Влияние малоциклового нагружения на структуру и свойства низколегированных трубных сталей

• Автор: Балина, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЕЕ Этапы исследования усталостных повреждений
материалов и конструкций
Е2. Вероятностные методы оценки усталостных
повреждений материалов и конструкций
ЕЗ. Влияние усталостного нагружения на структуру и
свойства сталей
1.4. Оценка эксплуатационных повреждений низколегированных трубных сталей
1.5. Применение низколегированных трубных сталей
1.6. Цель работы и задачи исследования
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор материалов
2.2. Механические испытания
2.3. Исследования структуры материала
2.4. Измерение внутренних напряжений
2.5. Статистическая обработка результатов исследований
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Труба из стали Х60 магистрального газопровода
3.1.1. Испытания при однократном нагружении
3.1.2. Испытания при циклическом нагружении
3.2. Труба из стали Х60 межпромыслового нефтепровода
3.2.1. Испытания при однократном нагружении
3.2.2. Испытания при циклическом нагружении

3.3. Труба из стали 09Г2С магистрального нефтепровода
3.3.1. Испытания при однократном нагружении
3.3.2. Испытания при циклическом нагружении
3.4. Влияние пластической деформации на свойства низколегированных трубных сталей в коррозионной
среде
4 АПРОБАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Исследования фрагмента трубы из стали 09Г2С
магистрального нефтепровода после разрушения
4.2. Методика определения величины пластической деформации материала
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных факторов, определяющих продолжительность безопасной эксплуатации изделий машиностроения, является сопротивление материалов усталостному разрушению, так как большинство механизмов и конструкций испытывает в процессе эксплуатации воздействие циклических нагрузок. Среди промышленных объектов, подвергающихся усталостному нагружению, особое место занимают трубы для магистральных и промысловых трубопроводов. Ущерб от усталостного разрушения трубы многократно превосходит ее стоимость. Большинство современных работ посвящены исследованиям поведения материалов в многоцикловой области, в тоже время ряд металлоконструкций, в частности трубопроводы, в процессе эксплуатации подвергаются малоцикловым нагрузкам, вызывающим пластическую деформацию, однако эти проблемы мало изучены. Существующие методы оценки эксплуатационных повреждений в трубах требуют больших затрат (например, проведение внутритрубной диагностики) или затруднены, из-за множества сложным образом меняющихся внешних воздействий, и кроме того не позволяют оценить величину начальной стадии пластической деформации материалов и их деградации.
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению поведения низколегированных трубных сталей при нагружении в малоцикловой области с использованием современных методов исследования структуры и свойств материалов. В работе содержатся данные по номенклатуре выпускаемых промышленностью и находящихся в эксплуатации труб из низколегированных сталей, определены характеристики малоцикловой усталости исследуемых сталей, установлены основные закономерности влияния малоциклового нагружения на величину пластической деформации, внутренних напряжений, твердость, коэрцитивную силу, структуру, коррозионную стойкость. Выполненные исследования позволяют глубже

измерения твердости, величины пластической деформации, а также макро- и микроструктура образцов представлены на рисунках 3.1, 3.2. Максимальное изменение твердости фиксируется в области пластических деформаций порядка 10%. Наблюдаются искажения направления полосчатости структуры (рис. 3.16), появление линий скольжения, а при больших деформациях — образование пористой структуры. Образование линий скольжения и изменение направления характерной полосчатости структуры происходит при пластической деформации около 0,5%. При увеличении деформации до 2% линии скольжения видны наиболее отчетливо. Дальнейшее увеличение деформации до 10-15% приводит к разрыхлению материала и образованию пор. Уменьшение твердости при деформации 15% можно объяснить разрыхлением материала, хотя плотность дислокаций увеличивается и следует ожидать также повышения твердости. При деформации более 10% на микрофотографиях каких-либо изменений структуры не наблюдается. Полученные данные свидетельствуют о возможности определения величины пластической деформации в пределах 0,5-10 % по характерному изменению структуры.
Информативным параметром, свободным от абсолютных размеров зерна трубы до нагружения, является полосчатость структуры. Именно по характерным изменениям структуры возможно определение области пластической деформации. Появление линий скольжения является дополнительным параметром, свидетельствующим о пластической деформации. Изменение твердости можно использовать для определения величины пластической деформации только при наличии данных о твердости материала до деформации, т.к. величина изменений находится в пределах плавочного разброса механических свойств.