Розроблення методу оцінки якісних змін матеріалів нафтогазового обладнання за комплексом фізичних характеристик

Abstract

Досліджено особливості мікроструктурих змін матеріалів металоконструкцій в процесі експлуатації. Встановлено основні фізичні параметри, що зазнають змін внаслідок змін в мікроструктурі. Проаналізовано сучасний стан методів та засобів проведення структуроскопії. Проведено дослідження якісних змін фізичних параметрів матеріалів в залежності від зміни мікроструктури. Проведено дослідження щодо для одержання основних параметрів мікроструктури з використанням нових методів обробки металографічних зображень, а також фізичних характеристик матеріалу з використанням методів і засобів, що грунтуються на різних фізичних принципах. Встановлений оптимальний комплекс фізичних параметрів, що найкраще корелюють з вибраними параметрами мікроструктури. З використанням алгоритмів штучних нейронних мереж одержані функції апроксимації параметрів мікроструктури, а саме співвідношення перліт/ферит та середній діаметр зірна, від твердості, коерцитивної сили та магнітного індукційного параметру, що характеризує частоту електромагнітних коливань індуктивного перетворювача. Розроблено методологію оцінювання якості матеріалу шляхом визначення параметрів мікроструктури за комплексом фізичних характеристик для подальшого їх використання для розрахунків механічних характеристик матеріалів та оцінювання ступеню деградації матеріалу.

Диссертация посвящена вопросу оценки качества материалов нефтегазового оборудования путем оценки микроструктурных изменений за комплексом физических характеристик. Анализ процессов деградации структуры разных типов сталей и ее последствий показал, что показателями деградации структуры металла, которые стоит поддавать диагностике, есть изменение размеров и ориентации зерен отдельных структурных фаз со временем, морфологическое изменение отдельных фаз и изменение их соотношения в структуре, что значительно влияют на изменение отдельных физических свойств материалов, а, особенно, - структурно чувствительных параметров, выделение вторичных фазовых составляющих (например, карбидов легирующих элементов или низкотемпературных модификаций металла из высокотемпературной) из основных фаз и распределение их по границах зерен, группирования в отдельные зоны. Во втором разделе проведено качественное изучение процессов изменения физических структуруо чувствительных свойств ферритных сталей. На основе результатов изучения особенностей изменения магнитных свойств, электрического сопротивления, теплопроводной характеристику и твердости, избранные параметры выбраны для дальнейших исследований относительно определения корреляции между этими параметрами и параметрами микроструктуры. Третий раздел содержит методику и результаты экспериментальных исследований по установлению зависимости избранных информативных физических параметров от параметров микроструктуры отобранных образцов разных марок сталей. Определены зависимости отдельных физических свойств сплавов от характеристик микроструктуры - соотношения перлит/феррит и среднего диаметра зерна, а также определен оптимальный комплекс физических свойств с наилучшей корреляцией их с параметрами микроструктуры. Использование алгоритмов нейронных сетей позволило получить зависимости микроструктурных характеристик от комплекса физических свойств в аналитическом виде. Четвертый раздел посвящен разработке методологии оценки качества материала путем определения параметров микроструктуры за комплексом физических характеристик для дальнейшего их использования для расчетов механических характеристик материалов и оценки степени деградации материала, которая прошла успешную промышленную апробацию в условиях РВУ «Львовавтогаз» и НПФ «Зонд» и внедрена в нормативных документах нефтегазовой отрасли.

Dissertation is devoted to assessing the quality of oil and gas equipment materials by evaluating complex microstructural changes with physical characteristics. The features of the microstructural changes of metal materials during operation are investigated. The basic physical properties that are experiencing changes due to changes in the microstructure are identified. The current state of methods and means of structurescopy are analized. The investigation of qualitative changes in the physical parameters of materials depending on the change of the microstructure are studied. The main parameters of the microstructure with using new methods of metallographic image processing were obtained, as well as the physical characteristics of the material using the methods and tools that are based on different physical principles were measured. The optimal set of physical parameters that best correlated with the selected parameters of the microstructure is established. Approximation functions of microstructure parameters such as a ratio of pearlite/ferrite and the average grain diameter with the hardness, coercitiviy, magnetic induction parameter which characterizes the oscillation frequency of the electromagnetic inductive transducer are obtained by using artificial neural networks algorithm. A methodology for assessing the quality of the material by determining the microstructure parameters with the complex of physical characteristics for further use in the calculation of materials mechanical characteristics and material degradation assessment is developed.