Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей



Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей

 


Владельцы патента RU 2611699:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к оценке стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) низколегированных сталей, предназначенных для строительства магистральных газо- и нефтепроводов. Испытуемые образцы помещают в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном pH, с приложением к нему потенциала катодной защиты -1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины, а о снижении стойкости к разрушению судят по снижению относительного сужения и времени до разрушения, определяемых как отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.), к тому же значению на воздухе. Техническим результатом является сокращение длительности и упрощение производимых операций для получения достоверной экспресс-оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением. 1 ил., 5 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к оценке стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) низколегированных сталей, предназначенных для строительства магистральных газо- и нефтепроводов.

Основной причиной аварий магистральных газопроводов большого диаметра (1020-1420 мм) является коррозионное растрескивание труб под напряжением (КРН или стресс-коррозия). Аварии газопроводов, как правило, сопровождаются разлетом многотонных фрагментов труб и воспламенением большого объема газа и поэтому представляют серьезную опасность. Многочисленные аварии приводят к необходимости снижения рабочего давления в газопроводах, что существенно снижает их пропускную способность и повышает энергоемкость транспорта газа. Сложившаяся ситуация выдвинула проблему борьбы с КРН в ряд основных проблем газотранспортной отрасли.

КРН труб проявляется в виде системы трещин, развивающихся под действием растягивающих напряжений и внешней среды. Трещины ориентированы в направлении, перпендикулярном направлению максимального растягивающего напряжения. Поскольку основной нагрузкой в газопроводе является внутреннее давление транспортируемого газа, большинство стресс-коррозионных трещин имеют продольную ориентацию. Берега стресс-коррозионных трещин покрыты продуктами коррозии темного цвета. При разрыве труб характер разрушения неповрежденного металла под трещинами всегда вязкий.

Известен способ [Метод по NACE Standard ТМ 0198-98. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p. 1-16], заключающийся в том, что от изделий отбирают пробы, изготавливают образцы цилиндрической формы, к которым прикладывают напряжение и подвергают воздействию агрессивной среды. Образец выдерживают в агрессивной среде под постоянной нагрузкой в течение 720 часов. Уровень приложенного напряжения находится в интервале от 0,6 до 0,95 от предела текучести стали, в зависимости от требований нормативной документации. Критерием стойкости стали может быть максимальное значение приложенного напряжения, при котором образец не разрушился в течение 720 часов, или сам факт отсутствия разрушения при определенной фиксированной нагрузке (чаще всего 0,8 от предела текучести стали), также после выдержки в агрессивной среде в течение 720 часов.

Недостатком указанного способа является слишком продолжительное время испытаний, агрессивность испытательных сред, которые отсутствуют в условиях эксплуатации отечественных газопроводов, где существуют только нейтральные электролиты и прикладываются невысокие потенциалы катодной защиты, т.е. указанным способом невозможно получить идентификационных признаков, установленных в аварийных трубах.

Известен способ коррозионного испытания [US 8513020, МПК G01N 17/04, опубл. 20.08.2013], заключающийся в том, что образец сварного соединения испытывают на изгиб в четырех точках, вызывая растягивающее напряжение образца вдоль нижней поверхности образца во времени, затем осуществляют погружение испытанного образца в жидкую ванну с протеканием сероводорода.

Недостатком указанного способа является сложная конструкция приспособления для испытания образцов, необходимость жидких ванн и дополнительного подвода сероводорода и невозможность определения механизма разрушений магистральных трубопроводов.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому изобретению является способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением [RU 2530486, МПК G01N 17/00, опубл. 10.10.2014, Бюл. №28], заключающийся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы, которые подвергают предварительной деформации растяжением со степенями 1-10%, затем прикладывают нагрузку, величина которой составляет 50-80% от предела текучести, и помещают образцы в испытательную среду со значением pH в пределах 2,5-5 на 180-360 часов, после чего образцы разрушают на воздухе методом растяжения, а о стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по разнице механических свойств сталей в исходном состоянии и после испытаний или по степени изменения пластичности.

Недостатком прототипа является необходимость предварительного нагружения испытательного образца, длительность последующего нагружения, наличие кислой испытательной среды, отсутствующей в условиях эксплуатации магистральных газопроводов, изготовленных из низколегированных сталей, отсутствие идентификационных признаков, установленных в аварийных трубах. Указанные среды реализуются в иных условиях эксплуатации, в которых применяют специальные коррозионно-стойкие стали.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа быстрой оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением, характерному для российских газопроводов.

Использование данного способа позволит по сравнению с прототипом сократить время испытаний и повысить чувствительность к изменению физико-химического состояния образца.

Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении данного способа, выражается в сокращении длительности и упрощении производимых операций для получения достоверной экспресс-оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Указанный технический результат достигается за счет испытания на одноосное растяжение стандартного цилиндрического образца без концентратора напряжений, изготовленного в соответствии с ГОСТ 1497 (тип IV, с удлиненной захватной частью) из исследуемой стали, помещенного в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном pH (т.е. 5,5-7,2) с приложением к нему потенциала - 1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины (скорости перемещения активного захвата). Отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты, к тому же значению на воздухе являются показателями склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением и рассчитываются по формулам:

βψсрвоз,

βτсрвоз,

где βψ, βτ - коэффициенты влияния среды;

ψср, ψвоз, τср и τвоз - относительное сужение и время до разрушения образца в среде и на воздухе.

Критерием снижения стойкости к разрушению в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации, принимаются снижение относительного сужения и времени до разрушения.

Если время разрушения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале -1,2 В отнести к времени до разрушения образца, испытанного на воздухе, то оно становится ниже 1. То же самое можно сказать и об относительном сужении. Т.е. чем ниже отношение времени до разрушения (или сужения) образца, испытанного в среде, к времени до разрушения (сужению) образца, испытанного на воздухе, тем ниже стойкость стали против коррозионного растрескивания под напряжением. Это отношение назвали «Коэффициентом влияния среды β». В зависимости от того, к какой характеристике он относится (время, относительное сужение) ему присваивается соответствующий индекс (например, βτ для времени до разрушения).

βτсрвоз.

Заявляемое изобретение поясняется фиг. 1, на которой представлен образец для испытаний на растяжение.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что поскольку металл трубы в процессе эксплуатации соприкасается с грунтом (с грунтовым электролитом) и находится в условиях катодной защиты, то средой для испытаний была выбрана суспензия грунтов (разведением 1:10), отобранных с мест аварий различных трубопроводов. Для имитации катодной защиты, в условиях которой работает труба, на исследуемом образце поддерживают потенциал заданной величины.

Таким образом, заявляемое изобретение позволит:

- воспроизводить в лабораторных условиях конкретную форму КРН, характерную для металла аварийных труб;

- прогнозировать поведение трубных сталей в условиях, приближенным к трассовым;

- проводить оценку, используя простые критерии устойчивости низколегированных трубных сталей к стресс-коррозии;

- оценить влияние основных металлургических факторов на сопротивление трубных сталей КРН, характерному для российских трубопроводов.

Таким образом, изобретение может быть использовано для испытаний низколегированных сталей для магистральных газо- и нефтепроводов на устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) с целью прогнозирования их поведения на участках, где возможно существование условий КРН.

Пример реализации изобретения

Сущность предложенного способа поясняется следующим примером конкретного выполнения. В качестве объектов исследования были выбраны нефтегазопроводные прямошовные трубы, изготовленные из сталей разных марок и способов производства - нормализованных (17Г1С, 17ГС, 17Г1С-У), термоупрочненных (17Г2СФ, 14Г2САФ и др.) и сталей контролируемой прокатки (Х65, Х70, 09Г2ФБ и др.).

Из труб были вырезаны темплеты и изготовлены образцы для испытаний на растяжение (фиг. 1).

Лабораторный образец помещался в электролитическую ячейку с суспензией грунта и испытывался на одноосное растяжение при замедленном растяжении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1. Критерием снижения стойкости к разрушению в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации, являлись снижение относительного сужения и времени до разрушения, как наиболее чувствительных характеристик.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблицах 1-5.

Из таблицы 1 видно, что эффект снижения пластичности проявляется при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.). Чем ниже коэффициент влияния среды, тем выше склонность стали к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Из таблицы 2 видно, что ни один из образцов за принятую базу 720 часов не разрушился. Наводороживания образцов в условиях постоянных растягивающих напряжений также не произошло. Таким образом, в условиях действия постоянных растягивающих напряжений в суспензии грунта не удается вызвать КРН даже при нагрузке выше предела текучести с потенциалом -1,2 В (н.в.э.). Удовлетворительно имитируют реальные разрушения металла труб условия испытаний образцов, представленные в таблице 5. Из нее видно, что прочностные характеристики (временное сопротивление и предел текучести) не чувствительны к изменениям условий испытания (потенциала и среды), тогда как относительное сужение и время до разрушения значительно снижаются при снижении потенциала до -1,2 В (н.в.э.) по сравнению с их значениями на воздухе. Такой характер влияния на комплекс механических свойств характерен наводороживающим средам, воздействующим на конструкционные стали низкой и средней прочности (σв≤1000-1200 МПа).

Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением ,заключающийся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы без концентратора напряжений, которые подвергают воздействию испытательной среды и прикладывают напряжения, отличающийся тем, что испытуемые образцы помещают в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном рН, с приложением к нему потенциала катодной защиты -1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины, а о снижении стойкости к разрушению судят по снижению относительного сужения и времени до разрушения, определяемых как отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.), к тому же значению на воздухе, которые вычисляют по формулам:

βψсрвоз,

βτсрвоз,

где βψ, βτ - коэффициенты влияния среды;

ψср, ψвоз, τср и τвоз - относительное сужение и время до разрушения образца в среде и на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области принятия решений о продлении срока службы летательных аппаратов после 25 лет эксплуатации. Способ заключается в прогнозировании степени коррозионного поражения с помощью метода нечеткого логического вывода на основе априорных данных о свойствах конструкционного материала конструкции, условиях эксплуатации летательного аппарата, режиме эксплуатации и сроке службы после последнего ремонта.
Изобретение относится к контролю режима работы систем протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов. Способ контроля режима работы систем протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов включает периодическое измерение потенциала корпуса в контрольных точках по длине корпуса с помощью переносного электроизмерительного прибора и переносного электрода сравнения.

Изобретение относится к коррозионным испытаниям, а именно к способам испытания высокопрочных сталей на склонность к коррозионному растрескиванию. Способ испытания трубных сталей на коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) заключается в том, что сперва вырезают модельный образец прямоугольной формы, его очищают от загрязнения, обезжиривают и высушивают.
Изобретение относится к способам измерения эрозионной опасности дождя. По слоям почвенного образца размещают группы меченых почвенных частиц.

Настоящее изобретение относится к способу оценки каталитической трубки для риформинга природного газа. Способ оценки каталитической трубки установки для риформинга природного газа заключается в том, что проводится измерение температуры множества каталитических трубок (этап S1).

Изобретение относится к области проведения коррозионных испытаний алюминиевых сплавов. Способ нанесения межкристаллитных коррозионных поражений на деталь из алюминиевого сплава, в котором деталь обрабатывают путем наложения на нее анодного тока в водном электролите, содержащем хлорид натрия.

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций.

Предлагаемое изобретение относится к области исследования и контроля качества легких сплавов для авиационных и других тяжело нагруженных изделий. Испытания проводятся в специальном растворе на нагруженных до заданных растягивающих напряжений образцах.

Изобретение относится к методу неразрушающего магнитного контроля локальных зон повышенной коррозионной активности протяженных стальных металлоконструкций и их контактируемых элементов.
Изобретение относится к способам контроля эрозионной опасности дождя. Осуществляют заполнение пор почвенного образца окрашенной водой.
Наверх