Bruddseighet versus slagseighet for konstruksjonsstål

Abstract

I skade tolerant design (Damage Tolerant Design) er det nødvendig å kjenne til bruddseigheten til materialet for å gjøre bruddmekaniske vurderinger. Det er svært kostbart å utføre bruddseighetstesting, det er derfor viktig å kunne estimere bruddseigheten når vi kjenner slagseigheten. Bruddseigheten til en legering vil blant annet variere med tykkelse og temperatur. Dette medfører behov for bruddseighetsdata under forskjellige temperatur og tykkelsesforhold. Årsaken til at bruddseighetstesting er kostbart er blant annet fordi det må lages en utmattingssprekk i prøvestavene og at testmaskin, utstyr og kompetanse er kostbart. Slagseighetstesting er langt rimeligere fordi prøvestaven er enklere og ikke har utmattingssprekk. Hovedfokuset gjennom oppgaven har vært på konstruksjonsstål. Det som danner bakgrunn for denne masteroppgaven er at det finnes estimeringsteknikker, altså formler som korrelerer mellom slagseighet og bruddseighet. Det er disse formlene som danner grunnlaget for denne masteroppgaven.

Målet med oppgaven er å lage en fullstendig og oversiktlig rapport over de ulike estimeringsteknikker som finnes med hovedvekt på de fra den Britiske Standarden BS 7910 for å finne et estimat på bruddseighet ut fra slagseighet.

Rapporten har vært et litteraturstudium for å studere foreslåtte formler mellom bruddseighet og slagseighet. Rapporten innbefatter seks case som er praktiske eksempler, som viser bruken av formelverket. Det ble også gjennomført praktisk slagseighetstesting ved Universitetets material laboratorium.

Erfaringer ved bruk av formelverket er at det er omfattende og komplisert å sette seg inn i. Å tilegne seg en fullstendig oversikt er krevende. Organisasjonen The Welding Institute har en omfattende oversikts rapport som stadfester over 30 korrelasjoner, men denne rapporten er ikke allment tilgjengelig. Har vært i kontakt med DNV og fått tilgang til dokumenter som omtaler bruddseighet i Arktiske områder.

Ofte så er situasjonen slik at den som skal bruke Charpy slagseighetsverdier til videre bruddmekanisk analyse kun har én slagseighetsverdi oppgitt ved én gitt temperatur. Dette sier oss veldig lite om materialegenskapene, og gjør det vanskelig for den ingeniøren som ønsker å benytte seg av formlene. Derfor er det essensielt at det er en rekke korrelasjoner tilgjengelig for brukeren. Utfordringene ligger i å velge den riktige. Selv om mange av de estimeringsteknikkene som eksisterer har det samme matematiske utrykket, og konsekvent gir sammenlignbare resultater, er problemet at det finnes så utallig mange forskjellige varianter av disse formlene. Det viktige ved valg av korrelasjonsmetoder er bestemt av de verdiene man har tilgjengelig av Charpy slagseighetsverdier. Andre potensielle problemer er produksjonsendringer for konstruksjonsstål, nyere stål har bedre materialegenskaper enn eldre. For å opparbeide tillitt til bruken av korrelasjonsformlene er man avhengig av videre forskning, valideringer og statistiske analyser.

Med tanke på fremtidig oljeutvinning i Lofoten og Arktis er kunnskap rundt bruddseighet og hvordan man kan estimere bruddseighet ut fra slagseighet veldig interessant, og da spesielt for Norge og oljeindustrien.