Способ оценки работоспособности труб из малоуглеродистой низколегированной стали


 

C21D1/55 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2418076:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к диагностике ресурса работоспособности труб магистральных трубопроводов. Для получения достоверных знаний о стадии и возможности эксплуатации трубопровода с периодом эксплуатации более 30 лет на действующем трубопроводе подготавливают микрошлиф, закрепляют на трубопроводе микроскоп, сравнивают видимое изображение микрошлифа с эталонами микроструктуры по ГОСТ 8233, определяют дисперсность пластинчатого и зернистого перлита, и при зернистости перлита 35-100% констатируют эксплуатационную надежность трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к диагностике ресурса работоспособности труб магистральных трубопроводов, изготовленных из ферритно-перлитных сталей и подвергающихся цикловому усталостному воздействию при больших сроках эксплуатации, характерен значительный разброс.

Известны различные лабораторные методы исследования труб газо- и нефтепроводов, при которых исследуются образцы сталей.

В журнале "Заводская лаборатория. Диагностика материалов", 2008, № 3, с.38 описана комплексная диагностика труб метанолопровода. Исследование включало металловедческую диагностику, химический анализ материала труб и оценку его механических свойств. В ходе испытаний были изготовлены металлографические шлифы для определения неметаллических включений в стали и определения величины зерна сталей. Указано используемое оборудование. При изучении микроструктуры металла труб исследовался характер его ферритно-перлитной структуры, и по оценке полосчатости перлита и величине зерна металла по ГОСТ 5639 и 5640 оценивается изотропность металла.

Недостатки: известный анализ применен в отношении металла труб с фактическими дефектами; эксплуатационная пригодность оценивается по повторным испытаниям на прочность под давлением; для проведения исследований из трубы вырезают образцы.

В работе "Влияние ударной вязкости на прочность трубопровода" отмечается, что в настоящее время срок эксплуатации значительной части магистральных трубопроводов превышает амортизационный срок [см. научно-технический журнал "Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов". - 3(69). - 2007. - Уфа: Институт проблем транспорта энергоресурсов]. Отмечается, что при длительной эксплуатации трубопроводов свойства металлов изменяются: сохраняется предел прочности σв, повышается предел текучести στ, снижается относительное удлинение δ, снижается вязкость разрушения КС и др. Неоднозначны оценки разных специалистов по поводу допустимости определенных изменений в металле эксплуатируемых труб. Предложен расчетный метод оценки безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов путем определения ударной вязкости металла и ее влияния на допустимое рабочее давление трубопроводов. Рекомендации основаны на определении ударной вязкости путем испытания образцов по ГОСТ 9454.

Процесс старения и изменения механических характеристик металла труб не всегда приводит к снижению прочности и ударной вязкости металла труб. Более надежные оценки механических характеристик трубных сталей в отношении старого оборудования основываются на металлографическом анализе.

Известен также экспресс-анализ микроструктуры и механических свойств металлов с помощью переносного металломикроскопа, например, портативного микроскопа типа МПМ-1, используемый НПО Техкранэнерго [http://www.tke.ru/node/208].

Целесообразность применения переносного металломикроскопа обоснована тем, что вырезка образцов затруднительна из деталей действующего оборудования, особенно это касается старого и импортного оборудования.

Известный метод включает следующие действия.

1. Выделяют контрольные участки, в первую очередь исследуются аварийные участки, подвергшиеся недопустимым воздействиям (температура, давление и пр.).

2. На выбранном месте приготавливается микрошлиф в виде пятна 15-20 мм. Для этого поверхность металла очищается от накипи, ржавчины, окалины и различных повреждений, при необходимости снимается обезуглероженный слой. В качестве инструмента используют, например, автономную электродрель с различными насадками; зернистость шлифовального материала в процессе зачистки последовательно убывает до 600.

3. Осуществляют травление - заключительный этап в приготовлении шлифа. Обычно, для малоуглеродистой низколегированной стали используется 4% раствор азотной кислоты в спирте. Шлиф промывают и просушивают.

4. Микроскоп устанавливают и фиксируют на контролируемом шлифе. Предлагаемое увеличение от 100 до 800 крат.

5. Заключение составляют на основе субъективной оценки специалиста-металловеда и включает в себя словесное описание микроструктуры: общее распределение феррита и перлита, их форма, примерное содержание углерода, размер зерен и полосчатость ферритно-перлитной структуры по ГОСТ 5639 и 5640.

Описанный известный способ, основываясь на тщательном выборе места исследования и подготовке анализа, объективно оценивает лишь наличие дефектов, а оценка структуры по увеличенному рисунку шлифа не связывается с механическими характеристиками металла и эксплуатационной надежностью изделий из него.

Техническая задача изобретения состоит

- в получении достоверного знания о стадии и возможности эксплуатации металлических трубопроводов с периодом эксплуатации более 30 лет;

- в упрощении анализа путем выбора удобных и доступных критериев оценки, которые могут быть использованы не только квалифицированными специалистами, но и персоналом по обслуживанию трубопроводов.

Способ диагностики работоспособности труб из малоуглеродистой низколегированной стали, выработавших нормативный ресурс, включающий выбор участка, анализ на действующем трубопроводе, приготовление микрошлифа путем шлифования с убыванием зернистости шлифовального материала, травления, промывки и просушивания микрошлифа; закрепление на трубопроводе микроскопа с фиксацией окуляра на микрошлифе при увеличении в 500, сравнение видимого изображения микрошлифа с эталонами микроструктуры по ГОСТ 8233-56, определение количественной характеристики дисперсности пластинчатого и зернистого перлита на основе сравнения структуры микрошлифа со шкалой соотношения между пластинчатым и зернистым перлитом и при зернистости перлита 35-100% констатируют эксплуатационную надежность трубопровода.

Результаты исследования микроструктуры заявленным способом на поверхности трубы магистрального трубопровода, выработавшего нормативный ресурс, были подтверждены путем исследования на фрагментах демонтированных труб из стали 17ГС методом разрушающего металлографического контроля. Наличие зернистости совпадало на поперечных и продольных микрошлифах.

Микрошлифы приготовлены, как и по прототипу, путем шлифования с убыванием зернистости шлифовального материала до 600 и полирования выбранного участка на поверхности трубы (то есть вдоль оси трубы), травления, промывки и просушивания микрошлифа.

На действующем трубопроводе микроскоп ММПУ-1 с увеличением более 600 (изготовитель предприятие "Энерговест") устойчиво был закреплен с помощью его магнитных опор. Фотографирование микроструктуры было осуществлено с помощью цифрового фотоаппарата (в комплекте с микроскопом).

Реальное изображение сравнивалось со шкалой соотношения между пластинчатым и зернистым перлитом п.2 приложения, таблица 2, ГОСТ 8233-56. Межгосударственный стандарт: Сталь, эталоны микроструктуры [Текст] // Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 12 с.

На чертеже показана наблюдаемая при увеличении 500 ферритно-перлитная структура стали 17ГС. Отмечаем, что колонии перлита (темные области) характеризуются наличием зернистости (сфероидальные светлые участки на темном фоне), которую предварительно оцениваем 35-40%. Такое количество зернистого перлита объясняет однозначно реальный срок эксплуатации.

Увеличение зернистой фазы в перлите в количестве 35% и более способствует увеличению ударной вязкости и пластичности стали. При появлении микротрещин сферическая форма зернистой фазы препятствует их развитию, что приводит к увеличению срока безаварийной работы трубопроводов.

Путем компьютерной обработки изображения микроструктуры и увеличения отдельных областей исследования было уточнено наличие зернистости в перлитной структурной составляющей (фрагмент 2). В том числе, на стыке зерен ферритной структурной составляющей отмечено появление зернистой фазы (цементитной фазы, фрагмент 1) и это увеличивает трещиностойкость материала трубы.

Изменение морфологии перлитной структурной составляющей, при которой увеличивается процент зернистой цементитной фазы, способствует долговечности материала труб магистральных трубопроводов для транспортировки углеводородных продуктов. К существенным преимуществам способа относится не только простота выполнения анализа, но и возможность его сочетания с другими методами неразрушающего контроля (ультразвуковой, магнитный и пр.).

1. Способ диагностики работоспособности труб из малоуглеродистой низколегированной стали, выработавших нормативный ресурс, включающий выбор участка анализа на действующем трубопроводе, приготовление микрошлифа путем шлифования с убыванием зернистости шлифовального материала, травления, промывки и просушивания микрошлифа, закрепление на трубопроводе микроскопа с фиксацией окуляра на микрошлифе при увеличении 500, сравнение видимого изображения микрошлифа с эталонами микроструктуры по ГОСТ 8233-56, определение количественной характеристики дисперсности пластинчатого и зернистого перлита на основе сравнения структуры микрошлифа со шкалой соотношения между пластинчатым и зернистым перлитами, причем эксплуатационную надежность трубопровода констатируют при зернистости перлита 35-100%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что участок анализа на поверхности действующего трубопровода выбирают вдоль оси трубопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения содержания водорода в алюминиевых сплавах. .

Изобретение относится к области аналитической химии благородных металлов (БМ), в частности пробирному анализу, и может быть использовано для определения золота и металлов платиновой группы (МПГ) в сульфидных рудах и продуктах их переработки.

Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к области металлографических исследований цветных металлов и может быть использовано при экспрессном металлографическом анализе магния в солевых смесях.

Изобретение относится к области металлографических исследований и анализа материалов, в частности к способам определения величины зерна металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области металлографических исследований и анализа материалов, в частности к способам определения основных параметров структуры металла. .

Изобретение относится к аналитической химии. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам определения влияния внешних воздействий на устойчивость переохлажденного аустенита (УПА) мало- и среднеуглеродистых сталей.

Изобретение относится к технологии модифицирования поверхностных слоев металлических материалов и изделий и может быть использовано в машиностроении, станко-инструментальной промышленности, автомобильной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении, металлургической промышленности и атомной энергетике.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке тонкостенных деталей, используемых в различных отраслях машиностроения и направлено на снижение деформации по плоскости ниже 0,2 мм.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке тонкостенных деталей, используемых в различных отраслях машиностроения и направлено на снижение деформации по плоскости ниже 0,2 мм.

Изобретение относится к технологии изготовления поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например контейнеров для перевозки и длительность хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к технологии изготовления поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например контейнеров для перевозки и длительность хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к термической обработке литых стальных деталей, а именно деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава.

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к термической обработке литых стальных деталей, а именно деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке железнодорожных рельсов
Наверх