The methodical peculiarities of the investigation of portal crane rolled steels degradation

Abstract

Конструкційним сталям тривалої експлуатації властива деградація їх стану, яка проявляється у значному спаді вихідних механічних властивостей. Вальцьовані конструкційні сталі портових конструкцій, які експлуатуються в режимі інтенсивного циклічного навантаження, особливо вразливі до деградації їх механічних властивостей. До них відносять, у першу чергу, низьковуглецеві сталі перевантажувальних машин, зокрема портальних кранів. Основу дослідження склали випробування на ударну в’язкість зразків Шарпі сталі марки St-38b-2, вітчизняний аналог-сталь Ст. 3сп, портального крана марки «Сокіл» після 33 років його експлуатації. Наведено значення ударної в’язкості поздовжніх і поперечних зразків стосовно напряму вальцювання листового прокату для 10 локальних ділянок на різних конструкційних вузлах портального крана. Для цих же ділянок розрахунково-тензометричним методом прогнозовано рівень циклічної напруженості на поверхні листового прокату. Існує кореляція між, з одного боку, експериментальними значеннями ударної в’язкості, з іншого, – рівнем циклічної напруженості: ударна в’язкість нижча для вищих значень напруженості. На цій основі проаналізовано переваги вивчення експлуатаційної деградації сталей на основі не характеристик втомної міцності, а характеристик опору крихкому руйнуванню. Значною мірою це зумовлено мікророзшаруванням уздовж витягнутих волокон у напрямі вальцювання прокату як основного механізму експлуатаційної деградації металу. Відповідно механічні властивості металу стають особливо чутливі до напряму вирізування зразків стосовно напряму вальцювання. Тому для оцінювання експлуатаційної деградації сталей рекомендовано використовувати поперечні зразки, в яких напрям мікророзшарування збігається з напрямом вальцювання. Розглянуто також можливу роль морського середовища у посиленні деградації сталі через його наводнювальні властивості. За таких умов інтенсифікується розвиток пошкодженості, в тому числі за механізмом мікророзшарування саме у напрямі вальцювання прокату. Допускається також, що водневий механізм впливу морського корозивного середовища реалізовується через утворення високих тисків водню в експлуатаційних дефектах.

Rolled structural steels of port structures, operating under intensive cyclic loading, are particularly susceptible to the degradation of their mechanical properties. Advantages of the investigation of operational degradation of steels based not on fatigue strength characteristics, but on characteristics of resistance to brittle fracture using the example of determining the impact strength of longitudinal and transverse Charpy samples in relation to the rolling direction of sheet metal for 10 local areas at different structural nodes of portal crane are analyzed. This is caused to a great extend by micro-layering along the stretched fibers in the rolling direction of the rolled product. Accordingly, the mechanical properties of the metal become particularly sensitive to the direction of samples cutting in relation to the direction of rolling. Therefore, in order to evaluate the steel operational degradation it is recommended to use transverse samples in which the direction of micro-laayering coincides with the direction of rolling. Possible role of the marine environment in enhancing the degradation of steel due to its flooding properties is also considered in this paper.