Fatigue behavior of welded api 5L X70 pipeline steel

Abstract

Bu çalışmada, kaynaklı X70 boru hattı çeliğinin yorulma davranışı, oda sıcaklığında gerçekleştirilen dönen çubuk eğme yorulma testleri ile araştırıldı. Ana metal, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgenin S-N eğrileri çizildi. Mekanik karakterizasyon için çekme testleri, sertlik ölçümleri ve Charpy V çentikli darbe deneyleri yapıldı. Mikroyapısal inceleme optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. Kırılma yüzeyleri SEM ile incelendi. Fraktografik analize ek olarak, ana metal, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgenin çatlak büyüme hızını tahmin etmek için yorulma izi mesafesi kullanıldı. Gerilme yoğunluk faktörü (∆K) aralıkları da hesaplandı. Ana metal ve kaynağın gerilme özellikleri ve sertlik değerleri hemen hemen aynı bulundu. Charpy darbe testi sonuçları, ana malzemenin oda sıcaklığında kaynak ve ısıdan etkilenen bölgeden yaklaşık iki kat daha fazla darbe enerjisine sahip olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, ısıdan etkilenen bölge ve kaynağın Charpy darbe enerjileri −30 ℃'da belirgin bir şekilde azalırken, ana metal için çok hafif bir düşüş gözlemlendi. Yüksek ömürlü yorulma ve çatlak büyüme davranışlarının karşılaştırılması; ana metalin, çatlak oluşumu ve ilerlemesi açısından ana metal ve ısıdan etkilenen bölgeden daha iyi bir yorulma davranışına sahip olduğunu gösterdi. Ayrıca bulgularımız, yorulma izi mesafesinin malzemelerin çatlak büyüme davranışını tahmin etmek için fraktografik bir yaklaşım olarak kullanılabileceği fikrini de desteklemektedir.

In this study, fatigue failure behavior of welded X70 pipeline steel was investigated by rotating bar bending fatigue tests performed at room temperature. S-N curves of base metal, weld and heat-affected zone (HAZ) were plotted. Tension tests, hardness measurements and Charpy V notched impact tests were carried out for mechanical characterization. Microstructural examination was conducted by optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Fracture surfaces were examined with SEM. In addition to fractographic analysis, striation spacing was used to estimate the crack growth rate of base metal, weld and HAZ. Stress intensity factor (∆K) ranges were also calculated. Tensile properties and hardness values of base metal and weld were found to be almost the same. Charpy impact test results show that base material has approximately twice impact energy than weld and HAZ at room temperature. However, Charpy impact energies of HAZ and weld decreased noticeably at −30 ℃ while very slight decrease was observed for base metal. The comparison of high cycle fatigue and crack growth behaviors shows that base metal has a better fatigue behavior than weld and HAZ from the point of crack initiation and propagation. Moreover, our findings also support the idea that striation spacing can be used as a fractographic approach in order to estimate the crack growth behavior of materials.