<<
>>

Гипотеза влияния неметаллических включений на КРН

В научно-технической литературе по проблеме стресс-коррозии марочный состав сталей в аварийных трубах освещён достаточно широко [47]. Представлены многочисленные данные экспертных исследований состава, структуры и свойств сталей в аварийных трубах [68, 105]. Од­нако, попытки их обобщения с целью выявления характеристик, контролирующих чувствитель­ность к растрескиванию, не дали положительного результата [104, 70].

В 50-60-х гг. трубы большого диаметра изготавливались из горячекатаных и нормализо­ванных стальных листов.

Данные стали содержали до 0,2 % углерода и 1,5 % марганца, соответ­ствовали по пределу текучести марке ст. Х60. Дальнейшее повышение прочности металла было достигнуто в начале 70-х гг. за счет уменьшения размеров зерна - совершенствования структуры в процессе термомеханической обработки по методу контролируемой прокатки с одновремен­ным уменьшением процентного содержания углерода до 0,12 %. В результате были получены низколегированные высокопрочные трубные стали с номинальным пределом текучести 460 МПа (Х65), 480 МПа (Х70), что позволяло при тех же толщине стенки и диаметре труб обеспечивать повышенные уровни рабочих давлений или увеличивать диаметр труб до 1220 и 1420 мм на ра­бочие давления соответственно 10 и 7,35 МПа [137]. В начале XXI века освоено производство труб большого диаметра из высокопрочных марок стали GRS 550 ТМ (Х80, XI00) с минималь­ным пределом текучести 550 МПа, которые включены в американский стандарт API на рабочее давление до 10 МПа и более [33, 77, 207]. Таким образом, принята концепция сооружения га­

зотранспортных систем из труб с повышенными прочностными показателями, позволяющая су­щественно снижать металлоемкость и другие показатели эксплуатации и строительства систем [208].

Данных о том, что существуют определенные группы стресс-коррозионностойких сталей, не имеется, но лабораторные испытания показывают заметные отличия в чувствительности к КРН различных трубных сталей [70, 211, 200]. Отмечается, что, главным образом, аварийные разрушения включают группу высокопрочных сталей Х65 - Х70. Однако, в связи с тем, что офи­циально зарегистрировано немного аварийных разрушений этой формы КРН и не проведено си­стематической лабораторной оценки чувствительности к ней различных сталей, вряд ли можно утверждать, что эта проблема только сталей Х65, Х70 как сталей повышенной прочности [120]. В отчете Комиссии Национального Совета по энергетике Канады [217], посвященном КРН при низком (близком к нейтральному) pH, указывается, что растрескивание этого вида зарегистриро­вано в трубах, изготовленных из сталей категорий прочности от Х35 до Х65. Систематические исследования влияния состава трубных сталей на КРН при низком pH не проведены ни в России, ни за рубежом. Имеются попытки распространить закономерности, полученные при исследова­ниях «КРН при высоком pH» на «КРН при низком pH». В частности, отмечается влияние хрома, никеля и молибдена в количествах от 2 до 6 % на повышение трещиностойкости сталей [161].

По результатам некоторых экспертных исследований труб, отмечена связь аварийных раз­рушений с недостаточной чистотой трубных сталей по неметаллическим включениям, так как неметаллические включения оказывают влияние на надежность конструкции во всех стадиях жизненного цикла металла: от «рождения» - выплавки, при фазовых переходах в процессах тер­мической обработки, при работе в конструкции и до ее «гибели» вследствие коррозионно-меха­нического или иного типа разрушения [134, 135, 170].

Согласно данным исследованиям, проявление действия неметаллических включений в процессе деформации металла при прокатке листа-заготовки для трубы в общем случае можно описать следующим образом. Включения прежде всего являются инициаторами скольжения, в направлении которых возникают вакансионные потоки и зарождаются дислокационные источ­ники. Происходит коагуляция, вакансий с образованием первичного нарушения сплошности гра­ницы «металл-включение» [137]. В процессе формовки трубны на прессах, правки труб в экспан­дерах, описанная выше неоднородность структуры металла и аномальность в распределении не­металлических включений в исходном трубном листе, ввиду различия пластических свойств участков листа, вносят свой вклад в общую неравномерность распределения остаточных дефор­маций по сечению трубы. При этом также легкоплавкие включения могут быть доведены до тем­пературы плавления при трении, разупрочняя тем самым материал полосчатой структуры мат­

рицы и образуя локальные расслоения [158]. Во время эксплуатации, т.е. при низкотемператур­ной деформации стали ниже температуры рекристаллизации, вокруг неметаллических включе­ний (как хрупких, так и пластичных) возрастает плотность дислокаций, в которых накапливаются атомы азота и водорода, образуя скопления, называемые «облаками Коттрелла». В этих зонах активизируется процесс деформационного старения, при котором прочность и твердость повы­шаются, а пластичность и вязкость понижаются [208]. В объеме хрупких включений концентри­руются остаточные термические напряжения, приводящие к локальной пластической деформа­ции - растяжению металла и возникновению зон предразрушения в металлической матрице. В объеме пластичных включений с пористой структурой происходит накопление упругой энергии деформации, аккумулируемой сжатым газом, содержащимся в пористой массе включений и ва­кансиях, дислокациях, в окружающей металлической матрице.

Влияние неметаллических включений подтверждается в исследовательских работах по ре­зультате проведения внутритрубной дефектоскопии трансканадских трубопроводов (British Gas in-line inspection). Участки трубопроводов, подверженные КРН, имели большую загрязненность по неметаллическим включениям в продольном сварном шве. Основной металл труб был чистым как по примесям, так и по металлическим включениям [211].

В ГНЦ ЦНИИчермет им. И.П.Бардина проведена оценка влияния металлургических фак­торов на КРН при низком pH (испытания в суспензии грунта) металла труб, используемых в стро­ительстве магистральных трубопроводов в 80-х годах [70]. Исследованный металл имел разный марочный состав и разные температурнодеформационные условия прокатки. По способу произ­водства (нормализация, контролируемая прокатка, термоулучшение) исследованный металл представлял все основные способы производства листа для труб по состоянию на период строи­тельства современных действующих газопроводов. Экспериментально подтверждено наблюдае­мое на практике пониженное сопротивление «КРН при низком pH» сталей контролируемой про­катки. В качестве основной причины указываются неблагоприятные температурно-деформаци­онные условия прокатки. Показано, что они обусловливают получение структуры, обладающей повышенной способностью захватывать водород, по сравнению со структурами, получаемыми после нормализации или термоулучшения. Особенно сильными ловушками водорода в сталях контролируемой прокатки показали себя сульфиды. Вместе с тем чувствительность к чистоте по сере и неметаллическим включениям оказалась относительно невысокой: при повышении чи­стоты стали Х60 по сере и неметаллическим включениям в 2 и 1,5 раза соответственно прирост долговечности составлял не более 15 %. Большое влияние на возникновение стресс-коррозии че­рез чувствительность к локальным видам коррозии обнаружено при испытаниях образцов с раз­ным состоянием поверхности. «Заводская» поверхность трубы показала в несколько раз более высокую подверженность локальной коррозии, чем механически обработанная.

Но подходя к практическому значению теории о неметаллических включениях как основ­ной причине КРН, на практике главенствующим является мнение, что в современных условиях экономичное коррозионностойкое легирование невозможно, так как количество легирующих до­бавок, достаточных для подавления КРН, находится на уровне, характерном для нержавеющих сталей. Это выходит за рамки экономической целесообразности [85, 166, 201, 210, 211].

Однако, нельзя исключать возможность оптимизации производства труб с целью прида­ния им металлургической стресс-коррозионной стойкости за счет оптимизации сквозной техно­логии производства современных трубных сталей, включая оптимизацию состава, термомехани­ческих режимов контролируемой прокатки, уменьшение размера зерна и регулирование состоя­ния поверхности [213]. Однако, в настоящее время металлургические принципы повышения стойкости стали только разрабатываются, и, очевидно, что это не столь актуально для уже по­строенных трубопроводов, чем физико-механические и электрохимические особенности разви­тия стресс- коррозионных разрушений [148].

Если рассматривать проблему КРН на магистральных газопроводах с более практических позиций, то основные негативные проявления — это аварии, происходящие на уже построенных трубопроводах в результате развития дефектов в трубах, произведенных в 70-е и 80-е годы. Сле­дует перейти к обобщению материалов по авариям и рассмотреть технологические особенности производства двушовных труб большого диаметра, из которых построено большинство маги­стральных газопроводов.

1.3.4

<< | >>
Источник: Афанасьев Алексей Викторович. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОЦЕНКИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. САМАРА - 2019. 2019

Еще по теме Гипотеза влияния неметаллических включений на КРН:

  1. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛА ВОКРУГ СТРЕСС-КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ И ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА РАЗВИТИЕ И МОРФОЛОГИЮ ТРЕЩИН
  2. Влияние термоциклических процессов на развитие КРН
  3. Статистика влияния типа грунтов на распространение КРН
  4. Влияние уровня механических напряжений и циклических изменений давления на развитие трещин КРН
  5. Оценка влияния мелких дефектов КРН на механические характеристики трубы
  6. Влияние углеродных активаторов на процессы структурирования в электродных материалах
  7. Влияние активаторов на зарядно-разрядные процессы
  8. ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С ВОЗДУШНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА
  9. 4.1 Технологический фактор распространения КРН
  10. Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019, 2019
  11. Роль среды, провоцирующей КРН
  12. Морфологические формы КРН, обнаруженные при обследовании объектов ЕСГ
  13. Применение ингибиторов КРН
  14. Электронная микроскопия спектрометрия дефектов КРН
  15. Эффективность ВТД при поиске дефектов КРН
  16. Усталостные испытания дефектов КРН
  17. 1.1. Масштаб и история изучения проблемы стресс-коррозии (КРН)