Электронный научный журнал
 
Diagnostics, Resource and Mechanics 
         of materials and structures
ВыпускиО журналеАвторуРецензентуКонтактыНовостиРегистрация

2016 Выпуск 4

2021 Выпуск 6
 
2021 Выпуск 5
 
2021 Выпуск 4
 
2021 Выпуск 3
 
2021 Выпуск 2
 
2021 Выпуск 1
 
2020 Выпуск 6
 
2020 Выпуск 5
 
2020 Выпуск 4
 
2020 Выпуск 3
 
2020 Выпуск 2
 
2020 Выпуск 1
 
2019 Выпуск 6
 
2019 Выпуск 5
 
2019 Выпуск 4
 
2019 Выпуск 3
 
2019 Выпуск 2
 
2019 Выпуск 1
 
2018 Выпуск 6
 
2018 Выпуск 5
 
2018 Выпуск 4
 
2018 Выпуск 3
 
2018 Выпуск 2
 
2018 Выпуск 1
 
2017 Выпуск 6
 
2017 Выпуск 5
 
2017 Выпуск 4
 
2017 Выпуск 3
 
2017 Выпуск 2
 
2017 Выпуск 1
 
2016 Выпуск 6
 
2016 Выпуск 5
 
2016 Выпуск 4
 
2016 Выпуск 3
 
2016 Выпуск 2
 
2016 Выпуск 1
 
2015 Выпуск 6
 
2015 Выпуск 5
 
2015 Выпуск 4
 
2015 Выпуск 3
 
2015 Выпуск 2
 
2015 Выпуск 1

 

 

 

 

 

A. N. Mushnikov, S. Yu. Mitropolskaya

EFFECT OF MECHANICAL STRESSES ON THE MAGNETIC CHARACTERISTICS OF PIPELINE STEELS OF DIFFERENT CLASSES

DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.057-070

The paper is concerned with the effect of applied macrostress on the magnetic characteristics of pipeline steels. Magnetic hysteresis parameters are examined as a function of tensile stress, tangential stress, and internal pressure. The study is performed on the hot-rolled 1010 steel alloyed with Mn and Si, widely used in Russia, on the X42SS steel designed specially for operation in hydrogen-containing media and on the X70 steel produced by controlled rolling and intended for heavy-duty trunk pipelines. The results obtained are discussed in terms of the development of non-destructive physical techniques for the diagnosis of the current state of pipe material in course of operation.

Keywords: coercivity, remanent induction, maximum magnetic permeability, tensile stress, tangential stress, internal pressure loading, pipe steels

Bibliography:

  1. Sultanov M.Kh., Makarov P.S., Zagidulin R.V., Muzhitsky V.F. Studying the possibility of monitoring the stress-strain state of the weld and the heat affected zone of welded joints in pipes by electromagnetic non-destructive instruments. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov, 2006, no. 66, pp. 164–179. (In Russian).
  2. Gorkunov E.S., Ulyanov A.I. Magnitnye metody i pribory kontrolya kachestva izdeliy poroshkovoy metallurgii [Magnetic Methods and Equipment for Testing the Quality of Powder Metallurgy Products]. Ekaterinburg, Izd-vo UrO RAN Publ., 1996, 200 p. (In Russian).
  3. Vonsovsky S.V., Shur Ya.S. Ferromagnetizm [Ferromagnetism]. M.; L., Gostekhteoretizdat Publ., 1948, 816 p. (In Russian).
  4. Makarov V.N., Biktashev T.K. Combined use of the longitudinal and transverse effects of magnetostriction in measuring the stresses in steel parts. Soviet Journal of Nondestructive Testing-Ussr, 1981, vol. 17, iss. 5, pp. 378–382.
  5. Barton I.R., Kuzenberger F.N. Estimating residual stresses in gas turbine engine parts by Barkhausen noise characteristics. Energeticheskie mashiny, 1975, no. 4, pp. 22–33. (In Russian).
  6. Rautioaho R., Karjalanen L.P., Moilanen M. Stress response of Barkhausen noise and coercive force in 9Ni steel. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1987, vol. 68, iss. 3, pp. 321–327. DOI: 10.1016/0304-8853(87)90008-4.
  7. Stefanita C.G., Atherton D.L., Clapham L. Plastic versus elastic deformation effects on magnetic Barkhausen noise in steel. Acta Materialia, 2000, vol. 48, iss. 13, pp. 3545–3551. DOI: 10.1016/S1359-6454(00)00134-8.
  8. Krause T.W., Clapham L., Pattantyus A., Atherton D.L. Investigation of the stress-dependent magnetic easy axis in steel using magnetic Barkhausen noise. Journal of Applied Physics, 1996, vol. 79, iss. 8, pp. 4242–4252. DOI: 10.1063/1.361878.
  9. Inaguma T., Sakamoto H., Hasegawa M. Stress Dependence of Barkhausen Noise in Spheroidized Cementite Carbon Steel. IEEE Transactions on Magnetics, 2013, vol. 49, no. 4, pp. 1310–1317. DOI: 10.1109/TMAG.2012.2220856.
  10. Zakharov V.A., Borovkova M.A., Babkin S.E. On the relation between coercive force and mechanical stresses in structural steels. In: Tezisy dokladov Respubl. sov. “Nerazrushayushchie fizicheskie metody i sredstva kontrolya materialov i izdeliy” [Nondestructive Physical Methods and Means for Testing of Materials and Products: abstracts]. Izhevsk, 1981, pp. 62–64. (In Russian).
  11. Novikov V.F., Izosimov V.A. Influence of Elastic Stresses on Coercive Force. Fizika Metallov i Metallovedenie, 1984, vol. 58, iss. 2, pp. 275–281.
  12. Musikhin S.A. On the feasibility of nondestructive evaluation of the stress state of pipelines in testing and operation. In: Tezisy dokladov Vsesoyuznoy konferentsii “Neft i gaz Zapadnoy Sibiri. Problemy dobychi i transportirovki” [Oil and Gas of Western Siberia. Delivery and Transportation Problems: proceedings]. Tyumen, 1985, pp. 189–190. (In Russian).
  13. Bolshakov V.N., Gorbash V.G., Olenovich T.V. Effect of Mechanical Stresses on Local Remanence. Izv. AN BSSR, ser. fiz. tekh. nauk, 1980, no. 1, pp. 109–112. (In Russian).
  14. Gorkunov E.S., Novikov V.F., Nichiporuk A.P., Nassonov V.V., Kadrov A.V., Tatlybaeva I.N. Resistance of residual magnetization of heat-treated steel products to elastic deformations. Soviet Journal of Nondestructive Testing-USSR, 1991, vol. 27, no. 2, pp. 138–145.
  15. Kuleev V.G., Bida G.V., Atangulova L.A. Feasibility of NDT of ferromagnetic steel structures based on measurements of residual magnetization as a function of elastic stress. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2000, vol. 36, iss. 12, pp. 866–876. DOI: 10.1023/A:1016714209905.
  16. Novikov V.F., Yatsenko T.A., Bakharev M.S. Coercive force of low-carbon steels as a function of uniaxial stress. Part I. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2001, vol. 37, iss. 11, pp. 799–804. DOI: 10.1023/A:1015899320754.
  17. Bida G.V. Magnetic method for estimating uniaxial compressive and tensile elastic stresses. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2011, vol. 47, iss. 8, pp. 551–560. DOI: 10.1134/S1061830911080043.
  18. Kostin V.N., Tsar'kova T.P., Loskutov V.E., Kostin K.V., Nichipuruk A.P., Lopatin V.V. Irreversible changes in the magnetization as indicators of stressed-strained state of ferromagnetic objects. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2009, vol. 45, iss. 11, pp. 786–796. DOI: 10.1134/S1061830909110059.
  19. Kostin K.V., Tsar'kova T.P., Nichipuruk A.P., Smorodinskii Ya.G. Measurement of the hysteresis characteristics of pipe steels under elastic and plastic tensile strain. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2011, vol. 47, iss. 9, pp. 593–602. DOI: 10.1134/S1061830911090051.
  20. Gorkunov E.S., Zadvorkin S.M., Veselov I.N., Mitropol'skaya S.Yu., Vichuzhanin D.I. Influence of Uniaxial Tension on Magnetic Characteristics of the 12 Gamma(sic) Pipe Steel Exposed to Hydrogen Sulfide. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2008, vol. 44, iss. 8, pp. 566–573. DOI: 10.1134/S1061830908080093.
  21. Gorkunov E.S., Zadvorkin S.M., Putilova E.A. Magnetic estimation of stresses applied to a two-layer steel C(T)3-steel 08X18H10T composite material during elastoplastic deformation by uniaxial tension. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2012, vol. 48, iss. 8, pp. 495–504. DOI: 10.1134/S1061830912080050.
  22. Ren Shang-kun, Ou Yang-chun, Fu Ren-zhen, Fu Yue-wen. Studies on stress-magnetism coupling effect for 35 steel components. Insight-Non-Destructive Testing & Condition Monitoring, 2010, vol. 52, iss. 6, pp. 305–309(5). DOI: http://dx.doi.org/10.1784/insi.2010.52.6.305.
  23. Nichipuruk A.P., Stashkov A.N., Kostin V.N., Korkh M.K. Possibilities of magnetic inspection of plastic deformations preceding failures of low-carbon steels constructions. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2009, vol. 45, iss. 9, pp. 616–622. DOI: 10.1134/S1061830909090034.
  24. Gorkunov E.S., Mitropolskaya S.Yu., Groznaya E.M., Mushnikov A.N., Osintseva A.L., Tueva E.A. Effect of Elasto-Plastic Loading on the Magnetic Characteristics of Steel 20 Hardened with Gas Case-Hardening. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2011, vol. 47, iss. 4, pp. 221–231. DOI: 10.1134/S106183091104005X.
  25. Dunaev F.E. Protsessy peremagnichivaniya ferromagnetikov [Processes of Magnetization Reversal in Ferromagnets]. Sverdlovsk, UrGU Publ., 1979, 89 p. (In Russian).
  26. Gorkunov E.S., Zadvorkin S.M., Mushnikov A.N., Smirnov S.V., Yakushenko E.I. Effect of mechanical stresses on the magnetic characteristics of pipe steel. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2014, vol. 55, iss. 3, pp. 530–538. DOI: 10.1134/S002189441403016X.
  27. Sablik M.J., Jiles D.C. Modeling the Effects of Torsional Stress on Hysteretic Magnetization. IEEE Transactions on Magnetics, 1999, vol. 35, no. 1, part. 2, pp. 498–504. DOI: 10.1109/20.737472.

А. Н. Мушников, С. Ю. Митропольская

ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ НА МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ РАЗНЫХ КЛАССОВ

Дан обзор существующих представлений о влиянии приложенных макронапряжений на магнитные свойства сталей. Рассмотрено влияние напряжений, возникающих при растяжении, кручении и нагружении внутренним давлением, на гистерезисные магнитные характеристики трубных сталей трех классов. Исследовали образцы широко применяемой горячекатаной стали 09Г2С, устойчивой к сероводородному воздействию стали 12ГБ и стали класса Х70, полученной методом контролируемой прокатки. Обсуждено применение магнитных методов контроля для оценки технического состояния трубопроводов в рабочих условиях их эксплуатации.

Ключевые слова: коэрцитивная сила, остаточная индукция, растягивающие напряжения, касательные напряжения, внутреннее давление, трубные стали

Библиография:

  1. Исследование возможности контроля напряженно-деформированного состояния сварного шва и околошовной зоны трубы с помощью электромагнитных приборов неразрушающего контроля / М. Х. Султанов, П. С. Макаров, Р. В. Загидулин, В. Ф. Мужицкий // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2006. – № 66. – С. 164–179.
  2. Горкунов Э. С., Ульянов А. И. Магнитные методы и приборы контроля качества изделий порошковой металлургии. – Екатеринбург : Изд-во УрО РАН, 1996. – 200 с.
  3. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. – М.; Л. : Гостехтеоретиздат, 1948. – 816 с.
  4. Makarov V. N., Biktashev T. K. Combined use of the longitudinal and transverse effects of magnetostriction in measuring the stresses in steel parts // Soviet Journal of Nondestructive Testing-Ussr. – 1981. – Vol. 17, iss. 5. – P. 378–382.
  5. Бартон И. Р., Кузенбергер Ф. Н. Оценка остаточных напряжений в деталях газотурбинных двигателей по характеру Баркгаузеновского шума. // Энергетические машины. – 1975. – № 4. – C. 22–33.
  6. Rautioaho R., Karjalanen P., Moilanen M. Stress response of Barkhausen noise and coercive force in 9Ni steel // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 1987. – Vol. 68, iss. 3. – P. 321–327. – DOI: 10.1016/0304-8853(87)90008-4.
  7. Stefanita C. G., Atherton D. L., Clapham L. Plastic versus elastic deformation effects on magnetic Barkhausen noise in steel // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48, iss. 13. – P. 3545–3551. – DOI: 10.1016/S1359-6454(00)00134-8.
  8. Investigation of the stress-dependent magnetic easy axis in steel using magnetic Barkhausen noise / T. W. Krause, L. Clapham, A. Pattantyus, D. L. Atherton // Journal of Applied Physics. – 1996. – Vol. 79, iss. 8. – P. 4242–4252. – DOI: 10.1063/1.361878.
  9. Inaguma T., Sakamoto H., Hasegawa M. Stress Dependence of Barkhausen Noise in Spheroidized Cementite Carbon Steel // IEEE Transactions on Magnetics. – 2013. – Vol. 49, no. 4. – P. 1310–1317. – DOI: 10.1109/TMAG.2012.2220856.
  10. Захаров В. А., Боровкова М. А., Бабкин С. Э. О связи коэрцитивной силы с механическими напряжениями в конструкционных сталях // Республ. сов. «Неразрушающие физические методы и средства контроля материалов и изделий», Ижевск, 25-27 ноября 1981 г. : тезисы докладов. – Ижевск, 1981. – C. 62–64.
  11. Novikov V. F., Izosimov V. A. Influence of Elastic Stresses on Coercive Force // Fizika Metallov i Metallovedenie. – 1984. – Vol. 58, iss. 2. – P. 275–281.
  12. Мусихин С. А. О возможности неразрушающего контроля напряженного состояния трубопроводов в режиме испытаний и эксплуатации // Нефть и газ Западной Сибири. Проблема добычи и транспортировки: тезисы докладов Всесоюзной конференции. – Тюмень, 1985. – С. 189–190.
  13. Большаков В. Н., Горбаш В. Г., Оленович Т. В. Влияние механических напряжений на локальную остаточную намагниченность // Изв. АН БССР, сер. физ. тех. наук. – 1980. – № 1. – С. 109–112.
  14. Resistance of residual magnetization of heat-treated steel products to elastic deformations / E. S. Gorkunov, V. F. Novikov, A. P. Nichipuruk, V. V. Nassonov, A. V. Kadrov, I. N. Tatlybaeva // Soviet Journal of Nondestructive Testing-USSR. – 1991. – Vol. 27, no. 2. – P. 138–145.
  15. Kuleev V. G., Bida G. V., Atangulova L. A. Feasibility of NDT of ferromagnetic steel structures based on measurements of residual magnetization as a function of elastic stress // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2000. – Vol. 36, iss. 12. – P. 866–876. – DOI: 10.1023/A:1016714209905.
  16. Novikov V. F., Yatsenko T. A., Bakharev M. S. Coercive force of low-carbon steels as a function of uniaxial stress. Part I // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2001. – Vol. 37, iss. 11. – P. 799–804. – DOI: 10.1023/A:1015899320754.
  17. Bida G. V. Magnetic method for estimating uniaxial compressive and tensile elastic stresses // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2011. – Vol. 47, iss. 8. – P. 551–560. – DOI: 10.1134/S1061830911080043.
  18. Irreversible changes in the magnetization as indicators of stressed-strained state of ferromagnetic objects / V. N. Kostin, T. P. Tsar'kova, V. E. Loskutov, K. V. Kostin, A. P. Nichipuruk, V. V. Lopatin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2009. – Vol. 45, iss. 11. – P. 786–796. – DOI: 10.1134/S1061830909110059.
  19. Measurement of the hysteresis characteristics of pipe steels under elastic and plastic tensile strain / K. V. Kostin, T. P. Tsar'kova, A. P. Nichipuruk, Ya. G. Smorodinskii // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2011. – Vol. 47, iss. 9. – P. 593–602. – DOI: 10.1134/S1061830911090051.
  20. Influence of Uniaxial Tension on Magnetic Characteristics of the 12 Gamma(sic) Pipe Steel Exposed to Hydrogen Sulfide / E. S. Gorkunov, S. M. Zadvorkin, I. N. Veselov, S. Yu. Mitropol'skaya, D. I. Vichuzhanin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2008. – Vol. 44, iss. 8. – P. 566–573. – DOI: 10.1134/S1061830908080093.
  21. Gorkunov E. S., Zadvorkin S. M., Putilova E. A. Magnetic estimation of stresses applied to a two-layer steel C(T)3-steel 08X18H10T composite material during elastoplastic deformation by uniaxial tension // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2012. – Vol. 48, iss. 8. – P. 495–504. – DOI: 10.1134/S1061830912080050.
  22. Studies on stress-magnetism coupling effect for 35 steel components / Shang-kun Ren, Yang-chun Ou, Ren-zhen Fu, Yue-wen Fu // Insight: Non-Destructive Testing & Condition Monitoring. – 2010. – Vol. 52, no. 6. – P. 305–309. – DOI: http://dx.doi.org/10.1784/insi.2010.52.6.305.
  23. Possibilities of magnetic inspection of plastic deformations preceding failures of low-carbon steels constructions / A. P. Nichipuruk, A. N. Stashkov, V. N. Kostin, M. K. Korkh // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2009. – Vol. 45, iss. 9. – P. 616–622. – DOI: 10.1134/S1061830909090034.
  24. Effect of Elasto-Plastic Loading on the Magnetic Characteristics of Steel 20 Hardened with Gas Case-Hardening / E. S. Gorkunov, S. Yu. Mitropolskaya, E. M. Groznaya, A. N. Mushnikov, A. L. Osintseva, E. A. Tueva // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2011. – Vol. 47, iss. 4. – P. 221–231. – DOI: 10.1134/S106183091104005X.
  25. Дунаев Ф. Е. Процессы перемагничивания ферромагнетиков : учебн. пособие. – Свердловск : УрГУ, 1979. – 89 c.
  26. Effect of mechanical stresses on the magnetic characteristics of pipe steel / E. S. Gorkunov, S. M. Zadvorkin, A. N. Mushnikov, S. V. Smirnov, E. I. Yakushenko // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2014. – Vol. 55, iss. 3. – P. 530–538. – DOI: 10.1134/S002189441403016X.
  27. Sablik M. J., Jiles D. C. Modeling the Effects of Torsional Stress on Hysteretic Magnetization // IEEE Transactions on Magnetics. – 1999. – Vol. 35, no. 1, part. 2. – P. 498–504. – DOI: 10.1109/20.737472.

PDF      

Библиографическая ссылка на статью

Mushnikov A. N., Mitropolskaya S. Yu. Effect of Mechanical Stresses on the Magnetic Characteristics of Pipeline Steels of Different Classes [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2016. - Iss. 4. - P. 57-70. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.057-070. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2016-4/2016-4_89.html
(accessed: 28.01.2022).  

 

импакт-фактор
РИНЦ 0.42

 

МРДМК 2021
ЦКП Пластометрия
НЭБ РИНЦ
Google Scholar


РНБ

 

Учредитель:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук
Главный редактор:  С.В.Смирнов
При цитировании ссылка на Электронный научно-технический журнал "Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures" обязательна. Воспроизведение материалов в электронных или иных изданиях без письменного разрешения редакции запрещено. Опубликованные в журнале материалы могут использоваться только в некоммерческих целях.
Контакты  
 
Главная E-mail 0+
 

ISSN 2410-9908 Регистрация СМИ в Роскомнадзоре Эл № ФС77-57355 от 24 марта 2014 г. © ИМАШ УрО РАН 2014-2022, www.imach.uran.ru