Влияние упругопластической деформации на коррозионно-механические характеристики трубных сталей

• Автор: Зорин, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИИ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Особенности эксплуатации магистральных нефтегазопроводов

подземной прокладки

1.1.1 Условия нагружения и напряженно-деформированное состояние стенки трубопровода
1.2 Материалы, применяемые для изготовления магистральных трубопроводов нефтегазового комплекса
1.3 Влияние коррозионной активности грунтов и перекачиваемого продукта на несущую способность трубопроводов

1.3.1 Основные факторы коррозии под напряжением

1.3.2 Условия зарождения коррозионных трещин и механизмы коррозионного растрескивания
1.3.3 Пластическая деформация при воздействии коррозионноактивных сред
1.3.4 Виды и особенности коррозионных разрушений сварных соединений
1.4 Испытания магистральных трубопроводов внутренним давлением при строительстве и ремонте
1.4.1 Теоретические основы испытания трубопроводов
1.4.2 Испытания трубопроводов
1.5 Цель и задачи работы
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ НА СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ УСТАЛОСТНОМУ РАЗРУШЕНИЮ ОТ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ
2.1 Механизмы формирования рассеянной поврежденности в ферритоперлитных сталях при нестационарном нагружении
2.2 Методика проведения эксперимента
2.2.1 Выбор образцов и испытательного оборудования
2.2.2 Метод меток для искусственных поверхностных трещиноподобных концентраторов напряжений
2.2.3 Методика построения кинетических диаграмм усталостного разрушения
2.3 Циклические испытания на воздухе трубных сталей Х70, 17Г1С и их сварных соединений с различным сроком эксплуатации по критериям механики разрушения
2.3.1 Гистограммы усталостного разрушения

2.3.2 Фрактографические исследования поверхностей усталостного разрушения
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ТРЕГЦИНОСТОЙКОСТЬ ТРУБНЫХ
СТАЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
3.1 Механизмы реализации пластической деформации в кристаллических материалах
3.1.1 Периодичность и стадийность процессов пластической деформации и разрушения при многоцикловой усталости
3.1.2 Механизмы деформационного упрочнения
3.2 Методика проведения испытаний
3.3 Результаты испытаний крупномасштабных образцов с поверхностным концентратором напряжений из стали 20, 09Г2С и
17Г1С после холодной пластической деформации
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТРУБНОЙ СТАЛИ 17Г1С ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
4.1 Испытание плети из труб после длительной эксплуатации с поверхностными концентраторами напряжений типа «вмятина»
4.1.1 Программа испытаний, материалы и оборудование
4.1.2 Тензометрирование деформаций в процессе испытаний
4.1.3 Аналитическое определение упругопластических деформаций в зоне вмятин
4.1.4 Анализ разрушений и деформаций стенки трубной плети
4.2 Коррозионно-механические испытания образцов с поверхностным концентратором напряжений из трубной плети
4.2.1 Методика эксперимента и структурного анализа металла образцов после коррозионно-механических испытаний
4.2.2 Элементы механизма коррозионного растрескивания под напряжением трубной стали 17Г1С в нейтральной среде

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Надежность и полнота обеспечения российских потребителей нефтью и природным газом и увеличение объемов их экспорта в значительной мере зависят от работоспособности и долговечности протяженных систем магистральных нефтегазопроводов, и требования, предъявляемые к этим параметрам, растут из года в год.
Магистральные трубопроводы на всем протяжении своего жизненного цикла испытывают воздействия, характеризуемые различным уровнем упругопластического деформирования стенки трубы: транспортировка труб к месту строительства, монтажно-сварочные работы, длительная эксплуатация в условиях сезонной подвижки и пучения грунтов, техногенное воздействие и т.д.
Известно, что упругопластическое деформирование вызывает сложные и многообразные процессы в структуре кристаллических материалов начиная от мезо- до макроуровня. Эти процессы существенно меняют коррозионно-механические характеристики материалов, особенно если это холодная пластическая деформация. Исчерпание запаса пластичности конструкционными сталями и сплавами обычно связывают со снижением их эксплуатационных характеристик, что часто и определяет существующие технологические нормы при испытании трубопроводов повышенным давлением, при котором в стенке трубы создаются напряжения значительно ниже условного предела текучести.
Статистика отказов нефтегазопроводов показывает, что около 20% разрушений происходит на трубопроводах, находящихся в эксплуатации до 5 лет, что указывает на низкую эффективность существующих режимов испытаний.
Анализируя зарубежный опыт испытания трубопроводов как на стадии строительства, так и при проведении ремонтных работ, видно, что использование, например, стресс-теста, когда в стенке трубы создаются напряже-

- на рост макротрещин влияют интегральные свойства материала, его макроанизотропность, значения и распределение напряжений, а также напряженное состояние в вершине макротрещины, зависящее от ее размеров и конфигурации.
Макроскопическая траектория трещины определяется распределением полей напряжений растяжения и направлением коррозионно-активных путей. В целом макроскопическая траектория трещины ориентирована нормально к действующим напряжениям растяжения. Время коррозионного растрескивания уменьшается по мере повышения температуры в соответствии с законом, близким к экспоненциальному. Такая зависимость обусловлена прежде всего тем, что с повышением температуры интенсифицируются химические, электрохимиические и сорбционные процессы, увеличиваются скорость пластической деформации в вершине трещины.
Согласно приближенному закону Вант-Гоффа с повышением температуры на 10° скорость реакции может увеличиваться в 2-4 раза. Повышение температуры увеличивает пластическую деформацию е и ее скорость ск/сй в соответствии с выражением:
(1е/(1р=Ак ехр[- и/(11 Т)] (1.1)
где и - внутренняя энергия для преодоления барьеров, препятствующих течению металла; АЕ - фактор частоты преодоления барьеров.
Повышение температуры до некоторого значения особенно интенсифицирует деформацию в концентраторе напряжений и, как следствие, в вершине трещины. С одной стороны, среда способствует разрушению, способствуя возникновению начальных концентраторов напряжений вследствие локальных анодных процессов и их развитию при совместном действии среды и напряжений. С другой стороны, коррозионная среда может тормозить рост трещины вследствие "деконцентрации" напряжений, проявляющейся как в общей деконцентрации на поверхности, так и в