Контроль состава и структуры конструкционных материалов

Определение состава металла осуществляют с помощью ряда ме­тодов, основанных на различных явлениях: химических (весового и объемного), физико-химических (колориметрия, фотоколориметрия, электроанализ, потенциометрия, полярография и др.) и физических (спектральный, рентгенофлюоресцентный, рентгеновский).

Наиболее традиционными, но отличающимися высокой трудо­емкостью, являются методы химического анализа. Они регламентированы действующими стандартами: для углеродистых сталей и нелегированного чугуна — ГОСТ 22536(1—14)-90; для легированных сталей — ГОСТ 12344—12355. Для химического анализа используют образцы, вырезанные для механических испытаний, или стружку в количестве 30...50 г, полученную засверловкой стенки конструкции.

Современные методы определения марок сталей и их идентифи­кация основываются на результатах спектрального анализа, отли­чающегося универсальностью, высокой производительностью и ма­лой стоимостью.

Различают абсорбционный и эмиссионный спектральные ана­лизы. Абсорбционный спектральный анализ осуществляют по спектрам поглощения электромагнитного излучения, поглощаемо­го анализируемым объектом. Для целей технической диагностики применяют эмиссионный анализ. Источником излучения при этом является дуга постоянного тока, зажигаемая между исследуемым

Рис. 11.2. Экспресс-анализ с помощью

рентгено-флюоресцентного спектрометра

NITON XLt80

образцом и электродом. В современных передвижных приборах получаемый спектр не только анализируется, но и записывается и хранится в памяти встроенного микропроцессора, а также произво­дится идентификация марок стали и содержания в ней различных элементов.

Химический и спектральный анализы стали проводят после за­чистки металла (пробы) до металлического блеска в целях исключе­ния искажения результатов анализа состава металла.

В последнее время для определения состава и идентификации сплавов находит применение метод рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. Метод основан на взаимодействии испускаемого рентгеновского излучения с веществом, в результате чего в послед­нем возникает возбуждение и эмиссия характерных для каждого эле­мента вторичных рентгеновских лучей. Интенсивность вторичного излучения и его спектральное распределение пропорциональны эле­ментному содержанию вещества. С помощью этого метода возмо­жен анализ порошковых, твердых и жидких проб металла всех эле­ментов атомных номеров от 9 (фтора) до 92 (урана).

На рис. 11.2 приведен один из наиболее портативных рентгено-флюоресцентных спектрометров NITON XLt80. Спектрометр предназначен для экспресс-анализа 22 элементов от Тi (22) до Вi (83). Источником излучения служит миниатюрная рентгеновская трубка; источником питания — сменная литиевая аккумуляторная батарея.

Химический состав материалов в значительной мере определяет как их механические показатели, так и технологические свойства. Одним из важнейших технологических свойств конструкционных сталей является их свариваемость. Это свойство в значительной мере определяет качество изготовления и ремонта сварных металлоконст­рукций и наличие дефектов в их сварных соединениях. Сваривае­мость сталей оценивается величиной так называемого углеродного эквивалента С_экв, допустимый диапазон которого указывается в нор­мативной документации на конкретное оборудование. Так, для ос­новных несущих элементов вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов по ПБ 03-605-03 углерод­ный эквивалент стали с пределом текучести 390 МПа и ниже для основных элементов конструкций не должен превышать 0,43. Расчет углеродного коэффициента производится по формуле

С_экв= С + Мn/6 + Si/24 + Сг/5 + Ni/40 + Сu/13 + V/14 + Р/2,

где С, Мn, Si, Сr, Ni, Сu, V, Р — массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора соответственно. В любой стали вредные примеси (сера, фосфор и газовые приме­си) строго ограничиваются. Фосфор, растворяясь в феррите, снижает пластичность и ударную вязкость стали при низких температурах, т. е. увеличивает склонность стали к хладноломкости. Сера в железе не растворяется, и любое ее количество образует сульфид железа FеS, который соединяется с железом в легкоплавкую смесь — эвтектику FеS+Fе. При охлаждении стали эвтектика затвердевает послед­ней и, в конечном итоге, располагается по границам зерен стали в виде легкоплавкой составляющей. При дальнейшей обработке стали, связанной с нагревом, особенно до температур красного каления 1100...1200 °С (например, при ковке или прокатке), эвтектика пла­вится и образует в стали надрывы и трещины. Сталь при этом стано­вится хрупкой, т.е. вместо деформации происходит ее разрушение. Это явление носит название красноломкости.

Кислород, азот и водород даже в очень малых количествах охрупчивают сталь, поэтому допускаются только следы этих элементов. Атомы азота на границах зерен феррита образуют прослойки хрупких нитридов. Водород диффундирует в сталь в атомарном со­стоянии и скапливается по границам пор и неметаллических вклю­чений. Увеличиваясь в объеме при воссоединении в молекулы, водород повышает давление и создает напряженное состояние на этих участках, что может вызвать образование в них микротрещин (флокенов) и газовых раковин.

Основным методом изучения структуры является металлография. Микроструктуру металла контролируют при увеличении в 30... 1500 раз с помощью оптических микроскопов на специально подготовленных образцах-шлифах (полированных и протравлен­ных). Метод основан на различии в травимости бездефектного ме­талла и участков с наличием пор, ликвации, неоднородности струк­туры и других дефектов. Строение металла, наблюдаемое при увеличении в 3000...100000 раз с помощью электронных микроскопов, называют субструктурой.

При проведении технической диагностики действующего оборудования металлографические исследования могут выполняться в полевых условиях. Шлифы при этом делают без вырезки образцов непосредственно на исследуемой поверхности, а строение металла изучают с помощью переносных металлографических микроскопов (рис. 11.3).

Исследование микроструктуры позволяет установить фазовый состав, величину зерна и степень повреждения межзеренных границ, наличие и размеры неметаллических включений, степень сфероидизации графита и перлита, характер и глубину термической обработки, наличие межкристаллитной коррозии, наличие повреждений типа водородной коррозии и т.д.

Рис. 11.3. Металлографический

микроскоп МПМ-1К

Исследование субструктуры (тонкий структурный анализ) на электронных микроскопах дополнительно позволяет выявить дефекты кристаллической решетки, наличие и скопление дислокаций, вакан­сий, состояние границ кристаллических блоков различных структур.

Применение современных цифровых технологий позволяет су­щественно снизить трудоемкость металлографических исследований и повысить объективность количественных оценок. Регистрация изображения структуры в металлографических микроскопах при этом осуществляется с помощью цифровых фото- или видеокамер. Далее изображение вводится в компьютер, где обрабатывается с по­мощью специальной программы-анализатора. Существует ряд вер­сий таких программ, как отечественных, так и зарубежных. В инже­нерном центре Архангельского государственного технического уни­верситета применяется отечественная программа-анализатор Grain Analyzer PRO 2.9, разработанная НИИИН МНПО «Спектр». Про­грамма позволяет решать основные стандартные металлографиче­ские задачи и, выполняя фазовый, морфологический и грануломет­рический анализы структуры, получать соответствующие объектив­ные количественные оценки с минимальными трудозатратами.

В ряде случаев для исследования структуры стали целесообразно применять методы фрактографии (от англ. fracture - разрушение), которая изучает строение изломов. Изломы бывают двух видов: хрупкие и вязкие. Хрупкий излом происходит мгновенно, вязкий обычно начинается с зарождения и развития микротрещины и про­исходит в течение длительного времени.

Рис. 11.4. Характерные поверхности изломов:

a — хрупкое разрушение; б — усталостная тре­щина со следами сезонной остановки; 1 — шевронный рельеф; 2 — очаг разрушения; 3 — поверхность вязкого разрушения; 4 — следы сезонной остановки трещины

    Изучение строения изломов (фрактография) производится визу­ально при небольшом увеличении. Используют также методы скани­рующей (на массивных образцах) и просвечивающей (реплики) электронной микроскопии с увеличениями в 1000, 4000 и 8000 раз.

Фрактографические исследования позволяют понять механизм разрушения. Роль фрактографии особенно возрастает в тех случаях, когда в процессе изготовления или эксплуатации снижается когезивная прочность границ зерен, что проявляется в изменении строения излома. Хрупкий излом из транскристального, т. е. по телу зерна, становится межзеренным (по их границам) и приобретает характер­ную огранку. Вязкий излом в пределах макрорасстояний распростра­няется линейно (прямо) независимо от границ зерен, а сечение ме­талла в зоне излома имеет утяжку.

Согласно проведенным исследованиям, увеличение доли межзеренной составляющей в изломе сопровождается смещением кри­тических температур хрупкости в область положительных темпера­тур, т. е. охрупчиванием металла. Наиболее слабым звеном метал­локонструкции, как правило, являются сварные швы, поэтому электронно-фрактографические исследования проводят обычно в целях определения степени охрупчивания (повреждения) металла различных зон сварного соединения и установления причин его трещинообразования. Изломы для электронно-фрактографического анализа получают при испытании стандартных образцов на ударную вязкость (ГОСТ 9454—78) при отрицательных температу­рах, обеспечивающих наличие на поверхности разрушения «хруп­кого квадрата».

Фрактографические исследования обязательно проводят при расследовании причин аварий и разрушений металлоконструкций различного назначения и выявлении очага разрушения. При хруп­ком разрушении поверхность излома имеет кристаллический ха­рактер с характерным шевронным рельефом, при этом очаг зарождения трещины определяют по направлению сходимости лучей (ступенек) рельефа, указывающего на направление к очагу зарож­дения трещины. Вязкое разрушение вследствие пластической де­формации имеет матовую волокнистую поверхность с хаотичным рельефом. Для усталостного разрушения свойственна относительно плоская поверхность без развитого рельефа и отсутствия признаков пластической деформации, т. е. усталостное разрушение металло­конструкций происходит при работе в области упругих деформаций при напряжениях меньше предела текучести. При длительном раз­витии трещины на поверхности усталостного излома обычно обра­зуются так называемые следы «сезонной остановки». Интервалы между следами, как правило, увеличиваются по мере роста трещи­ны. Очаг зарождения усталостной трещины выявляется по направ­лению сходимости концентрических следов, а также по изменению цвета излома и возможному наличию на его поверхности следов коррозии. Некоторые характерные поверхности изломов приведе­ны на рис. 11.4.

Классификация и описание изломов более подробно приведе­ны в специальных нормативно-технических документах, например в РД 14-001-99 «Методические указания по техническому диагно­стированию и продлению срока службы стальных баллонов, рабо­тающих под давлением».

Металлографические и фрактографические исследования позво­ляют установить природу охрупчивания и изменения других свойств металла, оценить безопасность дальнейшей эксплуатации оборудо­вания и указать пути устранения неблагоприятного влияния экс­плуатационных факторов.

Ухудшение механических свойств материалов может протекать как в процессе изготовления, так и при эксплуатации. Фактические механические свойства материалов на момент диагностирования мо­гут быть определены прямым способом — проведением механиче­ских испытаний либо косвенными — с использованием результатов металлографических и фрактографических исследований.

11.5. Оценка механических свойств материалов

Способность материала сопротивляться воздействию на него различных нагрузок (статических, динамических, знакопеременных и др.) оценивается совокупностью механических свойств. Эти свойства определяются в результате соответствующих испытаний материала или специально изготовленных из него образцов по стандартным методикам. Чаще всего проводят статические испытания на растяжение, сжатие, изгиб, твердость и динамические на ударную вязкость и усталость при переменных нагрузках.

Широко распространенным (обязательным) методом контроля механических свойств при диагностировании технического состояния металлоконструкций различного оборудования является контроль твердости материалов. Под твердостью понимают способность металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела (индентора) различной формы: шарика, конуса, пирамиды. В зависимости от формы индентора, конструкции прибора и осо­бенностей методики измерения используют различные методы: Бринелля, Роквелла, Виккерса, Шора, Польди, Лейба и др. Значения твердости, полученной различными методами, связаны функциональными зависимостями и пересчитываются обычно с помощью переводных таблиц.

Наибольшее распространение получил метод Бринелля. Твердость измеряют на приборе Бринелля вдавливанием стального зака­ленного шарика. Единицу твердости обозначают индексом НВ и вы­ражают значением нагрузки Р, приходящейся на 1 мм² поверхности сферического отпечатка F_сф, образующегося на испытуемом материале:     НВ = P/F_сфТак как измерение твердости по методу Бринелля основано на сопротивлении в месте контакта значительной пласти­ческой деформации, то между числом твердости НВ и временным сопротивлением σ_в для пластичных материалов существует зависи­мость (ориентировочная в первом приближении) σ_в = k • НВ (для стали k= 0,36).

Методом Бринелля с использованием стального закаленного ша­рика контролируют твердость сравнительно мягких материалов (до 450 НВ). В качестве индентора при контроле твердых материалов ис­пользуют алмазные конусы или четырехгранные пирамидки.

При проведении технической диагностики в полевых условиях применяют переносные приборы, измеряющие твердость по методу отскока или резонансно-импедансным методом. В приборах с ис­пользованием резонансно-импедансного метода алмазная пирамидка закрепляется на конце металлического стержня, который под дейст­вием пьезоэлектрической пластинки колеблется с собственной резо­нансной частотой. По мере внедрения пирамидки в контролируемый материал частота собственных колебаний стержня изменяется. Из­менение частоты пересчитывается по корреляционным зависимо­стям в твердость по Виккерсу, Роквеллу или Бринеллю. Принцип из­мерения твердости по отскоку заключается в измерении разности скоростей падения и отскока стального шарика от поверхности, за­висящей от твердости материала.

Большое влияние на точность измерений при использовании пе­реносных приборов оказывают толщина стенок контролируемой конструкции и место расположения точки контроля по отношению к примыкающим опорным элементам. Поэтому для повышения точ­ности при контроле тонкостенных конструкций применяют поправ­ки. Так, фактическая твердость L_ф (по Лейбу) материала трубопрово­да рассчитывается по формуле (РД 12-421-01)

L_ф = L₀ + 2,21(D/S - 12,7).

Если D/S = 12,7, то L_Ф = L₀ , где L₀ — среднее арифметическое значение твердости (при числе замеров не менее трех), замеренное непосредственно на трубопроводе; D — наружный диаметр трубо­провода, мм; S — толщина стенки трубы, мм.

Временное сопротивление σ_в и предел текучести σ_0.2 металла по величине твердости (по Лейбу) рассчитывают по формулам:

где k = 0,2 для углеродистых сталей.

Наиболее опасным деградационным процессом является охрупчивание материала, приводящее к существенному изменению ха­рактеристик трещиностойкости и смещению хрупкого разрушения в область положительных температур. Переходу металла в хрупкое состояние способствует наличие концентратора напряжений' рез­кое изменение формы или сечения элемента конструкции, поверх­ностные риски, микротрещины и другие дефекты. Особенно это актуально для емкостного оборудования и трубопроводов, имеющих большие линейные размеры, так как в таком оборудовании возможно накопление под нагрузкой огромной упругой энергии, которая, стремясь разрядиться, разрывает конструкцию по дефекту (концентратору напряжений). Разрушение происходит с большой скоростью (одномоментно), при этом на магистральных трубопроводах отмечались разрывы, достигающие 1000 м и более. Поэтому характеристики трещиностойкости определяют на образцах с надрезом или начальной трещиной, или концентратором соответствующей формы в результате динамических или статистических испытаний. Из всех механических свойств наиболее чувствительными к охрупчиванию оказались ударная вязкость и статическая вязкость разрушения.

В современных, основанных на механике разрушения (механике трещин) расчетах остаточного ресурса и сопротивления хрупкому разрушению металлоконструкций используется такая характеристика трещиностойкости (вязкости разрушения), как К_1с, К_2с — критические коэффициенты интенсивности напряжений (соответственно для условий плоской деформации и плоско-напряженного состояния), при достижении которых разрушение в материале приобретает необратимый лавинообразный характер и происходит его долом. Ко­эффициенты К_1с , К_2с определяют по ГОСТ 25.506—85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении». Вместе с тем эти испытания достаточно трудоемки и их проведение не всегда возможно. Большее распространение для оценки трещиностойкости нашли испытания на ударную вязкость, результаты которых можно пересчитать в вяз­кость разрушения. В некоторых случаях ударную вязкость возможно оценить косвенным неразрушающим способом с помощ_Ь10 магнитно-шумового метода (РД 12-421-01).

     Рис.11.5. Расположение образца

                       относительно опор копра и бойка маятника

Ударную вязкость по ГОСТ 9454-78 определяют в результате ди­намических испытаний на ударный изгиб специальных образцов на маятниковых копрах при пониженных, комнатных и повышенных температурах. Метод основан на разрушении образца с концентрато­ром посередине одним ударом маятникового копра. Концы образцов располагают на опорах (рис. 11.5).

В результате испытаний определяют полную работу, затраченную на разрушение образца при ударе (работу удара). Под ударной вязкостью понимают отношение работы удара к начальной площади по­перечного сечения образца в месте излома. Ударную вязкость, опре­деленную при комнатной температуре, обозначают КС или а_н. При этом работу разрушения К определяют как разность энергии маятни­ка в положении до и после удара:

КС =mg(H_max-H_min);

KC=a_н=

где m — масса маятника; g — ускорение свободного падения; H_max, H_min — максимальная и минимальная высота подъема маятника коп­ра; S₀ = НВ — площадь сечения образца.

ГОСТ 9454-78 предусмотрено 20 типов образцов, отличающихся друг от друга шириной В, высотой Н и видом концентратора: V-образного (рис. 11.6, а), V-образного (рис. 11.6, 6), с усталостной тре­щиной Т (рис. 11.6, в).

В зависимости от вида концентратора ударную вязкость, опреде­ленную при комнатной температуре, обозначают:

• КСU — образцы (типа Менаже) с концентратором вида U;

• КСV — образцы (типа Шарпи) с концентратором вида V;

• КСТ — образцы с концентратором вида Т и трещиной.

Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженных и повышенных температурах вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытаний.

          Рис. 11.6. Размеры и виды концентраторов:

а — образец с концентратором вида U; б — концентратор вида V;в — концентратор вида Т

Для оценки склонности стали к хрупкому разрушению проводят серию испытаний по определению ударной вязкости при различных температурах. Важным фактором при этом является состояние по­верхности излома: при хрупком разрушении излом имеет кристалли­ческую блестящую поверхность; при вязком — матово- волокнистую. На основании испытаний наряду с ударной вязкостью определяют процент волокна В в изломе и строят зависимости работы разруше­ния К или ударной вязкости разрушения (КСU, КСV или КСТ) от температуры испытаний (рис. 11.7).

Общая ударная вязкость, например КСU, и работа разрушения К складывается из двух составляющих:

где К_з — работа, затраченная на зарождение трещины; К_р — работа, затраченная на распространение трещины.

В образцах с концентратором и составляющая КСU₃ значитель­на. Вместе с тем охрупчивание материала не влияет на величину КСU₃ (Kз). В связи с этим более правильно оценивать склонность стали к хрупкому разрушению по работе, затраченной на распространение трещины, - К,. Поэтому в большинстве стран мира испы­тания на ударную вязкость выполняют на образцах Шарпи с U-образным надрезом. На этих образцах К₃ значительно меньше, чем на образцах Менаже с U-образным концентратором.

Рис. 11.7. Зависимости содержания волокна в изломе В и ударной вязкости КСУ от температуры

В последних российских НТД требования к ударной вязкости материалов также стали приводить в КСV. Например, в ПБ 03-605-03 “Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров нефти и нефтепродуктов» приведены требования КСУ в зависимости от температуры и толщины проката. Более точные результаты можно получить при испытании образцов с трещиной (вязкость в КСТ)

В ряде технических документов содержатся корреляционные зависимости позволяющие пересчитать ударную вязкость в коэфициент интенсивности напряжений К_1с. Так, согласно рекомендации стандарта Великобритании ВS 7910:1999, критическое значение коэффициента интенсивности связано с ударной вязкостью на образцах V-образным надрезом (рис. 11.8) эмпирической зависимостью

где КСV - значение ударной вязкости, полученной на образцах с У-образным надрезом сечением 10 х 10 мм при низшей эксплуатационной температуре для данной конструкции, Дж/см² , t толщина материала, мм.

11.6. Способы отбора проб металла и получения информации о его свойствах

В металловедении информацию о механических свойствах, структуре Гстроении изломов получают, используя следующие спо­собы отбора проб металла:

1 — вырезка массивной пробы;

2 — без вырезки металла;

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки (табл. 11.2) [И] Первый способ, предусматривающий вырезку пробпроката. Кроме того, в этом случае невозможно использование методов фрактографии для оценки степени повреждаемости металла. Третий способ, разработанный в ЦНИИПСК им. Мельникова, в определенной степени сочетает достоинства первых двух.

Таблица 11.2

Mетод малых проб основан на корреляции механических свойств с химсоставом сталей и сплавов. Корреляция описывается регрессионными зависимостями, полученными на основе обработки соответствующих экспериментальных данных. Малая проба имеет размер (1,2...1,5) х (5...10) х (15...25) мм и отбирается обычно с внутренней стороны объекта механическим (скол, спил, срез), электроэрозионным или иным способом, обеспечивающим получение микропробы требуемых размеров без деформации металла. Места микропроб обычно подвергаются механической зачистке до устранения концен­траторов напряжений без проведения дополнительного восстановительного ремонта.

Выбор способа отбора проб и общий объем исследований зависит от характера решаемой задачи и в каждом конкретном случае определяется организацией, проводящей техническое диагностирование.

При отборе малых проб, используя методы регрессионного анализа, в принципе возможно получение того же объема информации о металле, как и при вырезке массивной заготовки, а именно о прочностных характеристиках, о категории стали и степени ее повреждаемости (охрупчивания) в процессе эксплуатации. Это позволяет оценить весь комплекс фактических свойств металла при проведении технического диагностирования или паспортизации обору­дования. Основные методические трудности оценки механических свойств стали при использовании малых проб связаны с установлением регрессионных зависимостей, позволяющих оценивать свойства стали по результатам исследования малых проб, а также с необходимостью принятия специальных мер, позволяющих исключить пластическую деформацию металла при отборе проб.

Методика оценки механических свойств с использованием микропроб вошла в ряд нормативных документов, в частности, в РД 03-380-00 «Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением», РД 03-410—01 «Инструкция по проведению комплексного техниче­ского освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов».

Основные прочностные характеристики — предел текучести о_т и предел временного сопротивления а_в на микропробах определяют по результатам спектрального (химсостав), металлографического и дю-рометрического (измерение твердости) анализов по следующим уравнениям регрессии:

_в = 0,34НВ(НV);

где ₀ — напряжение трения решетки а-железа, ₀ = 30 МПа; а _п — напряжение за счет упрочнения стали перлитом, _п = 2,4 П, МПа, (здесь П — процент перлитной составляющей); _тр — напряжение за счет упрочнения твердого раствора легирующими элементами в зависимости от их концентрации в процентах по массе, МПа:

_тр = 4670(С+N) + ЗЗМn + 86Si + 31Сг + 30Ni + 11Мо + 60А1 + 39Сu + 690Р + ЗV + 82Тi;

_д — напряжение за счет упрочнения дислокациями, оцениваемое по плотности дислокаций р, _д = 5Gbp^1/2; _д.у — напряжение за счет упрочнения стали дисперсными частицами;

где G — модуль сдвига (8,4 • 10⁴ МПа); b — вектор Бюргерса (2,5 • 10^-7 мм); λ — межчастичное расстояние, мм; D — размер (диа­метр) дисперсных упрочняющих частиц, мм; К_у — коэффициент, К_у = 20 МПа • мм^1/2; d — средний условный (эффективный) размер зерна феррита, мм.

Степень охрупчивания металла в процессе эксплуатации при отборе микропроб оценивается по результатам дюрометрических и электронно фрактографических анализов. Определение степени охрупчивания T_К в результате пластической деформации (наклепа) в зонах изменения формы элемента конструкции или выявленных зо­нах концентрации напряжений (например, с помощью ММП) осуществляется по соотношению

,

где K_H = 0,16 °С/МПа; НV = НV^э – НV^и; НV^Э, НV^и - твердость металла по шкале Виккерса после эксплуатации (на момент измерения твердости) и в исходном состоянии (до эксплуатации) соответственно.

При отсутствии сведений о твердости стали в исходном состоя­нии в качестве исходного принимают среднее значение трех измерений твердости вне зоны развития пластической деформации (концентрации напряжений) соответствующего элемента конструкции. В этом случае твердость как в исходном состоянии, так и после экс­плуатации измеряют с помощью переносных твердомеров.

Степень межзеренного охрупчивания металла, вызванную ослаблением границ зерен из-за наводороживания, сульфидного и хлоридного растрескивания и иных неблагоприятных процессов, опреде­ляют по величине межзеренного разрушения _м, в хрупком изломе по сравнению с хрупким изломом исходного состояния. Изломы для электронно-фрактографического анализа получают при разрушении микропроб, предварительно охлажденных в жидком азоте для полу­чения хрупкого излома, обеспечивающего наличие на поверхности «хрупкого квадрата». Определение доли межзеренной составляющей F_м, указывающей на повреждение границ зерен, осуществляют в со­ответствии с методическими указаниями МРS-81 «Расчеты на проч­ность в машиностроении. Фрактографический метод определения критической температуры хрупкости металлических материалов» (М.: ВНИИНМАШ, 1981).

Суммарную степень охрупчивания стали T_К, включающую внутризеренное охрупчивание, вызванное наклепом внутренних объемов зерен, и межзеренное, обусловленное ослаблением границ зе­рен, определяют по уравнению

где А = 10 °С для основного металла с ферритно-перлитной структурой и А = 20 °С для металла сварного шва и околошовной зоны со структурой мартенсита и бейнита , ,  приведенная доля межзеренной составляющей после эксплуатации (на момент проведения анализа) и в исходном состоянии (до эксплуатации), %.