Effect of PWHT cycles on fatigue crack growth and toughness of quenched and tempered pressure vessel steels

ABSTRACT

Transportable pressure vessels, commonly manufactured from quenched and tempered (QT) steels, require mandatory postweld heat treatment (PWHT) regardless of plate thickness. During their life, transportable pressure vessels may have up to 4 PWHT cycles at  temperatures between 540 and 590 ◦C, and concerns have emerged about possible effects on the mechanical properties of the base (parent) plate. This paper reports work on the resistance to fatigue crack growth, impact toughness and CTOD fracture toughness of two types of QT steels. The parent metal region was examined for both steels, and then exposed to temperatures and times in the PWHT range. Although there was a marginal decrease in the resistance to fatigue crack growth for up to four postweld heat treatment cycles, there was a significant decrease in impact toughness and CTOD fracture toughness.

INTRODUCTION

Postweld heat treatment (PWHT) is a mandatory and costly step in the manufacture or weld repair of transportable pressure vessels  fabricated from quenched and tempered (QT) steel. PWHT is a stress relieving process whereby residual stresses are reduced in QT steels by heating between 540 and 590 ◦C for a set time depending upon plate thickness. There have been limited reports  that the stress relieving process can lead to adverse effects on the toughness and/or fatigue properties of the base plate, especially when repeated or multiple PWHT cycles are applied. Some previous reports  suggest that although PWHT deleteriously affects toughness , there is little effect on fatigue crack growth. All reported cases (approximately 10) of accidents involving transportable pressure vessels in Australia show that catastrophic failure (failure that penetrates through thickness and causes leakage) occurred only in the parent plate . One reported accident, which occurred in October 1995, involved a tanker manufactured from ATSM A517 QT steel .The tanker had a shell thickness of 10 mm and a head thickness of 6 mm. The tanker, which had a PWHT history of 30 min holding time at 570 ◦C, was deformed by 900 mm to a partly concave shape (Fig. 1(a)), and the plate was folded ∼150◦ to give three folds meeting at one point, where a crack penetrated through the head wall (Fig. 1(b)). The crack site was more than 100 mm from any weld .

چکیده

مخازن تحت فشار حمل و نقل عموما از فولادهای ملایم و ملایم (QT) تولید می شوند، بدون توجه به ضخامت ورق، نیازمند عملیات حرارتی پس از حرارت دادن (PWHT) هستند. در طول زندگی آنها، ظرفیت حمل و نقل فشار ممکن است تا 4 دوره PWHT در دمای بین 540 تا 590 درجه سانتیگراد داشته باشد و نگرانی ها در مورد تاثیرات احتمالی بر خواص مکانیکی صفحه اصلی (والدین) ظاهر شده است. در این مقاله، کار بر روی مقاومت به رشد ترک خستگی، چقرمگی و چقرمگی CTOD دو نوع فولاد QT کار می شود. منطقه فلز والدین برای هر دو فولاد مورد بررسی قرار گرفت و سپس در معرض درجه حرارت و زمان در محدوده PWHT قرار گرفت. اگرچه تا حدي تا حدود چهار دوره بهبودي حرارتي خستگي در برابر مقاومت خمشي تا حدود چهار چرخه حرارتي پس از جوشكاري كاهش يافت، اما شدت ضربه و سختي شكست CTOD به طور معني داري كاهش يافت.

مقدمه

درمان گرمايي (Postweld (PWHT يك گام اجباري و پرهزينه در ساخت و يا ترك جوش از مخازن تحت فشار قابل حمل است كه از فولاد خشك شده (QT) ساخته شده اند. PWHT یک فرآیند کاهش استرس است که به موجب آن تنشهای باقی مانده در فولادهای QT بوسیله گرمایش بین 540 تا 590 درجه سانتیگراد برای مدت زمانی بسته به ضخامت ورق کاهش می یابد. گزارش های محدودی وجود دارد که فرایند تسکین استرس می تواند به اثرات نامطلوب بر خواص سختی و / یا خستگی پلاک پایه، به ویژه هنگامی که از چرخه PWHT تکرار یا چند بار استفاده می شود، منجر شود. بعضی از گزارش های قبلی نشان می دهد که اگر چه PWHT به شدت بر سختی تاثیر می گذارد، اثر کمی بر رشد خستگی وجود دارد. تمام موارد گزارش شده (حدود 10) حوادث شامل ظروف حمل و نقل فشار در استرالیا نشان می دهد که شکست فاجعه بار (شکست که از طریق ضخامت و نشتی نفوذ می کند) تنها در صفحه اصلی ایجاد شده است. یک گزارش تصادف که در اکتبر سال 1995 اتفاق افتاد، شامل یک مخزن از فولاد ATSM A517 QT بود. تانکر دارای ضخامت پوسته 10 میلیمتر و ضخامت 6 میلیمتر بود. تانکر که دارای تاریخچه PWHT 30 دقیقه زمان نگهداری در 570 ◦C بود، به شکل تقریبا تقریبا 900 میلی متر (a) تغییر شکل داده شد، و صفحه به 150 درجه تقلیل داده شد تا جلسه سه برابر شود در یک نقطه، جایی که یک کراس از طریق دیواره سر نفوذ کرد  سایت کرک بیش از 100 میلی متر از هر جوش بود.

Year: 2004

Publisher : ELSEVIER

By :  Z. Sterjovski  , D.G. Carr , D.P. Dunne , S. Ambrose

File Information: English Language/ 8 Page / size: 639 KB

Download

سال : 1383

ناشر : ELSEVIER

کاری از : Z. Sterjovski  , D.G. Carr , D.P. Dunne , S. Ambrose

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 639

لینک دانلود