Технические науки / 2.Механика

Д. т. н. А.И. Айнабеков, д. т. н. У.С. Сулейменов, к.ф.-м.н. Г.Ш. Омашова, Л.С. Алдашева

Южно-Казахстанский государственный университет имени М. Ауезова, Казахстан

Влияние длительности эксплуатации газопроводов на характеристику вязкости трубной стали

В настоящее время длительность эксплуатации магистральных трубопроводов составляет примерно 20-30 лет. В связи с этим возникает необходимость оценки их текущего состояния и прогнозирования остаточного ресурса. Длительная эксплуатация трубопроводов приводит не только появлению микродефектов, но и к изменению механических свойств металла труб и сварных соединений. Современные методы диагностики позволяют получать информацию о наличии повреждений, из размерах и местонахождении в трубе, однако на сегодня полностью не изучены закономерности влияния времени эксплуатации магистральных трубопроводов на уровень вязкости стали, величина который определяет степень опасности как исходных, так и накопленных в процессе, эксплуатации дефектов.

В литературе имеются работы в которых было установлено, что длительная эксплуатация приводит к увеличению пределов текучести и временного сопротивления разрушению стали и уменьшению относительного сужения. [1,2] Эти данные свидетельствуют об охрупчивании стали после длительный эксплуатации, однако не позволяют, напрямую оценить степень снижения ее вязкости и спрогнозировать опасность имеющихся в трубе дефектов.

В связи с этим цель работы заключалась в количественной оценке степени снижение вязкости трубной стали 17 ГС после двадцати пяти лет эксплуатации и в анализе влияния этого снижения на способность стали сопротивляется хрупкому разрушению.

Объектом исследования служил основной металл участка газопровода Сарыагашского ГУ ЮКО Республики Казахстан и сталь из трубы той же партии поставки, но не претерпевшей эксплуатацию. Химический состав стали приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав стали 17ГС

Источник	С	Si	Мп	Сг	Ni	Сu	S	P
ГОСТ 19281-89, ТУ 14-3-109-73	0,14... 0,20	0,4... 0,6	1,0... 1,4	<0,30	<0,30	<0,30	<0,04	<0,035
Микроанализ состаренный стали	0,17	0,42	1.23	0.13	0,21	0,17	0,02	0,02
Микроанализ архивный стали	0,16	0,45	1,24	0,17	0,18	0,09	0,02	-

Механические свойства сталей исследовали на образцах, вырезанных из трубы вдоль направления прокатки.

Результаты стандартных испытаний металла труб приведены на рисунках 1 и 2

---- состаренная сталь, - архивная сталь

Рисунок 1 -Зависимость предела текучести стали 17ГС от температуры

---- состаренная сталь, - архивная сталь

Рисунок 2-Зависимость относительного сужения

стали 17ГС от температуры

Как видно из рисунков, в процессе эксплуатации наблюдаетс увеличение предела текучести и снижение относительного сужения стали. Это означает, что основным фактором обуславливающим снижение вязкости стали после длительной эксплуатации, является увеличение предела текучести стати. Рост предела текучести связан, по-видимому, с изменением субструктуры стали в процессе ее старение при эксплуатации трубопровода.

Особый интерес с точки зрения оценки сопротивляемости газопроводов разрушению, представляет влияния длительности эксплуатации на ударную вязкость стали т.к. ударная вязкость является основной нормируемой характеристикой трубной стали.

Температурные зависимости ударной вязкости архивной и состаренной стали, полученных испытаниями образцов Шарпи по ГОСТ 9454-78 приведены на рисунке 3.

Анализ рисунка показывает, что время эксплуатации значительно влияет на ударную вязкость стали, снижая ее до 50% процентов в зависимости от температуры. В связи с этим возникает необходимость ее учета в расчетах и оценке трещиностойкости трубной стали.

Рисунок 3- Зависимость ударной вязкости стали 17ГС от температуры

На рисунке показано изменение расчетных значении критических температур для архивной и состаренной стали, которая указывает на значительное смещение их в процессе эксплуатации. Данное смещение критических температур может привести к изменению характера разрушения. В случае вязкого разрушения она может перейти в квазихрупкое или хрупкое разрушение, а следовательно, приводит к необходимости пересмотра выбранных на начальном этапе критериев разрушения.

Литература

1. Лякишев Н.П., Кантор М.М., Белкин А.А., Тимофеев В.Н. Об оценке влияния длительной эксплуатации на механические свойства и структуру металла магистральных нефтепроводов / Заводская лаборатория. 2007. №1. -С. 75-82.

2. Сосновский Л.А., Воробьев В.В. Влияние длительной эксплуатации на сопротивление усталости трубной стали/ Проблема прочности. 2000 №6. -С. 44-53.