Influence of frequency and stress ratio of loading cycle on corrosion fatigue crack growth rate

Побудовано базові діаграми циклічної корозійної тріщиностійкості конструкційних сталей 20, 12Х1МФ та 08Х18Н12Т, які є основою для проведення розрахунків на довговічність, а також відображають вплив частоти й асиметрії циклу навантаження на швидкість поширення корозійно- втомних тріщин. Для досліджених сталей встановлено екстремальні значення частоти навантаження f = f ∗ , тобто такі, коли проявляється максимальний вплив корозивного середовища на ріст корозійно- втомних тріщин. Показано, що зі зростанням коефіцієнта асиметрії циклу від R = 0 до R = 0, 7 для всіх сталей суттєво знижуються характеристики циклічної корозійної тріщиностійкості. При цьому діаграми їх циклічної корозійної тріщиностійкості зміщуються в область менших значень ∆K , а також стають більш стрімкішими. Враховуючи спектр отриманих експериментальних даних, можна стверджувати, що використання методів механіки руйнування і, зокрема, характеристик тріщиностійкості матеріалів для оцінювання та прогнозування залишкового ресурсу елементів різноманітних відповідальних конструкцій дасть можливість не тільки здійснити принципово якісні зміни в підходах до вирішення цієї проблеми, але й сприятиме зближенню вітчизняної нормативної бази з міжнародною.Based on the results of experimental tests the corrosion fatigue crack growth diagrams for steels 20, 12Х1МФ and 08Х18Н12Т were constructed, which are the base for durability calculation of structural components. These diagrams also reflect the influence of frequency and stress ration of loading cycle on fatigue cracks propagation under presence of corrosive operating environment. The frequency of cyclic loading defines the development of fatigue cracks in structural steels under conditions of corrosive-aggressive environments inasmuch as effects on the time of interaction of corrosion environment with the deformed metal at the pre-fracture zone of material. For studied steels the characteristic values of frequency of loading f = f ∗ were found, when the maximal environmental effect on corrosion fatigue crack growth rate is achieved. Such extreme on frequency dependence is associated with the ratio of rates of the electrochemical reactions flow in the vicinity the crack tip and the formation of new electrochemically active surface due to crack propagation. These data should be used under construction of the basic corrosion fatigue crack growth diagrams, which are intended for further calculation of durability of defected structural elements. Based on the test results it has been shown that with the increase of stress ration from R = 0 to R = 0.7 the crack growth resistance of given steels decreases significantly. Under the corrosion fatigue crack growth diagrams shift to the range of lower values of ∆K and their slope increases. Presented results testified the necessity to take into account the effects of the stress ratio under construction of basic diagrams of corrosion fatigue crack growth resistance for durability calculation. Taking into account the received spectrum of the experimental data it can be stated that application of fracture mechanics methods as well as characteristics of fatigue growth resistance for the assessment of residual lifetime of different structural elements gives the possibility to make the essentially qualitative changes in approaches for solution of this problem and also to converge the national codes with international

Influence of frequency and stress ratio of loading cycle on corrosion fatigue crack growth rate

Побудовано базові діаграми циклічної корозійної тріщиностійкості конструкційних сталей 20, 12Х1МФ та 08Х18Н12Т, які є основою для проведення розрахунків на довговічність, а також відображають вплив частоти й асиметрії циклу навантаження на швидкість поширення корозійно- втомних тріщин. Для досліджених сталей встановлено екстремальні значення частоти навантаження f = f ∗ , тобто такі, коли проявляється максимальний вплив корозивного середовища на ріст корозійно- втомних тріщин. Показано, що зі зростанням коефіцієнта асиметрії циклу від R = 0 до R = 0, 7 для всіх сталей суттєво знижуються характеристики циклічної корозійної тріщиностійкості. При цьому діаграми їх циклічної корозійної тріщиностійкості зміщуються в область менших значень ∆K , а також стають більш стрімкішими. Враховуючи спектр отриманих експериментальних даних, можна стверджувати, що використання методів механіки руйнування і, зокрема, характеристик тріщиностійкості матеріалів для оцінювання та прогнозування залишкового ресурсу елементів різноманітних відповідальних конструкцій дасть можливість не тільки здійснити принципово якісні зміни в підходах до вирішення цієї проблеми, але й сприятиме зближенню вітчизняної нормативної бази з міжнародною.Based on the results of experimental tests the corrosion fatigue crack growth diagrams for steels 20, 12Х1МФ and 08Х18Н12Т were constructed, which are the base for durability calculation of structural components. These diagrams also reflect the influence of frequency and stress ration of loading cycle on fatigue cracks propagation under presence of corrosive operating environment. The frequency of cyclic loading defines the development of fatigue cracks in structural steels under conditions of corrosive-aggressive environments inasmuch as effects on the time of interaction of corrosion environment with the deformed metal at the pre-fracture zone of material. For studied steels the characteristic values of frequency of loading f = f ∗ were found, when the maximal environmental effect on corrosion fatigue crack growth rate is achieved. Such extreme on frequency dependence is associated with the ratio of rates of the electrochemical reactions flow in the vicinity the crack tip and the formation of new electrochemically active surface due to crack propagation. These data should be used under construction of the basic corrosion fatigue crack growth diagrams, which are intended for further calculation of durability of defected structural elements. Based on the test results it has been shown that with the increase of stress ration from R = 0 to R = 0.7 the crack growth resistance of given steels decreases significantly. Under the corrosion fatigue crack growth diagrams shift to the range of lower values of ∆K and their slope increases. Presented results testified the necessity to take into account the effects of the stress ratio under construction of basic diagrams of corrosion fatigue crack growth resistance for durability calculation. Taking into account the received spectrum of the experimental data it can be stated that application of fracture mechanics methods as well as characteristics of fatigue growth resistance for the assessment of residual lifetime of different structural elements gives the possibility to make the essentially qualitative changes in approaches for solution of this problem and also to converge the national codes with international

Influence of chemical composition of environment on corrosion fatigue crack growth rate

Використовуючи підходи механіки руйнування матеріалів проведено експериментальні дослідження розвитку корозійно-втомних тріщин та побудовано діаграми циклічної корозійної тріщиностійкості сталей 20, 12Х1МФ та 08Х18Н12Т, які відображають вплив хімічного складу середовища на процес корозійно-втомного руйнування. На прикладі досліджених сталей доведено, що порівняно незначні зміни у складі робочого корозивного середовища можуть спричинити відчутні зміни у закономірностях розвитку корозійно-втомних тріщин у матеріалі порівняно з випробуваннями у повітрі, а відтак, знизити характеристики його тріщиностійкості у заданих експлуатаційних умовах. Показано, що під час побудови базових діаграм циклічної тріщиностійкості матеріалу для розрахунків на довговічність елементів конструкцій необхідно враховувати всі можливі відхилення в робочих середовищах, які можуть існувати в реальних експлуатаційних умовах.Modern engineering considers the characteristics of crack growth resistance of materials as the most suitable base for estimation of physicomechanical state and residual lifetime of structural components under given operating conditions. The diagram of corrosion fatigue crack growth resistance of material is one of the most important characteristics, which reflect the resistance of material to crack propagation under mutual action of cyclic loading and corrosive operating environment. Such diagrams, that is, the dependence of corrosion fatigue crack growth rate on stress intensity factor range located between two limiting values: the threshold stress intensity factor range , which corresponds to value of under which corrosion fatigue crack growth does not occur and the critical stress intensity factor range , which corresponds to value of when the spontaneous (catastrophic) crack propagation is realized. Crack growth resistance parameters of structural metals and alloys are much more sensitive to changes of testing environment in comparison with the standard mechanical characteristics or the fatigue parameters received from the traditional tests. This advantage makes possible to evaluate more precisely the effect of operating environments on the strength and durability of structural materials. In present work the corrosion fatigue crack growth diagrams for steels 20, 12Х1МФ and 08Х18Н12Т were constructed based on the results of the experimental tests in the environments of different chemical composition. It has been shown that even small changes in operating environment composition can cause the significant changing of corrosion fatigue crack growth rate in comparison with tests in air. This circumstance can lead to decreasing of resistance of material to crack growth in-service conditions and thus the control of operating environment purity is the important factor for providing the safe and reliable operation of critical structural components

Hydrogen effect on local fracture emanating from notches in pipeline from steel API X52

Оцінено локальну міцність у концентраторах напружень трубопровідної сталі API X52 в умовах наводорожування при подачі катодного напруження. Уста­новлено залежність між концентрацією водню і критичним рівнем наванта­ження, який призводить до руйнування, а також присутність деякої критичної концентрації водню, що забезпечує суттєве зниження локального опору мате­ріалу руйнуванню.Оценена локальная прочность в концентраторах напряжений трубопроводной стали APIX52 в условиях наводораживания при подаче катодного напряжения. Установлены зависимость между концентрацией водорода и критическим, приводящим к разрушению, уровнем нагру­жения, а также наличие некоторой критической концентрации водорода, обеспечивающей существенное снижение локального сопротивления материала разрушению.The assessment of local strength at notches in pipeline steel API X52 has been done for condi­tions of cathodic hydrogen charging. The relation­ ship between hydrogen concentration and critical (failure) loading has been found. The existence of some critical hydrogen concentration which causes the significant loss of local fracture resis­tance of material was also shown

Some approaches to corrosion fatigue assessment for structural components of heat-and-power engineering equipment

Some approaches for assessment of corrosion fatigue of materials and structural components for power engineering equipment are presented. Here, the main attention was paid for so-called “non-traditional” damages which are not predicted by normative instructions and which are occurred as result of long time of exploitation or as result of different reflections of operating regimes of equipment. Methods for strength and durability assessment of materials and structural elements are stated on the fracture mechanics basis. Expert assessment of technical state of heat-and-power engineering equipment is considered with taken into account of the actual data of metal properties and operating conditions of equipment

Comparative assessment of electrochemical hydrogen absorption by pipeline steels with different strength

International audienceThe assessment of ability to absorb hydrogen of three API grade pipeline steels: X52, X70 and X100 have been evaluated. The factors of cathodic hydrogen charging, time of exposure, and applied stress were taken into account. It has been shown that all steels demonstrate the sensitivity to hydrogenating in deoxygenated, near-neutral pH NS4 solution under relatively ''soft" cathodic polarisation, although the efficiency of hydrogen permeation in metal is quite low and depends on time of exposure. Applied tensile stress, which equivalent to gross hoop stress in pipe wall under operating conditions, can accelerate the hydrogen absorption in several times. For studied steels the resistance to hydrogen absorption decreases with decreasing of steel strength