بررسي تجربي ناهمسانگردي در لوله فولادي ايكس شصت‌ و‌ پنچ با استفاده از انرژي شكست شارپي

Experimental Investigation of Anisotropy in API X65 Steel Pipe Using Charpy Fracture Energy

به‌ منظور استفاده از ظرفيت‌هاي بالاتر در سامانه ­هاي انتقال انرژي ايران، لوله‌هاي استاندارد­ شده API از جنس فولاد API X65 مورد توجه قرارگرفته است. جهت دست­يابي به سطوح استحكام مورد نياز، استفاده از فرآيند نورد كنترل­ شده ترمومكانيكي اجتناب ­ناپذير است. اين فرآيند ذاتاً خواص مواد ناهمسانگرد را در ورق لوله فولادي ايجاد مي‌كند. علاوه ­بر ­اين، توليد لوله جوشكاري­ شده مارپيچ شامل مراحلي است كه مي‌تواند منجر به ايجاد خواص مكانيكي متفاوتي در جهات مختلف شود. هدف تحقيق حاضر اين است كه وابستگي به جهت انرژي شكست شارپي، اندازه­ گيري شود. از اين­رو، اثر تغيير زاويه نمونه استخراجي نسبت به جهت نورد و همچنين اثر تغيير جهت شيار نمونه شارپي (در كل سه جهت شيار A، B و C) بر انرژي شكست فولاد API X65 به ­صورت تجربي بررسي شده است. بيشترين تغييرات ميانگين انرژي شكست شارپي در زواياي مختلف نسبت به جهت نورد، حداكثر 13 درصد است (در جهت شيار B) ولي بيشترين تغييرات ميانگين انرژي شكست شارپي بين جهت‌هاي شيار مختلف، حداكثر 12/2 درصد است (در زاويه صفر درجه). در نتيجه اثر تغيير زاويه نمونه استخراجي نسبت به جهت نورد بر روي انرژي شكست شارپي، بيشتر از اثر تغيير جهت شيار نمونه است. همچنين، در زاويه 67/5 درجه نسبت به جهت نورد (معادل با جهت قطري لوله)، بيشترين انرژي شكست براي تمامي جهات شيار حاصل شد. بنابراين مي­توان انتظار داشت كه در جهت قطري لوله، احتمال ايجاد و رشد ترك تحت بار ضربه­ اي كمتر باشد. به­ منظور مقايسه كمّي تغييرات انرژي شكست در جهات شيار متفاوت، براي نخستين بار شاخصي با عنوان شاخص ناهمسانگردي تعريف و ارائه شده است.

To use higher capacities in Iran's energy transmission systems, API standardized pipes made of API X65 steel have been utilized (made of the thermo-mechanically controlled rolling process, TMCR steels). The TMCR inherently increases the anisotropic properties of steel coils and plates used for pipe manufacturing. In addition, the production of helically welded pipe involves steps that can lead to different mechanical properties in different directions. The present study aims to measure the orientation dependence of the Charpy fracture energy. Therefore, the effect of changing the angle of specimens relative to the rolling direction and also the effect of changing the notch orientation (three notch A, B, and C in total) on the fracture energy in API X65 steel has been experimentally determined. The maximum change in the average Charpy fracture energy at different angles relative to the rolling direction is a maximum of 13% (in notch B), but the largest change in the average Charpy fracture energy between different notches is a maximum of 12.2% (at an angle of 0 °). As a result, the effect of changing the angle of the specimen relative to the rolling direction is greater than the effect of changing the notch orientation on the Charpy fracture energy. Also, at an angle of 67.5 degrees to the rolling direction (equivalent to the diagonal direction (D-D)), the most fracture energy for all notches was obtained. To quantitatively compare the fracture energy changes in different notches, an index called the anisotropy index has been presented.