش استاتیکی خمش سه‌نقطه‌ای فولاد Api X65

فولاد api x65 (با حداقل تنش تسلیم ksi65 معادل 448مگاپاسکال) یکی از پرکاربردترین فولادها در لوله های پرفشار انتقال گاز طبیعی ایران است. با مطالعه نواحی شکست نرم و ترد در سطح شکست این فولاد می توان کیفیت این نوع فولاد را نشان داد. در تحقیق حاضر، ویژگی های مرئی سطح شکست در نمونه خمش سه نقطه ای (مطابق هندسه نمونه استاندارد آزمایش ضربه سقوطی) و با عمق شیار استاندارد بررسی شده است. نمونه ها از بدنه لوله فولادی با قطر خارجی 1219میلی متر (48اینچ) و ضخامت دیواره 14/3میلی متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین کاری شد. با توجه به شرایط شبه استاتیک آزمایش و سرعت پایین فک ماشین (0/1میلی متر بر ثانیه)، آزمایش به ترتیب روی نمونه هایی از جنس فلزپایه با شیار ماشین کاری شده و با عمق شیارهای 15، 10 و 5/1میلی متر با کنترل تغییر مکان انجام شد. با اعمال بارگذاری، رشد ترک از زیر شیار در هر نمونه شروع شد و در عرض بدون ترک نمونه (لیگامنت) ادامه یافت. در انتهای آزمایش، نمونه ها در نیتروژن مایع سرد شده و شکست ترد لیگامنت باقیمانده به صورت مکانیکی انجام شد. در این تحقیق پس از بررسی مود شکست و نحوه گسترش ترک در نمونه استاندارد، با مشاهده مرئی کلیه قسمت های سطح شکست توسط میکروسکوپ نوری، مواردی از قبیل میزان تغییرات ضخامت، بررسی نواحی برشی (شکست نرم)، شکست ترد اولیه، لبه های برشی، شکست معکوس و شکست ترد انتهایی مطالعه و با به دست آمدن درصد ناحیه شکست برشی بالای 85%، نرم بودن شکست نمونه استاندارد تایید شد.

Investigation of Macroscopic Fracture Surface Characteristics of API X65 Steel Using Three-point Bending Test

The API X65 steel (with a minimum yield strength of 65ksi equivalent to 448MPa) is one of the most common types of pipe steels in the transportation of natural gas in Iran. By studying the ductile and brittle fracture areas at the fracture surface of this steel, we can show the quality of this type of steel. In the present study, macroscopic fracture surface characteristics in threepoint bending test specimen are studied (based on the geometry and standard notch of dropweight tear test specimen). Test specimens were machined from an actual steel pipe of API X65 grade with an external diameter of 1219 mm (48 inches) and wall thickness of 14.3 mm. Due to the quasistatic test conditions and speed of the machine's jaw (0.1 mm/s), the test was carried out on base metal specimens with machine chevron notch of 15, 10, and 5.1 mm depth, respectively, that was controlled with changing location. By applying the test load, cracking initiated from the notch root in each specimen and continued without crack specimen (ligament). At the end of the test, test specimens were cooled by liquid nitrogen and were broken in a brittle manner. In this paper, after investigation of the failure mode and the crack expansion in the standard specimen, investigation of macroscopic fracture surface characteristics was conducted by optical microscopy. By observing the fracture surface, different features such as thickness variation, shear regions (ductile fracture), cleavage fracture, shear lips, inverse fracture, and brittle fracture were studied. Having above 85% shear area, the ductile fracture of specimen was confirmed.