Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой

• Автор: Михалев, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ухта
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РЕСУРСА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Анализ существующих подходов к оценке ресурса машин и конструкций

1.2. Изменение структуры и свойств металла при старении

1.3. Изменение структуры и свойств металла при усталости

1.4. Методы выявления процессов старения и усталости в металлах

1.4.1. Металлографический анализ структуры

1.4.2. Методы электронной микроскопии

1.4.3. Механические испытания

1.4.3.1. Определение и оценка предела макроупругости

1.4.4. Магнитные методы
1.4.5. Оценка состояния металла по результатам тестирования ТМН
1.4.5.1. Влияние напряженного состояния на результаты измерения ТМН
1.5. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ТВЕРДОСТИ С МАЛОЙ НАГРУЗКОЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
2.1. Приборы для тестирования ТМН
2.2. Оценка свойств распределения значений ТМН с использованием методов описательной статистики
2.3. Исследования влияния напряжений в металле на результаты тестирования ТМН с использованием лабораторных образцов
2.3.1. Образцы для испытаний и их подготовка
2.3.2. Оборудование для создания напряжений в металле
2.3.3. Исследование однородности изменения распределения значений ТМН по поверхности испытуемого металла
2.3.4. Исследование влияния механических напряжений на свойства распределения значений ТМН
2.3.4.1. Установление времени изменения распределения значений ТМН
при наличии напряжений в металле
2.3.4.2. Установление степени влияния напряжений на распределение ТМН в зоне упругих деформаций
2.3.4.3. Исследование изменения распределения значений ТМН при поэтапном и полном разгружении образцов
2.4. Исследования влияния напряжений в металле на результаты тестирования ТМН с использованием лабораторного стенда
2.4.1. Описание стенда
2.4.2. Ход испытаний
2.4.3. Анализ результатов
2.5. Выводы по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОСТИ С МАЛОЙ НАГРУЗКОЙ ОБРАЗЦОВ ИСПЫТАННЫХ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ
3.1. Образцы для испытаний
3.2. Результаты испытаний на ударный изгиб и макроструктурный анализ излома
3.3. Измерение ТМН образцов
3.4. Анализ полученных результатов
3.5. Проверка достоверности полученных результатов
3.6. Влияние температуры материала на тестирование ТМН
3.7. Анализ результатов
3.8. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕСУРСНЫЕ СТЕНДОВЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛА ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
4.1. Сущность испытаний

4.2. Описание стенда
4.3. Проведение испытаний
4.4. Оценка изменения параметров распределения твердости с малой нагрузкой во времени
4.4.1. Анализ результатов
4.5. Ресурсные испытания образцов металла длительно эксплуатируемых газопроводов
4.5.1. Образцы и оборудование для испытаний
4.5.2. Расчет параметров нагружения образцов испытательной машиной юз
4.5.3. Ход испытаний
4.5.4. Результаты испытаний
4.6. Методика оценки остаточного ресурса основного металла труб нефтегазопроводов на основе измерения твердости с малой нагрузкой
4.7. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В рассмотренных работах [45, 47, 48, 85] доказано, твердость с малой нагрузкой является наиболее оптимальной для оценки состояния металла нефтегазопроводов в условиях эксплуатации. Это обусловлено с одной стороны возможностью измерять твердость отдельных структурных составляющих стали, с другой - малой критичностью к условиям измерения, отличающимся от лабораторных: вибрации, некачественная подготовка поверхности/высокие или низкие температуры и т.д. Кроме этого, метод измерения с малой нагрузкой реализуют портативные ультразвуковые твердомеры, достоинством которых является малый вес, высокая скорость измерения, высокая точность измерения, вследствие определения величины отпечатка под нагрузкой, а не после извлечения индентора.
Как было сказано ранее, пересыщенный твердый раствор углерода в феррите с течением времени распадается с выделением частиц карбидов. В трубных (мелкозернистых) сталях углерод уходит на границы зерен и в металле труб образуются зернограничные карбиды. [69, 102] Соответственно, происходит упрочнение границ зерен с единовременным снижением твердости самих структурных элементов. Это, предполагается, не сказывается на изменении механических характеристик в макрообъеме.
Так как по результатам исследования изменения свойств стали во времени [69, 102] с использованием стандартных методов оценки механических свойств металла нельзя сделать однозначных выводов о развитии процессов старения стали, но это может быть подтверждением факта отсутствия изменений механических свойств стали в макрообъеме при протекании процессов старения. Поэтому следует обратить внимание на изучение изменений свойств стали магистральных трубопроводов в микрообъеме.
Наиболее подходящим для оценки свойств стали в микрообъеме из существующих ныне является метод определения твердости с малой нагрузкой, базирующийся на применении современных приборов - ультразвуковых твердомеров.
Диаметр отпечатка, оставляемого на поверхности металла инденторами датчиков (с регулируемым усилием 10-15 Н) ультразвуковых твердомеров для диапазонов твердости, соответствующих твердости исследуемых сталей, составляет 0,07 мм. Поскольку отпечатки имеют квадратную форму, не составляет труда определить площадь отпечатка, равную 2450 мкм2. Подобное значение подтверждается при рассмотрении отпечатков индентора в металлографический микроскоп. Фотография отпечатка представлена на рисунке 1.6.