Повышение сопротивления разрушению труб большого диаметра классов прочности К60, К65 из малоуглеродистых феррито-бейнитных сталей

• Автор: Струин, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Введение
Содержание

Глава 1. Литературный обзор
1.1 Общие сведения о системе транспорта газа в Российской Федерации
1.2 Современные магистральные газопроводы высокого давления
1.3 Уровень требований к основному металлу и сварным соединениям труб К60, К65
1.4 Производство современных высокопрочных трубных сталей
1.5 Принципы легирования сталей ТМСР
1.6 Подходы к оценке микроструктуры высокопрочных трубных сталей
1.7 Микроструктура сварных соединений труб К60, К
1.8 Распространение вязких протяженных разрушений в газопроводах из труб
1.9 Постановка задач исследования
Глава 2. Материалы и методика исследования
2.1 Материалы для исследования
2.2 Методика исследования
2.2.1 Оценка микроструктуры и фрактография
2.2.2 Механические испытания образцов
2.2.3 Специальные виды механических испытаний
2.2.4 Гидравлические испытания
2.2.5 Полигонные пневматические испытания
Глава 3. Влияние параметров микроструктуры на механические свойства основного металла и сварных соединений труб К60, К
3.1 Микроструктура и механические свойства основного металла труб К60, К65, произведенных по различным технологиям контролируемой прокатки
3.2 Микроструктура и трещиностойкость сварных соединений труб К60, К
3.2.1 Оценка трещиностойкости сварных соединений
3.2.2 Анализ параметров микроструктуры сварных соединений труб К60, К
3.2.2.1 Определение погонной энергии сварки и параметров зерна аустенита на участке крупного зерна вблизи линии сплавления
3.2.2.2 Внутризеренная структура участка крупного зерна ЗТВ труб К60, К65
3.2.3 Механизм распространения трещины на участке крупного зерна вблизи линии сплавления
Выводы по третьей главе
Глава 4. Особенности разрушения сварных труб большого диаметра К60, К
4.1 Закономерности распространения протяженного вязкого разрушения в трубах
4.1.1 Деформации, возникающие при распространении вязкого протяженного разрушения
4.1.2 Энергоемкость распространения трещины
4.1.3 Определение скорости распространения протяженного вязкого разрушения
4.1.4 Определение скорости декомпрессии газа

4.1.5 Влияние сварных соединений на распространение вязкого протяженного
разрушения
4.2 Влияние локальной хрупкости сварных соединений на несущую способность труб 118 Выводы по четвертой главе
Глава 5. Новые методики и критерии оценки сопротивления протяженному
вязкому разрушению основного металла труб
5.1 Испытание образцов Шарпи на ударный изгиб
5.2 Модифицированное испытание трубных сталей с использованием образцов на ударный изгиб
5.3 Испытание образцов на статическую трещиностойкость
5.4 Определение трещиностойкости на стадии стабильного вязкого распространения трещины
Выводы по пятой главе
Общие выводы по работе
Список использованных источников

Введение
Актуальность работы. На сегодняшний день в мире наблюдается устойчивая тенденция к увеличению объема потребления энергоресурсов, основную долю которых составляют углеводороды. Крупнейшая в мире газодобывающая и газораспределительная компания ОАО «Газпром» в настоящий момент активно расширяет и обновляет систему транспорта природного газа в Российской Федерации. Современные магистральные газопроводы прокладывают в сложных климатических условиях в районах северного шельфа, Восточной Сибири, северно-европейской части страны. Для повышения пропускной способности газопроводы проектируют на повышенное давление, не применяемое ранее. При этом подавляющее большинство новых проектов характеризуется экстремально низкими температурами строительства и эксплуатации.
Для данных предельных условий эксплуатации экономически выгодно применение труб большого диаметра, изготовленных из сталей высоких классов прочности (К65 и выше) [1, 2, 3]. Опыт применения труб высоких классов прочности при строительстве магистральных газопроводов на территории Российской Федерации ограничен. Первым и пока единственным проектом магистрального газопровода, реализованным на территории РФ из труб К65, является магистральный газопровод «Бованенково-Ухта», предназначенный для вывода газа с полуострова Ямал в Единую систему газоснабжения. Основньми факторами, сдерживающими широкое применение труб высоких классов прочности, являются: неопределенность в вопросе их сопротивления протяженному вязкому разрушению и относительно низкие свойства сварных соединений в сравнении со свойствами основного металла трубы.
Возникновение риска распространения вязкого протяженного разрушения в современных магистральных газопроводах обусловлено понижением температуры их эксплуатации и одновременным повышением внутреннего давления, вследствие чего увеличилась запасенная энергия сжатого газа. Остановка распространения вязкого разрушения должна обеспечиваться посредством свойств основного металла труб. Существующие подходы к определению уровня вязких свойств основного металла труб необходимого для остановки вязкого разрушения разрабатывались на рубеже 60-70-х годов ХХ-го века для труб «низких» классов прочности, а именно К46-К56 с ударной вязкостью не более 125 Дж/см2. Прогресс сталеплавильного, листопрокатного и трубного производств сделал возможным получения новых типов микроструктур трубных сталей, в результате чего были созданы новые высокопрочные стали класса прочности К65 и выше, а также существенно улучшены вязкие свойства традиционной для трубной промышленности стали класса прочности К60. Показатель вязких свойств стали - ударная вязкость, современных труб К60, К65 выросла более чем в два раза по сравнению со сталями «низких» классов прочности и составляет более 250 Дж/см2. Очевидно, что существующие подходы к определению уровня вязких свойств основного металла необходимого для остановки вязкого разрушения нуждаются в проверке применительно к новым сталям. К настоящему времени предпринято немало усилий для изучения особенностей разрушения высокопрочных сталей при высоком давлении и разработки более корректных методов оценки минимально необходимой вязкости [4, 5]. Тем не менее, все новые методы находятся на стадиях достаточно далеких от завершения и принятия инженерным сообществом. Исследование особенностей разрушения и разработка новых методик оценки сопротивления вязкому разрушению основного металла

Рисунок 1.21. Шлиф сварного соединения [44].
Рисунок 1.22. Влияние содержания ниобия и титана в стали на размер аустенитного зерна [45].