Вплив корозійного середовища на інтенсивність руйнування труб магістральних газонафтопроводів

Abstract

У дисертації наведено обірунтування і вирішення науково технічної задачі, яка полягає у встановленні умов корозійно-втомного руйнування сталей трубопроводів у взаємозв’язку з параметрами фізико-механічного стану металу та механізму впливу робочого корозійного середовища. Експериментально встановлено, що метод внутрішнього тертя металів дає можливість якісно оцінювати ступінь деградації трубної сталі 17Г1С під час її експлуатації. Для всіх середовищ випробувань (лабораторне повітря, дистильована вода, модельний розчин водного конденсату 3%-ний водний розчин NаСl) параметри циклічної довговічності експлуатованої сталі 17Г1С є нижчими порівняно з неексплуатованою сталлю. Однак, якщо період зародження тріщини зменшується тільки на 10... 20%, то спад періоду поширення тріщини становить 17... 20%. Довговічність труб зі сталі 17Г1С з додаванням рідкоземельних металів збільшується на стадії поширення втомної тріщини за рахунок росту циклічної в’язкості руйнування порівняно зі звичайною сталлю. У дослідженнях зварних з’єднань показано, що матеріал зони термічного впливу ремонтних зразків зварних з’єднань сталі 17Г1С є більш чутливим до окрихчення порівняно з матеріалом зони термічного впливу вихідних зразків.

В диссертации приведено обоснование и решение научно-технической задачи, которая заключается в установлении критериев коррозийно-усталостного разрушения сталей трубопроводов во взаимосвязи с параметрами физико-механического состояния металла и механизма влияния рабочей коррозионной среды.

Изучено влияние таких эксплуатационных факторов, как асимметрия цикла, частота нагрузки, форма цикла нагрузки, температура испытаний, толщина образцов, предыдущего пластического деформирования, наводораживания, суммарного воздействия предварительного пластического деформирования и наводораживания, а также электрохимических характеристик системы «металл -среда» на развитие коррозионно-усталостного разрушения. Установление достоверных параметров, которые его описывают в материалах нефтегазопроводов, должно происходить в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. Полученные в результате этого значения характеристик циклической трещиностойкости позволяют наиболее точно описывать кинетику роста усталостных трещин в материалах нефтегазопроводов. Для всех сред испытаний (лабораторный воздух, дистиллированная вода, модельный раствор водного конденсата, 3%-ный водный раствор NaCl) параметры циклической долговечности эксплуатируемой стали 17Г1С ниже по сравнению с неэксплуатируемой сталью. При этом, если период зарождения трещины уменьшается только на 10...20%, то уменьшение периода распространения трещины составляет 17... 20%. Экспериментально установлено, что метод внутреннего трения металлов позволяет качественно оценивать степень деградации трубной стали 17Г1С во время ее эксплуатации. Изучали также влияние количества добавок редкоземельных металлов на коррозионную прочность трубных сталей. Долговечность труб из стали 17Г1С с добавками редкоземельных металлов увеличивается на стадии распространения усталостной трещины за счет роста циклической вязкости разрушения Кfc по сравнению с обычной сталью. Содержание добавок редкоземельных металлов сверх оптимального является нерациональным, поскольку свойства трубной стали 17Г1С от этого практически не меняется. При исследовании сварных соединений испытывали образцы двух типов: 1-исходные образцы (сварное соединение двух неэксплуатированных труб); 2 -ремонтные образцы (сварное соединение катушки трубы запаса с эксплуатируемой трубой). Показано, что материал зоны термического влияния ремонтных образцов сварных соединений стали 17Г1С более чувствителен к охрупчиванию, чем материал зоны термического влияния исходных образцов. С использованием разных схем нагрузки и наводораживания опытных образцов установлено, что материал зоны термического влияния ремонтных образцов сварного соединения стали 17Г1С более чувствителен к водородному охрупчиванию по сравнению с материалом зоны термического влияния исходных образцов. Разработаны установки для оценки деградации трубных сталей методом внутреннего трения и изучения их циклической трещиностойкости С компьютеризованной измерительной системой, которая позволяющие контролировать процесс циклической нагрузки образца и его деформацию.

The Dissertation gives justification and solution to scientific and technical task which is in determination of pipeline steels corrosion and fatigue fracture candidness being interrelated with the parameters of physical and mechanical state of metals and mechanisms of working corrosive medium impact. It has been experimentally proved that internal fraction of metals enables to qualitatively evaluate the level of pipe steel 17Г1С degradations during its operation. For all testing environments (laboratory air, distilled water, modal solution of water, modal solution of water condensate 3% aqueous solution NaCl) the parameters of cyclic longevity of operational steel 17Г1С are lower in comparison with non-operational steel.