Способ определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта

Изобретение относится к химии, нефтехимии и нефтепереработке, сосудам, аппаратам и трубопроводам, эксплуатируемым под давлением, а также к трубопроводному транспорту, а именно к капитальному ремонту и реконструкции трубопроводов, в частности к определению технического состояния и срока службы трубопроводов, подвергавшихся в процессе эксплуатации водородной коррозии и деформационному старению. Сущность: после эксплуатации путем перфорации стенки объекта с использованием корончатого сверла разделяют макропробу стенки объекта вдоль ее оси симметрии на участки одинаковой или различной длины, имеющие минимальные значения в осевой зоне макропробы и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта, и получают соответствующие каждому участку микропробы, измеряют твердости внешней поверхности стенки объекта в исходном состоянии и микропробы каждого участка сечения стенки объекта после эксплуатации. При температурах хрупкого разрушения проводят испытания на ударный изгиб образцов объекта и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта, с образованием зон кристаллического излома. Проводят электронно-фрактографический анализ образцов стали объекта в исходном состоянии и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта после эксплуатации, и определяют приведенные доли межзеренного разрушения. Микропробу с максимальным межзеренным разрушением последовательно подвергают шлифовке, полировке, травлению в трехпроцентном растворе пикриновой кислоты, определяют размер d_фо каждой фасетки межзеренного разрушения и d_зо каждого зерна феррита по зависимостям. Определяют критическую температуру хрупкости образца объекта в исходном состоянии для каждого участка макропробы и определяют критическую температуру хрупкости по зависимости. Устанавливают зависимости приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания, приращения критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения и критической температуры хрупкости стали от длины макропробы стенки объекта после эксплуатации, а критическую температуру хрупкости стали объекта, прошедшего эксплуатацию, принимают равной значению максимальной критической температуры (Т_к)_мах, выбранной на множестве всех участков макропробы объекта. 1 табл., 8 ил.

 

Изобретение относится к химии, нефтехимии и нефтепереработке, сосудам, аппаратам и трубопроводам, эксплуатируемым под давлением, а также к трубопроводному транспорту, а именно, к капитальному ремонту и реконструкции трубопроводов, в частности, к определению технического состояния и срока службы трубопроводов, подвергавшихся в процессе эксплуатации водородной коррозии и деформационному старению.

Известен способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов, заключающийся в том, что образец охлаждают, нагружают, устанавливают зависимость твердости от температуры, температурную зависимость твердости описывают формулой

НВ(Т)=НВ₂₀°+Aехр(-βТ),

где НВ₂₀° - твердость металла при комнатной температуре; β - коэффициент температурной зависимости твердости; Т - температура, °С; А - константа, связанная с β соотношением

А=-4⋅10³+3,3⋅10⁵⋅β.

После этого определяют коэффициент температурной зависимости β и критическую температуру хрупкости по зависимости

T_кр=K₁⋅β+K₂⋅β²+K₃,

где эмпирические коэффициенты равны K₁=7,178⋅10³, K₂=-1,09⋅10⁵, K₃=-105,513.

Также критическую температуру хрупкости определяют по номограмме, связывающей температурный коэффициент твердости β и критическую температуру хрупкости Т_кр металлов и сплавов (патент RU №2155329, кл. G01N 3/18, 27.08.2000).

Недостатком известного способа является то, что он учитывает изменение только пластической деформации, возникающей в зоне вдавливания индентора в металл. Вследствие этого не учитывается влияние эксплутационных факторов, таких как насыщение металла в процессе эксплуатации водородом и протекание диффузионных процессов при температурах (200÷500)°С, вызывающих сегрегацию фосфора и его химических аналогов на границах зерен. Последнее приводит к межзеренной хрупкости с последующим межзеренным разрушением. Отсутствие учета этих факторов не позволяет использовать предложенный способ в практических приложениях, а его применение наиболее целесообразно на этапе охрупчивания при наклепе.

Известен способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов, в соответствии с которым образцы отбирают из макропробы одного из элементов группы нефтегазового оборудования. Каждый образец подвергают охрупчиванию путем растяжения до одной из остаточной деформации 0, 10, 20, 30, 40%, после чего из каждого образца макропробы вырезают образцы испытаний и измеряют в них твердость при каждой из температур испытаний -60, -40, -20, 0, 10, 20°С, затем для каждой остаточной деформации и каждой температуры испытаний проводят испытания образцов на ударный изгиб. Устанавливают зависимости ударной вязкости от твердости для каждой из температур испытаний. Критическую температуру хрупкости определяют как точку пересечения кривой зависимости ударной вязкости от температуры с нормативным значением ударной вязкости для металла данной группы однотипного нефтегазового оборудования. Зависимости ударной вязкости от твердости описываются формулой KCV=A е^В*Н, где А и В - экспериментальные коэффициенты для каждого металла и температуры испытаний, Н - твердость по Бринелю (патент RU №2530480, кл. G01N 3/18, 02.04.2013).

Недостатком способа определения температуры хрупкости стали является использование пластической деформации на 0, 10, 20, 30 и 40%, которая искажает исходную ферритную матрицу и физически не может, вследствие вытеснения ионов (атомов) водорода из мест их сегрегации, т.е. границ зерен, воспроизводить межзеренную хрупкость.

Известен способ оценки степени охрупчивания материалов корпусов реакторов ВВЭР-1000 в результате термического старения, заключающийся в том, что выполняют нагрев образцов стали корпуса реактора до температуры от 300°С, дальнейшее их старение при этой температуре в течение определенного времени, последующие испытания образцов на ударный изгиб и анализ результатов испытания с определением величины сдвига критической температуры хрупкости, при этом образцы стали корпуса реактора в процессе старения при температуре эксплуатации корпуса реактора 300-320°С дополнительно подвергают нейтронному облучению флаксом (10¹¹÷10¹³) н/см²⋅сек в течение 10³ часов, после этого производят отжиг при температуре (400÷450)°С продолжительностью не менее 30 часов, а оценку степени охрупчивания стали определяют по величине сдвига критической температуры хрупкости ΔT_k(t) вследствие термического старения за время, составляющее более 5⋅10⁵ часов (патент RU №2531342, кл. G01N 25/00, 20.10.2014).

Недостатком известного способа является то, что ускорение сегрегационных процессов посредством нейтронного облучения вносит существенное изменение в естественный процесс старения. В способе не учтен вклад в упрочнение со стороны дислокационных петель и преципитатов, образующихся при облучении. Соответственно при облучении флаксом ~1,0⋅10¹¹ и 1,0⋅10¹³ Н/см²⋅сек увеличение (прогноз) коэффициента диффузии составляет 10³ и 10⁶ раз. При расчете эффективного коэффициента диффузии от d², где d - толщина границ зерен не определена и может меняться с увеличением количества атомов фосфора по границам зерен. Прогнозирование с использованием предложенного способа не позволяет оценить вклад карбидного старения. Более того, содержание примесей серы и фосфора на порядок превышает нормативные значения стали.

Также известен способ определения температуры хрупкости стали изделия, прошедшего эксплуатацию, заключающийся в том, что образцы стали с надрезом и образец стали из изделия, прошедшего эксплуатацию, нагружают при различных температурах, измеряют доли ямочной, хрупкой транскристаллитной и межкристаллитной составляющих структуры излома образцов, устанавливают зависимость их от температуры испытания, определяют температуру хрупкости стали в исходном состоянии и по приросту доли межкристаллитной составляющей в изломе образцов до и после эксплуатации изделия определяют температуру хрупкости стали эксплуатировавшегося изделия. После эксплуатации изделия на образце из материала этого изделия определяют долю хрупкого межкристаллитного разрушения и дополнительно на этом же образце или на самом изделии определяют твердость и тип структуры стали. При реализации способа используют образцы из материала изделия, прошедшего эксплуатацию, имеющие толщину, не превышающую 5% толщины стенки изделия (патент RU №2060489, кл. G01N 3/00, 20.05.1996).

Недостатком известного способа определения температуры хрупкости стали является невозможность определения температуры хрупкости стали по сечению изделия, прошедшего эксплуатацию, что не позволяет проводить прогнозирование остаточного ресурса с высокой точностью, а также указать зону (место) трещинообразования, ответственного за вклад в охрупчивание из-за деформационного старения (наклепа) и наводораживания. Более того, данный способ не содержит количественных критериев применимости тех или иных значений коэффициента пропорциональности Ki в зависимости для расчета приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания. Результаты экспериментальных исследований показывают, что использование в данной зависимости необоснованного значения коэффициента Ki приводит к значительному разбросу значений приращений критической температуры хрупкости, и в конечном итоге, к снижению точности определения критической температуры хрупкости стали стенок исследуемых объектов.

Задачей изобретения является повышение эффективности определения критических температур хрупкости стали стенок сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов, бывших в эксплуатации и выполненных с плакирующим слоем или без него.

Техническим результатом от использования изобретения является:

- повышение точности определения приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания, а как следствие, критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта вследствие обоснованного выбора коэффициента пропорциональности , величина которого определяется с учетом значения критерия , представляющего собой отношение средних размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита,

- возможность повышения точности прогнозирования остаточного ресурса бывших в эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов,

- возможность выявления координат расположения наиболее критических участков стенки объектов вследствие возможности получения информации о характере распределения критических температур хрупкости стали по стенке сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов,

- возможность проведения с повышенной разрешающей способностью анализа распределения критических температур хрупкости стали стенки объекта в ее осевой зоне и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта,

- снижение вероятности наступления нештатной ситуации за счет возможности превентивной замены сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов,

- экономический эффект от своевременной замены участков трубопроводов, находящихся в аварийном состоянии, получаемый вследствие повышения эффективности определения критических температур хрупкости и повышения точности определения остаточного ресурса бывших в эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов.

Задача решается, а технический результат обеспечивается способом определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта, при котором отбирают макропробу стенки объекта, выполненного с плакирующим слоем или без него, после эксплуатации путем перфорации стенки объекта с использованием корончатого сверла, разделяют макропробу стенки объекта вдоль ее оси симметрии на участки одинаковой или различной длины, имеющими минимальные значения в осевой зоне макропробы и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта, и получают соответствующие каждому участку микропробы, измеряют твердости внешней поверхности стенки объекта в исходном состоянии и микропробы каждого участка сечения стенки объекта после эксплуатации, при температурах хрупкого разрушения проводят испытания на ударный изгиб образцов объекта и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта, с образованием зон кристаллического излома, проводят электронно фрактографический анализ образцов стали объекта в исходном состоянии и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта после эксплуатации, и определяют приведенные доли межзеренного разрушения, микропробу с максимальным межзеренным разрушением последовательно подвергают шлифовке, полировке, травлению в трехпроцентном растворе пикриновой кислоты, определяют размер d_фо каждой фасетки межзеренного разрушения и d_зо каждого зерна феррита по зависимостям

,

,

где а_ф, в_ф, а_з, в_з - максимальные продольные и поперечные размеры фасетки межзеренного разрушения и зерна феррита, соответственно,

и средние значения этих размеров, для каждого из участков стенки объекта после эксплуатации по соответствующей ему микропробе определяют приращение критической температуры хрупкости вследствие водородного охрупчивания при водородной коррозии и приращение критической температуры хрупкости вследствие деформационного старения объекта, определяют критическую температуру хрупкости образца объекта в исходном состоянии, для каждого участка макропробы определяют критическую температуру хрупкости по зависимости

где Т_к, - критическая температура хрупкости стали после эксплуатации объекта и в исходном состоянии, соответственно,

, - приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания и приращение критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения объекта, соответственно,

,

,

, - приведенные доли межзеренного разрушения в металле в исходном состоянии и после эксплуатации объекта, соответственно,

- коэффициент пропорциональности,

HV^и и HV^э - значения твердостей стали по Виккерсу в исходном состоянии и после эксплуатации объекта, соответственно,

С=0,16±0,03°С/МПа - коэффициент пропорциональности,

d, d_з - средние значения размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита, соответственно,

при этом

после чего устанавливают зависимости приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания, приращения критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения и критической температуры хрупкости стали от длины макропробы стенки объекта после эксплуатации, а критическую температуру хрупкости стали объекта, прошедшего эксплуатацию, принимают равной значению максимальной критической температуры (Т_к)_мах, выбранной на множестве всех участков макропробы объекта.

На фиг. 1 представлен общий вид объекта (трубопровода).

На фиг. 2 - макропроба стенки объекта, выделенная путем перфорации стенки объекта.

На фиг. 3 - максимальные продольный а_ф и поперечный в_ф размеры фасетки межзеренного разрушения.

На фиг. 4 - максимальные продольный а₃ и поперечный в₃ размеры зерна феррита.

На фиг. 5 - графическая зависимость распределения критической температуры хрупкости образца объекта в исходном состоянии по сечению стенки объекта (макропробы).

На фиг. 6 - графическая зависимость распределения приращения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта (макропробы) вследствие деформационного старения объекта.

На фиг. 7 - графическая зависимость распределения приращения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта (макропробы) вследствие водородного охрупчивания.

На фиг. 8 - графическая зависимость распределения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта (макропробы).

Способ определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта состоит в том, что отбирают макропробу 1 стенки 2 объекта 3, выполненного с плакирующим слоем 4 или без него, после эксплуатации путем перфорации стенки 2 объекта 3 с использованием корончатого сверла 5. Макропробу 1 стенки 2 объекта 3 разделяют вдоль ее оси симметрии на участки 6 одинаковой или различной длины, имеющими минимальные значения в осевой зоне макропробы и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта, и получают соответствующие каждому участку 6 микропробы (фиг. 1, 2). Измеряют твердости внешней поверхности стенки 2 объекта 3 в исходном состоянии и микропробы каждого участка 6 сечения стенки 2 объекта 3 после эксплуатации. При температурах хрупкого разрушения проводят испытания на ударный изгиб образцов объекта и микропроб, полученных с каждого участка 6 макропробы 1 стенки 2 объекта 3, с образованием зон кристаллического излома, проводят электронно-фрактографический анализ образцов стали объекта в исходном состоянии и микропроб, полученных с каждого участка 6 макропробы 1 стенки объекта 3 после эксплуатации, в результате которого определяют приведенные доли межзеренного разрушения. Микропробу с максимальным межзеренным разрушением последовательно подвергают шлифовке, полировке, травлению в трехпроцентном растворе пикриновой кислоты и определяют размер d_фо каждой фасетки межзеренного разрушения и d_зо каждого зерна феррита по зависимостям

,

,

где а_ф, в_ф, а_з, в_з - максимальные продольные и поперечные размеры фасетки межзеренного разрушения и зерна феррита (фиг. 3, фиг. 4), соответственно. Проводя измерения с использованием различных полей зрения, определяют средние значения размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита. Для каждого из участков 6 стенки объекта после эксплуатации по соответствующей ему микропробе определяют приращение критической температуры хрупкости вследствие водородного охрупчивания при водородной коррозии и приращение критической температуры хрупкости вследствие деформационного старения объекта 3. Определяют критическую температуру хрупкости образца объекта 3 в исходном состоянии. После этого для каждого участка 6 макропробы определяют критическую температуру хрупкости по зависимости

где Т_к, - критическая температура хрупкости стали после эксплуатации объекта 3 и в исходном состоянии, соответственно,

, - приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания и приращение критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения объекта 3, соответственно,

, - приведенные доли межзеренного разрушения в металле в исходном состоянии и после эксплуатации объекта 3, соответственно,

- коэффициент пропорциональности,

HV^и и HV^э - значения твердостей стали по Виккерсу в исходном состоянии и после эксплуатации объекта, соответственно,

С=0,16±0,03°С/МПа - коэффициент пропорциональности,

d_ф, d_з - средние значения размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита, соответственно, при этом

после чего устанавливают зависимости приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания, приращения критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения и критической температуры хрупкости стали от длины макропробы 1 стенки 2 объекта 3 после эксплуатации. Критическую температуру хрупкости стали объекта 3, прошедшего эксплуатацию, принимают равной значению максимальной критической температуры (Т_к)_мах, выбранной на множестве всех участков 6 макропробы 1 объекта 3.

Способ определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта реализуется следующим образом.

Пример 1. После эксплуатации объекта, выполненного из стали 092Г2С без плакирующего слоя, находящегося в эксплуатации при температуре Т=15°С в течение 10 лет в условиях коррозионной среды и малоциклового нагружения, путем перфорации стенки объекта с использованием корончатого сверла отбирают макропробу стенки и разделяют ее вдоль оси симметрии на участки одинаковой длины с получением соответствующей каждому участку микропробы. Измеряют твердость внешней поверхности стенки объекта в исходном состоянии и твердость каждой микропробы. По данным дюрометрического анализа с учетом срока эксплуатации объекта получены значения HV^и=1600 МПа, a HV^э=1800 МПа. При температуре хрупкого разрушения ударному изгибу на маятниковом копре подвергают каждую микропробу (образцы типа Шарпи) с образованием кристаллического излома. Проводят электронно-фрактографический анализ образцов объекта до эсплуатации и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта после эксплуатации, с просмотром не менее трех полей зрения. В каждом поле зрения определяют превалирующий характер разрушения, соответствующий хрупкому транскристаллитному сколу, ямочному, межзеренному или смешанным типам разрушения, после чего для образцов объекта до эсплуатации и каждой из микропроб, соответствующих каждому выделенному участку макропробы стенки объекта, определяют приведенные доли межзеренного типа разрушения в соответствии с зависимостями

где

N - общее число полей зрения,

ΣМ - сумма полей зрения, в которых присутствует структура межзеренного разрушения,

Σ(М+Х) - сумма полей зрения, в которых присутствует структура смешанного межзеренного разрушения и транскристаллитного скола,

Σ(М+Я) - сумма полей зрения, в которых присутствует структура смешанного межзеренного и ямочного разрушений,

Σ(Х+Я) - сумма полей зрения, в которых присутствует структура смешанного транскристаллитного скола и ямочного разрушения.

В результате проведенных расчетов получены следующие значения:

После этого выбирают микропробу с максимальным межзеренным разрушением, последовательно подвергают ее шлифовке, полировке, травлению в трехпроцентном растворе пикриновой кислоты, определяют размер d_фо каждой фасетки межзеренного разрушения и d_зо каждого зерна феррита. Измерение размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита проводят по трем полям, в каждом из которых измеряют не менее 50 фигур, после чего получают средние значения этих размеров и определяют отношение этих средних размеров. Полученному значению соответствует значение Критическая температура хрупкости образца объекта до эксплуатации имела значение Тогда критическая температура Т_к хрупкости стали имеет значение Т_к=-40+32,7+0,16(1800-1600)=24,7°С. Аналогичное определение значений критической температуры Т_к и ее компонентов (приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания и приращения критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения объекта) проводится для каждой микропробы, в результате чего определяется зависимость критической температуры и ее компонентов от протяженности макропробы. На полученной зависимости определяется участок с максимальным значением, которое выбирается в качестве критической температуры хрупкости стали, используемой при дальнейших расчетах. Также в результате проведенных операций определяют координаты участка, максимально подверженного водородной коррозии.

Пример 2. Используя аналогичную последовательность операций проведено определение критической температуры хрупкости стали для объекта, выполненного из стали 10ХСНД без плакирующего слоя, находящегося в эксплуатации при температуре Т=15°С в течение 10 лет в условиях коррозионной среды и малоциклового нагружения. По данным дюрометрического анализа с учетом срока эксплуатации объекта получены значения HV^и=1660 МПа, a HV^э=1870 МПа. В результате применения электроннофрактографического анализа и проведенных расчетов получены следующие значения: . Тогда приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания В данном случае значение коэффициента , что соответствует значению отношения средних размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита, равному 0,9. Критическая температура хрупкости образца объекта до эксплуатации имела значение Тогда критическая температура Т_к хрупкости стали имеет значение Т_к=-45+27,8+0,16(1870-1660)=16,4°С. После расчета аналогичных характеристик для каждой микропробы определяют максимальное значение критической температуры хрупкости стали и участок сечения объекта, подверженный максимальной коррозии.

Пример 3. Используя аналогичную последовательность операций проведено определение критической температуры хрупкости стали для объекта, выполненного из стали 10ХСНД без плакирующего слоя, находящегося в эксплуатации при температуре Т=15°С в течение 10 лет в условиях коррозионной среды и малоциклового нагружения. По данным дюрометрического анализа с учетом срока эксплуатации объекта получены значения HV^и=1700 МПа, a HV^э=1780 МПа. В результате применения электроннофрактографического анализа и проведенных расчетов получены следующие значения: , , Тогда приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания В данном случае значение коэффициента , что соответствует значению отношения средних размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита, равному 0,75. Критическая температура хрупкости образца объекта до эксплуатации имела значение Тогда критическая температура Т_к хрупкости стали имеет значение Т_к=-40+8,1+0,16(1780-1700)=-19,1°С. После расчета аналогичных характеристик для каждой микропробы определяют максимальное значение критической температуры и участок сечения объекта, подверженный максимальной коррозии.

Пример 4. Используя аналогичную последовательность операций проведено определение критической температуры хрупкости стали для объекта, выполненного из стали 10ХСНД без плакирующего слоя, находящегося в эксплуатации при температуре Т=15°С в течение 10 лет в условиях коррозионной среды и малоциклового нагружения. По данным дюрометрического анализа с учетом срока эксплуатации объекта получены значения HV^и=1700 МПа, a HV^э=1780 МПа. В результате применения электроннофрактографического анализа и проведенных расчетов получены следующие значения: , , Тогда приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания В данном случае значение коэффициента , что соответствует значению отношения средних размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита, равному 3,0. Критическая температура хрупкости образца объекта до эксплуатации имела значение Тогда критическая температура Т_к хрупкости стали имеет значение Т_к=-40+215,14+0,16(1780-1700)=187,94°С. После расчета аналогичных характеристик для каждой микропробы определяют максимальное значение критической температуры и участок сечения объекта, подверженный максимальной коррозии.

Пример 5. Материал объекта - сталь 10ХСНД. Температура эксплуатации -15°С, срок эксплуатации - 10 лет. , , С=0,16±0,03°С/МПа.

Макропроба разделена на 7 микропроб, для каждой из которых проведены дюрометрический и электроннофрактографический анализы, а также необходимые расчеты, в результате чего получены данные, приведенные в таблице и представленные в виде графических зависимостей на фиг. 5÷8.

Полученные результаты показывают, что критическая тепература хрупкости стали достигает своего максимального значения на четвертой микропробе (Тк=199,33°С), которая соответствует осевой зоне стенки объекта. Следовательно, осевая зона является участком сечения стенки объекта, который максимально подвержен водородной коррозии.

Определение доли видов разрушения: ямочного f_я, межзеренного f_м и хрупкого транскристаллитного скола f_x проводилось с помощью электронных просвечивающих и сканирующих микроскопов. На просвечивающих микроскопах типа TESLA и других использовались угольные реплики с хрупких изломов. На поверхность изломов напылялась при горении дуги между угольными стержнями тонкая угольная пленка, полностью воспроизводящая рельеф поверхности разрушения. Отделение реплик производилось электролитическим способом. Полученные реплики помещались в колонну микроскопа, где при прохождении пучка электронов через реплику формируется изображение с увеличением 4000-6000 крат. Фасетки хрупкого транскристаллитного скола опознавались по наличию на плоской поверхности разрушения "ручьистого" рельефа, соответствующего рассечению феррита по плоскостям типа (100). Фасетки межзеренного рельефа опознавались по присутствию на их поверхности фигур, свойственных огранке границ многогранников с частицами или следами этих частиц на плавно-изогнутых гранях. При планиметрическом методе подсчета использовалось не менее трех полей изображения с количеством кадров не менее 50 в каждом поле зрения. Также использовались сканирующие микроскопы типа JEO, HITASHI и другие. В этом случае фрагменты хрупкого излома помещались непосредственно под пучок электронов, отражение которых от излома формирует изображение. Измерение размеров фасеток межзеренного разрушения осуществлялось путем измерения размеров зерна феррита металлографическим способом. Измерение твердости по методу Виккерса НУю производилось по ГОСТ 2999-75, при этом с целью повышения точности измерения размера отпечатков от алмазной пирамиды измерения производились на шлифах образцов-объектов, подвергаемых многократной шлифовке и полировке. Каждой "точке" (месту) измерения соответствовало пять отпечатков, таких "точек"-полей - не менее трех. Металлографические исследования выполнялись на оптических микроскопах типа Неофот-32 и других. Увеличение при измерении размеров зерен составляло 400 крат, а количество измерений средних диаметров зерен составляло 300÷350.

Предложенный способ определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов обеспечивает возможности повышения точности прогнозирования остаточного ресурса бывших в эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов. Вследствие возможности получения информации о характере распределения критических температур хрупкости стали по стенке объекта возможно обнаружение участков, максимально подверженных коррозии, снижение уровня вероятности наступления нештатной ситуации за счет возможности проведения с повышенной разрешающей способностью анализа распределения критических температур в осевой зоне и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта, и как следствие, превентивной замены сосудов, работающих под давлением, и трубопроводов.

Способ определения критической температуры хрупкости стали по сечению стенки объекта, заключающийся в том, что отбирают макропробу стенки объекта, выполненного с плакирующим слоем или без него, после эксплуатации путем перфорации стенки объекта с использованием корончатого сверла, разделяют макропробу стенки объекта вдоль ее оси симметрии на участки одинаковой или различной длины, имеющие минимальные значения в осевой зоне макропробы и/или зоне, прилегающей к поверхности плакированной стенки объекта или к внешней поверхности стенки объекта, и получают соответствующие каждому участку микропробы, измеряют твердости внешней поверхности стенки объекта в исходном состоянии и микропробы каждого участка сечения стенки объекта после эксплуатации, при температурах хрупкого разрушения проводят испытания на ударный изгиб образцов объекта и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта, с образованием зон кристаллического излома, проводят электронно-фрактографический анализ образцов стали объекта в исходном состоянии и микропроб, полученных с каждого участка макропробы стенки объекта после эксплуатации, и определяют приведенные доли межзеренного разрушения, микропробу с максимальным межзеренным разрушением последовательно подвергают шлифовке, полировке, травлению в трехпроцентном растворе пикриновой кислоты, определяют размер d_фо каждой фасетки межзеренного разрушения и d_зо каждого зерна феррита по зависимостям

где а_ф, в_ф, а_з, в_з - максимальные продольные и поперечные размеры фасетки межзеренного разрушения и зерна феррита, соответственно, и средние значения этих размеров, для каждого из участков стенки объекта после эксплуатации по соответствующей ему микропробе определяют приращение критической температуры хрупкости вследствие водородного охрупчивания при водородной коррозии и приращение критической температуры хрупкости вследствие деформационного старения объекта, определяют критическую температуру хрупкости образца объекта в исходном состоянии, для каждого участка макропробы определяют критическую температуру хрупкости по зависимости

где Т_к, - критическая температура хрупкости стали после эксплуатации объекта и в исходном состоянии соответственно,

- приращение критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания и приращение критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения объекта соответственно,

- приведенные доли межзеренного разрушения в металле в исходном состоянии и после эксплуатации объекта соответственно,

- коэффициент пропорциональности,

HV^и и HV^э - значения твердостей стали по Виккерсу в исходном состоянии и после эксплуатации объекта соответственно,

С=0,16±0,03°C/МПа - коэффициент пропорциональности,

d_ф, d_з - средние значения размеров фасеток межзеренного разрушения и зерен феррита соответственно,

при этом

после чего устанавливают зависимости приращения критической температуры хрупкости стали вследствие водородного охрупчивания, приращения критической температуры хрупкости стали вследствие деформационного старения и критической температуры хрупкости стали от длины макропробы стенки объекта после эксплуатации, а критическую температуру хрупкости стали объекта, прошедшего эксплуатацию, принимают равной значению максимальной критической температуры (Т_к)_мах, выбранной на множестве всех участков макропробы объекта.