A suitability assessment using an instrumented impact test of the use of selected structural steel grades on the basis of their changes in response to exposure to fire

• Autorzy: Zajdel Paulina

Identyfikatory

DOI

10.37705/TechTrans/e2021007

Warianty tytułu

PL

Ocena przydatności wybranych gatunków stali konstrukcyjnej do użytkowania po pożarze na podstawie wyników zinstrumentalizowanej próby udarności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this article, changes occurring in structural steel after exposure to fire are described and discussed. The steel structure before and after fire determines its susceptibility to brittle cracking. The individual phases of cracking are described and interpreted on the basis of a load-displacement graph, directly obtained from the Charpy impact test. The relationship between the intensity of individual fracture energies and the type and appearance of the sample fractures are demonstrated. The program of planned Charpy impact tests and expected hazards after the exposure to fire of selected steel grades are presented. Standard simplified load-displacement graphs are assigned to the steel transition curve. The course of various cracking mechanisms occurring in the case of brittle fractures and plastic fractures are discussed. The aim of this article is to evaluate the possibility of the assessment of structural steel after a fire based on results obtained during the Charpy impact test.

PL

W artykule omówiono zmiany zachodzące w stali konstrukcyjnej po chaotycznej obróbce termicznej, jaką jest pożar. Struktura stali przed i po pożarze determinuje jej podatność na kruche pękanie. Poszczególne fazy pękania zostały opisane i zinterpretowane na podstawie wykresu siła–przemieszczenie, uzyskanego bezpośrednio z badania udarności oprzyrządowanym młotem Charpy’ego. Wykazano zależność pomiędzy wielkością poszczególnych energii pęknięcia a rodzajem i wyglądem przełomu próbki. Zaprezentowano program planowanych badań udarności za pomocą oprzyrządowanego młota Charpy’ego oraz spodziewane zagrożenia występujące po pożarowej obróbce termicznej w wybranych gatunkach stali. Typowe, normowe uproszczone wykresy siła – przemieszczenie przyporządkowano do krzywej przejścia stali w stan kruchy. Omówiono przy tym przebieg różnych mechanizmów pękania, zachodzących w przypadku przełomu kruchego i alternatywnie, przełomu plastycznego. Celem artykułu jest potwierdzenie możliwości miarodajnej oceny stali konstrukcyjnej po pożarze na podstawie wyników uzyskanych podczas próby udarności oprzyrządowanym młotem Charpy’ego.

Słowa kluczowe

EN

instrumented impact Charpy test; brittle fracture; plastic fracture; mixed fracture

PL

próba udarności oprzyrządowanym młotem Charpy'ego; przełom kruchy; przełom plastyczny; przełom mieszany

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 118, iss. 1
• Strony: art. no. e2021007
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Zajdel Paulina

• Faculty of Civil Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• 1. Bednarek, Z., Kamocka, R. (2006). The heating rate impact on parameters characteristic of steel behaviour under fire conditions, Journal of Civil Engineering and Management, XII/ 4, 269–275.
• 2. Canale, L.C.F., Mesquita, R.A., Totten, G.E. (2008). Failure Analysis of Heat Treated Steel Components, ASM International Materials Park, Ohio.
• 3. Chaouadi, R., Fabry, A. (2002). On the utilization of the instrumented Charpy impact test for characterizing the flow and fracture behavior of reactor pressure vessel steels. In D. François, A. Pineau (Eds.) From Charpy to present impact testing (pp. 103–117), Elsevier Science Ltd. and ESIS.
• 4. Curry, D., Knott, J.F. (1978). Effect of microstructure on cleavage fracture stress in steel, Metal Science, 12, 511–514.
• 5. Haušild, P., Bompard, P., Berdin, C., Prioul, C., Karlik, M. (2002). Influence of ductile tearing on cleavage triggering in ductile-to-brittle transition of A508 steel. In D. François, A. Pineau (Eds.) From Charpy to present impact testing (pp. 79-86), Elsevier Science Ltd. and ESIS.
• 6. Knott, J.F. (1992). Micromechanisms of fracture – the role of microstructure. In S. Sedmak, A. Sedmak, D. Ruzic (Eds.) ECF9 Reliability and Structural Integrity of Advances Materials, (pp. 1375–1400), Varna, Bulgaria.
• 7. Lin, T., Evans, A.G., Ritchie, R.O. (1986). Statistical analysis of cleavage fracture ahead of sharp cracks and rounded notches, Acta Metallurgica, 34, 2205–2216.
• 8. Lin, T., Evans, A.G., Ritchie, R.O. (1987). Stochastic Modeling of the Independent Roles of Particle Size and Grain Size in Transgranular Cleavage Fracture, Metallurgical Transactions A, 18A, 641–651.
• 9. Lin, Y., Yang, W., Tong, Z., Zhang, C., Ning G. (2017). Charpy impact test on A508-3 steel after neutron irradiation, Engineering Failure Analysis, 82, 733–740.
• 10. Maciejewski, K., Sun, Y., Gregory, O., Ghonem, H. (2012). Time – dependent of low carbon steel at elevated temperatures, Materials Science and Engineering A, 534, 147–156.
• 11. Maślak, M. (2012). Badania stali konstrukcyjnej po pożarze w kontekście oceny możliwości jej dalszego użytkowania w elementach nośnych ustrojów budowlanych, Przegląd Budowlany, 6, 48–51.
• 12. Maślak, M., Żwirski, G. (2017). Changes in structural steel microstructures following and cooling episodes in fires, Safety & Fire Technique, 48, 34–52.
• 13. Peng, P.C., Chi, J.H., Cheng, J.W. (2016). A study on behavior of steel structures subjected to fire using non-destructive testing, Construction and Building Materials, 128, 170–175.
• 14. PN-EN ISO 14556:2015: Metale. Próba udarności sposobem Charpy’ego z karbem V. Oprzyrządowana metoda badania.
• 15. Rosenfield, A.R., Shetty, D.K., Skidmore, A.J. (1983). Fractographic observation of cleavage initiation in the ductile-brittle transition region of a reactor-pressure-vessel steel, Metallurgical Transactions A, 14 A, 1934–1937.
• 16. Server, W.L. (2002). Instrumented Charpy Test review and application to structural integrity, In D. François, A. Pineau (Eds.) From Charpy to present impact testing (pp. 205–212), Elsevier Science Ltd. and ESIS.
• 17. Sorochak, A.P., Maruschak, P.O., Yasniy, O.P., Vuherer, T., Panin, S.V. (2017). Evaluation of dynamic fracture toughness parameters of locomotive axle steel by instrumented Charpy impact test, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 40, 512–522.
• 18. Stankiewicz, M., Holloway, G., Marshall, A., Zhang, Z., Ślązak, B. (2012). Próba udarności Charpy’ego i parametr Lateral Expansion w ocenie materiałów spawalniczych dla potrzeb kriogeniki, Przegląd Spawalnictwa, 11, 1–7.
• 19. Tanguy, B., Besson, J., Piques, R., Pineau, A. (2005). Ductile to brittle transition of an A508 steel characterized by Charpy impact test. Part II: modeling of the Charpy transition curve, Engineering Fracture Mechanics, 72, 413–434.
• 20. Trilleros, J.A., Mato, S., Huertas, I. (2012). Development of a pilot furnace for testing structural steels under standard fire model. In S.L. Chan, G.P. Shu (Eds.) Proceedings of 7th International Conference: Advances in Steel Structures (pp. 821–830), Nanjing.
• 21. Wallin, K., Nevasmaa, P., Planman, T., Valo, M. (2002). Evolution of the Charpy-V test from a quality control test to a materials evaluation tool for structural integrity assessment. In D. François, A. Pineau (Eds.) From Charpy to present impact testing (pp. 57–68), Elsevier Science Ltd. and ESIS.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).