Михайлов А.А.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ *
Аннотация:
термическое поражение стальных изделий представляет собой актуальную проблему, вызывающую значительное внимание в области инженерии и пожарной безопасности. Воздействие высоких температур, например, в результате пожара, может значительно ухудшить механические свойства стали, что, в свою очередь, угрожает безопасности и целостности строительных объектов.Разнообразие существующих методов позволяет выбирать оптимальные решения в зависимости от условий и требований. В конечном итоге, целевая оценка термического повреждения будет способствовать не только безопасности, но и эффективности эксплуатации стальных изделий в различных промышленных и строительных проектах.
Ключевые слова:
термическое поражение, сталь, стальное изделие, методы оценки, повышение температуры
Термическое поражение стальных изделий — это серьёзная проблема, с которой сталкиваются различные отрасли, включая строительство, производство и транспорт.Сталь широко используется в качестве строительного материала благодаря своей прочности и универсальности. Однако при воздействии высокой температуры, например, во время пожара, свойства стали изменяются, что может привести к потере её несущей способности и даже к разрушению конструкции.Оценка степени термического поражения стальных изделий играет критическую роль в различных областях, включая пожарную техническую экспертизу, анализ аварийных ситуаций на производстве и контроль качества металлоконструкций. Точность определения характера и глубины термического воздействия напрямую влияет на выводы экспертизы, принятие решений о ремонте или замене поврежденных элементов, а также на установление причин происшествий. Однако, универсального метода оценки, позволяющего однозначно определить степень повреждения, на данный момент не существует [4].Чтобы лучше понять методы оценки, важно рассмотреть механизмы, ведущие к термическому поражению стали:Физические изменения. При нагреве сталь расширяется, могут происходить фазовые переходы и изменения в микроструктуре, что приводит к деформациям и искривлениям.Снижение механических свойств. Повышение температуры приводит к уменьшению предела прочности и пластичности, что ухудшает эксплуатационные характеристики стали.Повторные циклы нагрева и охлаждения могут вызывать разрушения и преждевременные трещины, особенно в сварных швах [1].Известно, что современные методы исследования степени термического поражения стальных элементов делятся на полевые и лабораторные. Полевые методы применяют непосредственно на месте пожара, показатели получают оперативно, несмотря на то, что для некоторых методик требуется предварительная подготовка поверхности металлического изделия. Для проведения лабораторных исследований необходим отбор образцов, доставка их в лабораторию для дальнейшей обработки и исследования [3].Визуальный осмотр — это самый простой и доступный метод, позволяющий оценить общее состояние изделия – наличие деформаций, трещин, обугливания, изменения цвета. Визуальный осмотр позволяет предварительно определить зону поражения и оценить масштаб повреждений. Однако, данный метод крайне субъективен и не позволяет определить глубину термического воздействия и точную степень изменения свойств металла. Его результаты носят лишь качественный характер и не могут быть использованы для точных количественных оценок.Измерение микротвердости – основан на определении изменения твердости металла в зависимости от температуры нагрева. Повышение температуры приводит к изменению микроструктуры стали, что, в свою очередь, влияет на ее твердость. Измерение микротвердости позволяет оценить глубину термического воздействия, построением графика изменения твердости по сечению образца. Метод относительно прост и доступен, но его точность зависит от типа стали, скорости нагрева и охлаждения, а также от наличия других факторов, влияющих на твердость. Этот метод не дает полной картины повреждения, т.к. не учитывает другие изменения свойств, например, изменение химического состава.Металлографический анализ предполагает исследование микроструктуры стали под микроскопом после предварительной подготовки образца. Термическое воздействие приводит к изменению зернистой структуры металла, появлению окисных пленок, и других микроструктурных дефектов. Металлографический анализ позволяет детально оценить глубину и характер термических изменений, определить фазовые превращения и выяснить механизм повреждения. Это один из наиболее информативных методов, позволяющий оценить степень повреждения с высокой точностью. Однако, метод достаточно трудоемок и требует специального оборудования и квалифицированного персонала.При высоких температурах происходит окисление поверхности стали, что приводит к изменению ее химического состава в поверхностном слое. Анализ химического состава, например, с помощью спектрометрии, позволяет определить глубину окисления и оценить степень термического воздействия. Этот метод дополняет металлографический анализ, предоставляя количественные данные о составе поврежденного слоя. Однако, он не всегда может дать полную картину повреждения, так как не учитывает другие типы изменений, например, изменение механических свойств.Термическое воздействие может вызывать появление остаточных напряжений в стали. Измерение этих напряжений, например, с помощью рентгеновской дифрактометрии или методов релаксации, позволяет оценить степень термического воздействия. Этот метод особенно актуален для оценки повреждений в крупногабаритных конструкциях. Однако, метод достаточно сложен и требует специального оборудования [2].Также используются неразрушающие методы контроля. К ним относятся ультразвуковая дефектоскопия, магнитный контроль, визуально-измерительные методы с применением современных цифровых систем. Эти методы позволяют обнаружить скрытые дефекты и оценить общую целостность изделия. Однако, они часто не позволяют точно определить глубину термического воздействия [2].Для исследования на месте пожара отбираются образцы однородных стальных изделий, рассредоточенных по исследуемой площади пожара. Например, это могут быть крепежные детали, которыми скреплялись части автомобиля. Не менее важно взять образцы одного и того же материала для изучения в лабораторных условиях литых конструкций и деталей. Изъятые предметы должны быть одинакового размера. Количество образцов должно быть не менее 10-12 (чем больше, тем лучше). По возможности желательно взять один образец того же изделия вне зоны нагрева в качестве объекта сравнения.Результаты исследования помогут определить область наибольших термических повреждений, что, в свою очередь, укажет на очаг возгорания. Сроки проведения проверки по факту пожара строго регламентированы, они составляют три дня и только в особых случаях продлеваются до 10 дней. За это время дознаватель должен решить, возбуждать или нет уголовное дело. Этому предшествует поиск очага возгорания, а затем дознаватель ищет следы источника зажигания в зоне пожара [3].Актуальной проблемой при проведении пожарно-технической экспертизы является определение состава металла на месте пожара.Выбор оптимального метода зависит от конкретных условий, типа стали, характера повреждений и доступности оборудования. Часто необходим комплексный подход, комбинирующий несколько методов для получения наиболее полной и объективной картины.Оценка термического поражения стальных изделий является важной задачей в области проектирования и обеспечения безопасности. Существующие методы предлагают разные подходы к этой задаче, каждый из которых имеет свои уникальные преимущества и недостатки. Совмещение различных методов, включая визуальный осмотр, неразрушающий контроль, разрушающие испытания и компьютерное моделирование, позволяет достигнуть более точной и надежной оценки состояния стальных изделий после термического воздействия. Постоянное развитие технологий и методов оценки поможет специалистам эффективно решать задачи обеспечения безопасности и долговечности стальных конструкций в условиях воздействия высоких температур.
Номер журнала Вестник науки №11 (80) том 3
Ссылка для цитирования:
Михайлов А.А. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ // Вестник науки №11 (80) том 3. С. 1171 - 1176. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/18855 (дата обращения: 28.04.2025 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+