автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка метода и выбор критериев оценки устойчивости к стресс-коррозии металла магистральных трубопроводов

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерзцип МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЕЧЕРНИЙ ■ ОД МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

' 2 ДЕК 1997

На правах рукописи

ВОЛГИНА Наталья Ивановна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ВЫБОР КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ К СТРЕСС-КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Специальность 05.16 01- "Металловедение и термическая обработка металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена в Московском государственном вечернем мета^ршчсопм^мяслпуге н в ЦНИИчермете нм.И.П.Бярдняя

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Насибов А.Г.;

кандидат технических наук, зав. лабораторией ЦНИИЧМ Сергеем» Т.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Маслешсо» С.Б.; кандидат технических наук Аратова Е.М.

Ведущее предприятие: РАО ГАЗПРОМ.

Зашита диссертации состоится ^ декабря 1997 г. в /^часов на заседании диссертационного совета К 063.07.01 в Московском государственном вечернем металлургическом институте, г Москва, ул. Лефортовский вал, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного вечернего металлургического института.

О}

Автореферат разослав ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного У

совета, кандидат техиичеких наук —" К.Г.Семенов

7 7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Чктуальность работы.

В последние годы заметно возросла аварийность газопроводов боль-цого диаметра по причине стресс-коррозии - разновидности наружного соррознонного растрескивания металла иод напряжением (КРН). Аварии ю этой причине происходили на газопроводах различных регионов Рос-:ии: в Сибири, на Урале, в Европейской части страны: В некоторых регио-1ах страны имеются участки с очень высокой аварийностью по причине ггресс-коррозии. Наружное КРН труб признается серьезной проблемой >езопасности магистральных трубопроводов за рубежом (США, Канада, Австралия, и др.).

Процессы стресс-коррозии на магистральных трубопроводах изучаемся с начала 60-х годов Однако, до сих пор нет полного представления о фироде и механизмах этого явления, а частота аварий по причине стресс-', горрозии как у нас в стране, так и за рубежом, не сокращается. Важно, что и-за стресс-коррозни разрушаются газопроводы с небольшим сроком кепдуатаиии - от 2 до 9 лет. Наряду с научно-практическим интересом, [меются еще и социальные стороны этой проблемы, ставящие ее в ряд тнболее актуальных, помимо прямого экономического ущерба, аварии 1аносят значительный экологический вред и связаны с угрозой челове-1еской жизни. Это приводи! компании, занимающиеся транспортом газа н 1ефти и отвечающие за безопасную эксплуатацию трубопроводов, к необ-одимости разработки и внедрения новейших средств контроля за стресс-оррозией, что невозможно без комплексного научного изучения явления ля понимания его природы и контролирующих факторов Необходимость омплексного изучения этой проблемы настолько возросла, чю ннвести-¡ии на ее изучение в последние годы резко повысились. "Гак, в Канаде на зученне наружного КРН в 1996 году было выделено 11,8 млн. долларов, то в 8 раз превышает инвестиции 1986-1993 годов и почти в два раза визе, чем в предыдущий 1995 год

Решение проблемы осложняется тем, что в зависимости ог внешних словий эксплуатации наружное КРН проявляется в разных формах, суще-твенно различающихся механизмом разрушения. Следует подчеркнуть, то для российских трубопроводов до сих пор неоднозначно трактуются иповые классификационные признаки и механизмы возникновения и раз-ития стресс-коррозиионных повреждений металла труб. Соответственно, е разработаны принципы классификации типов КРН в зависимости от нешних факторов.

Роль металлургических факторов в этом виде разрушения являегся рактически неизученной как отечественной, так н зарубежной практи-.

ческой наукой. Имеющиеся немногочисленные публикации, касающиеся металлургической стороны проблемы наружного КРН, носят описательны® характер и практически представляют собой констатацию некоторых характеристик металлургического качества стали (чистота, механически« свойства) в аварийных трубах. Систематические исследования этой стороны проблемы КРН не проводились ни в России, ни за рубежом. Не проведена количественная оценка вклада металлургических факторов в зависимости от конкретного вида КРН.

Вышесказанное свидетельствует об актуальности проведения комплексного металл офизичсского изучения природы и механизма стресс коррозионных повреждений металла газопроводных труб большого дна метра на отечественных магистральных трубопроводах и необходимости исследования влияния на них металлургических факторов. Цель и жачинммммш,

Цель работы заключалась в:

а) установлении основных классификационных признаков стресс коррозии на отечественных газопроводных системах;

б) анализе внешних условий среды (состав, рН коррозионной среды температура, потенциал) с позиций наиболее вероятного электрохимиче с со го механизма растрескивания;

в) исследовании металла аварийных труб (состав, структура свойства, способ производства, чистота, морфология трещин, фрактогра фическнс признаки в изломах, эксплуатационное наводороживание) с вы явлением наиболее характерных признаков того или иного механизма рас трескивания;

г) экспериментальном подтверждении предполагаемого по п.п. а -1 механизма стресс-коррозионных дорушеннй;

д) воспроизведении в лабораторных условиях конкретной форм! КРН, характерного для металла аварийных труб (по электрохимическом; механизму и морфологии растрескивания, характеру наводорожившкя виду излома и другом параметрам);

е) разработке критериев устойчивости и методики коррозионнс механических испытаний для ранжирования трубных сталей по стойкост против инициируемого водородом КРН, свойственного, как установлено дайной работе, для российских трубопроводов;

ж) оценке влияния основных металлургических факторов на спосоС ность трубных сталей сопротивляться КРН; установлении связи стойкост со способностью стали поглощать водород на стадиях зарождения, су< критического и критического развития трещины, оценке эффекпшюст взаимодействия поглощенного водорода' с основными структурными сс ставляющнмн, рассматриваемыми как ловушки водорода;

з) изучении влияния наводороживания на сопротивление критическому (нестабильному) развитию трещины в терминах нелинейной механики разрушения с целью оценки необходимости учета влияния эксплуатационного наводороживания на остаточный ресурс труб со иресс-коррозиошшми дефектами.

Научная новизна.

Путем комплексного металловедческого мониторинга аварийных фуб и лабораторных исследований впервые установлено и экспериментально подтверждено, что

- для российских газопроводов топовой формой наружного КРН [стресс-коррозии) является одна из разновидностей инициируемого водородом КРН (H1SCC) - "КРН при низком рН" (low рН SCC), развивающееся s разбавленных грунтовых электролитах с рН 5,2 - 7,5 (ср.6,5) при обычных климатических температурах;

- впервые показано, что этот вид разрушения реализуется благодаря (аводороживанию металла во время медленной пластической деформации j вершине трещины (in situ);

- впервые установлено реальное распределение поглощаемого во 5ремя развития стресс-коррозионных трещин "эксплуатационного" водорода и его энергетическое распределение в областях колоний стресс-соррозионных трешин и в здоровом неповрежденном металле трубы; пока-1ано, что здоровый металл аварийных труб не обнаруживает повышенного /ровня наводороживания и имеет уровень содержания и фракционное рас-1ределение водорода, свойственное металлургическому фону феррито-герлитных трубных сталей;повышенный уровень наводороживания, преимущественно за счет низкотемпературных форм водорода "деформационных") обнаруживает только узкая область металла, приле-ающего к поверхности субкритической трещины;

- коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей 1ри низких рН воспроизведено в лабораторных условиях (по электрохими-[ескому механизму, морфологии растрескивания, характеру наводорожн->ания и распределения водорода по отношению к излому и энергетическо-<у распределению по структурным составляющим - ловушкам водорода);

-разработана методика специальных коррозионно-механических ис-гытаний образцов трубных сталей для ранжирования их по стойкости к ггресс-коррозии в условиях эксплуатации;

- впервые показано, что существенное влияние на сопротивление рубных сталей разрушению в условиях стресс-коррозии оказывают тсмпе-ютурио-деформационные условия производства листа для труб большого [иамегра и технология формовки труб,

- установлено, что эффективность взаимодействия водорода со структурными составляющими трубных сталей в значительной степени определяют их устойчивость против стресс-коррозии,

- впервые изучено влияние чистоты стали на склонность к "КРН при низком рН" н показано, что сопротивление трубной стали этой форме КРН имеет относительно невысокую чувствительность к чистоте, обусловленную локальным характером протекания основных стресс-коррозионных процессов: деформационного ш »№ наводорожнвания н охрупчнвания;

• впервые исследовано распределение остаточных напряжений по периметру трубы и установлена его связь с неоднородностью сопротивления стресс-коррозии. Определены области трубы с повышенным уровнем остаточных напряжений, вызываемых ее формовкой, имеющие пониженную (примерно на 25-40%) долговечность по сравнению с остальным металлом. Эти облает могут являться предпочтительными для КРН-разрушення при нарушенной изоляции;

- с использованием критериев нелинейной механики разрушения изучено влияние времени и способа наводороживания на трещиностойкость трубных сталей разных поколений. Показано, что наводорожнвание не оказывает существенного влияния на сопротивление развитию нестабильного разрушения, т.е. при расчете остаточного ресурса' труб со стресс-коррозионными дефектами необходимость учета водородного охрупчива-ння металла труб в процессе эксплуатации отпадает.

Ррзктачгекю ценность разуты.

Результаты работы позволили разработать классификатор типов КРН ■ установить природу и механизм нового ранее неизвестного вида разрушений газопроводных труб большого диаметра • наружного "КРН при низком рН", и оценить влияние на Н5Г0 металлургических факторов (способа производства, чистоты стали, остаточных напряжений). Выявлены внешние факторы (среда, потенциал катодцой защиты, характер нагружения) н внутренние факторы (остаточные напряжения, чистота стали, режимы термообработки), способствующие более раннему возникновению и развитию этого вида разрушения.

На основании полученных данных разработана методика лабораторных испытаний образцов, позволяющая ранжировать трубные стали по их стойкости г КРН при низком рН. Предложены критерии, по которым можно оценивать их склонность к растрескиванию. Уточнены методики оценки трещиностойкоств сталей с предварительным наволорожхваюкм образцов с трещинами.

На основе проведенных исследований разработаны рекомендации оо идентификации типа КРН в аварийных разрушениях отечественных трубопроводов, разработаны методики испытаний, даны рекомендации по про-

позированию участков повышенного риска и расчету, остаточного ресурса груб со стресс-коррознонными дефектами, повышению качества сталей и юлговечности трубопроводов.

Реализация результатов работы.

Разработан диагностический мониторинг металла аварийных труб, »снованный на комплексном металлофнзическом исследовании стали, ана-тзе эксплуатационных условий и лабораторных тестах с применением рунтов с места аварий, обеспечивающий идентификацию типа КРН.

Разработанная методика коррозионно-механических испытаний применена для диагностики стресс-коррозии на аварийных участках повышен-юго риска ряда отечественных газопроводов. По результатам исслсдова-шй выданы экспертные заключения и рекомендации.

Методика оценки опасности стресс-коррозионных разрушений по ветчине остаточных напряжений применена при экспертизе металла трубы Сарцызского трубного завода, не бывшей в эксплуатации.

Апробация работы.

Основные материалы работы докладывались на Всесоюзных семииа->ах "Внедрение современных методов контроля структуры и свойств ме-■аллопродукции" (1986 г., Москва; 1987 г., Киев), на Международной конференции "Защита-95" (Москва), на Международных нз.учно-практических :онференциях по проблеме "Безопасность трубопроводов" в 1995 (Москва) I в 1997 (Углич) годах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, ыводов, списка использованных источников из 146 наименований, приложений.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в II пе-атиых опубликованных трудах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Состояние вопроса.

Состояние вопроса подробно рассмотрено в литературном обзоре, де приведена статистика разрушений по причине стресс-коррозии на оте-ественных и зарубежных магистральных газопроводах. Отмечается рост оличества аварий в отдельных регионах и трудность диагностики и защи-ы от этого вида разрушений металла газопроводных труб.

В разделах 1.2 - 1.4 рассмотрены основные особенности сталей раэ-ых поколений (разных способов производства), применяемых для строи-гльства газопроводов в 60-х - 80-х годах. Обсуждаются критерии, по кото-ым оценивается склонность их к разрушению , и металлургические фак->ры, влияющие на сопротивление разрушению. Отмечается, что в сталях эследнего поколения (контролируемой прокатки) достигнут значительно

более высокий уровень вязкости разрушения по сравнению со сталями нормализованными. Такое повышение вязкости при сохранении на высоком уровне прочностных свойств позволило сократить количество протяженных разрушений трубопроводов.Огмечается.что в среднем "возраст" аварийных труб, изготовленных с применением контролируемой прокатки, существенно шоке, чем у менее вязких нормализованных сталей предыдущего поколения. При разработке сталей для трубопроводов возможность возникновения стресс-коррозионных разрушений не учитывали. В связи с этим в разделах 1.5 - 1.7 проведен анализ состояния этой проблемы и отмечено, что как в нашей стране, так и за рубежом практически полностью остутствуют систематизированные исследования причин возникновения и развили стресс-коррозионных повреждений металла газопроводных труб.

В настоящее время установлены , по крайней мере два типа КРН: КРН при высоком рН (high рН stress corrosion cracking) и КРН при низком рН (low or near neutral stress corrosion cracking). По мнению большинства зарубежных ( Парккис, Швейк, Реви, Деланти и др. ) и отечественных (Мазель, Иванпов, Пригула и др.) авторов КРН при низком рН является разновидностью инициируемого водородом растрескивания. Показано, что природа, механизмы, меры предупреждения этой формы коррозионного растрескивания под напряжением (КРН при низком рН) пока еще недостаточно ясны. Исследования, в основном, посвящены выявлению критических факторов палевых условий, ответственных за возникновение КРН. К таким факторам относятся состояние электрохимической защиты, параметры среды, температуры, напряжений, действующих в трубопроводе в процессе эксплуатации. Комплексного металловедческого и следования металла газопроводных труб большого диаметра не проводилось, и работ, посвященных изучению роли металлургических факторов на стойкость стали к стрссс-коррозин, как в нашей стране, так и за рубежом, относительно немного. Данные этих работ весьма противоречивы. Отмечается, что стресс-коррозии подвержены практически все стали (Паркинс, Швейк, EPRG). Главную роль в развитии разрушения в условиях стресс-коррозии некоторые авторы (Огг, Сурков, Diakov и др.) отводят неметаллическим включениям. Отсутствуют исследования, посвященные роли технологии производства и остаточных напряжений в сопротивлении сталей КРН.

Постановка экспериментальной части работы и схема исследований заключались в изучения металла аварийных труб и сопоставлении полученной информации с внешними условиями работы газопроводов. Исследования проводились как с применением традиционных методов химического анализа, определения механических свойств, фрактографического, металлографического и ректтеноструггурного анализов, так н с приме не-

1ием нетрадиционных специально разработанных методов 'термокинетический анализ водорода , рентгеновский анализ распределения остаточных напряженицй вдоль излома для установления микромеха-шзма развития трещины). Исходя из вывода о предполагаемом механизме жзрушения, сделанном в первой части, проведены лабораторные исследования образцов, отобранных от аварийных газопроводов с разным сроком эксплуатации. Результатом первых двух частей стали:

- разработка методики коррозионно-механических испытаний образцов трубных сталей с целью сравнительной оценки их сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением;

- разработка системы идентификации условий, провоцирующих лресс-коррозию конкретной формы;

- выбор параметров для оценки склонности сталей к КРН;

- уточнение методики оценки трешиностойкости с предварительным наводороживанием образцов с трещинами и оценка влияния способа наво-цороживания и его продолжительности на показатели трещиностойкости.

Последняя часть работы посвящена исследованию влияния метал-пургических факторов на сопротивление сталей для труб большого дна-метра стресс-коррозии. Изучены следующие металлургические факторы: :остав стали, способ производства, чистота стали, остаточные напряжения.

Материалы и методики исследования.

Материалом для исследований послужили низколегированные конструкционные стали массового производства Х42-Х70, применяемые для лроительства трубопроводов большого диаметра в разные годы (табл. 1, и 2). Их выбор отражает тенденции развития современных трубных сталей: ;ннжение содержания углерода, микролегирование карбошггридообра-¡ующимн элементами и измельчение зерна, повышение чистоты стали но неметаллическим включениям (особенно по сере и фосфору), модифицирование неметаллических включений путем обработки жидкого металла кальцием, применение контролируемой прокатки.

Химический состав сталей определяли методом спектрального ана-шза на анализаторе SPECTRO LAB (Германия) в соответствии с ГОСТ 18895.

Механические свойства сталей определяли по ГОСТ 1497 на универ-;альной испытательной машине FP-100 (Германия).

Структуру сталей исследовали визуально и металлографически с подошью стереомикроскопа "Технивал" при увеличениях х10 - 40. Затем при Золыних увеличениях (хЮО - 400) на микроскопе NEOFOT-93 изучали гтруктуру металла, профиль изломов и топографию трещин в аварийных

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ИССЛЕДОВАННЫХ СТАЛЕЙ

л м о/в Марка спим, «зггего-рия прочи. Содержание элементов, % вес. Примечание иш ■ссасамиом

С Мп Р Б Сг N1 Си V А1 Т» N5 Мо Апцшшспяй ЯМУ цх П СШЙШСЯ 1И11— ста. 1 ЬуШМ Ш1ШНШЯ

1 МПСФ 0.15 V 1.50 0,016 0,022 0,060 0,060 0,060 0,067 0,023 0,003 0,023

2 Х70 0.12 од 1.60 0,021 0,00« 0.025 0,021 - 0.007 0.020 0,060 -

3 Х70 0,10 0.27 1.70 0,014 0,009 0,020 0,011 0,007 0,005 0,013 <0,002 0,03«

4 17ПС-У 0,19 0.43 1,47 0,012 0,021 • - - - о.Озо ' - -

$ 17ГЗАФ 0,16 0.35 1.43 0,012 0,009 0,400 - \ 0,11 0,020 - - ■ ТрЮТЮСПЙШбА ■ сапа кясрмв-1|ЮИИММ0СЯ|

6 16Г2САФ 0.17 0,32 из 0,013 0,010 0,040 0,050 0,1?0 0,07 0,020 0,016 -

7 09Г2ФБ 0.11 0.29 1.67 0,011 0.005 • • - 0,075 - • -

I

О

нием нетрадиционных специально • разработанных методов (термокинетический анализ водорода , рентгеновский анализ распределения остаточных напряженицй вдоль излома для установления микромеханизма развития трещины). Исходя из вывода о предполагаемом механизме разрушения, сделанном в первой части, проведены лабораторные исследования образцов, отобранных от аварийных газопроводов с разным сроком эксплуатации. Результатом первых двух частей стали:

- разработка методики коррозионно-механических испытаний образцов трубных сталей с целью сравнительной оценки их сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением;

- разработка системы идентификации условий, провоцирующих стресс-коррозию конкретной формы;

- выбор параметров для оценки склонности сталей к КРН;

- уточнение методики оценки трещиностойкости с предварительным наводороживанием образцов с трещинами и оценка влияния способа наво-дороживания и его продолжительности на показатели трещиностойкости.

Последняя часть работы посвящена исследованию влияния металлургических факторов на сопротивление сталей для труб большого диаметра стресс-коррозии. Изучены следующие металлургические факторы: состав стали, способ производства, чистота стали, остаточные напряжения.

Материалы и методики исследования.

Материалом для исследований послужили низколегированные конструкционные стали массового производства Х42-Х70, применяемые для строительства трубопроводов большого диаметра в разные годы (табл.1 и 2). Их выбор отражает тенденции развития современных трубных сталей: снижение содержания углерода, микролегирование карбонитридообра-зующими элементами и измельчение зерна, повышение чистоты стали по неметаллическим включениям (особенно по сере и фосфору), модифицирование неметаллических включений путем обработки жидкого металла кальцием, применение контролируемой прокатки.

Химический состав сталей определяли методом спектрального анализа на анализаторе SPECTRO LAB (Германия) в соответствии с ГОСТ 18895.

Механические свойства сталей определяли по ГОСТ 1497 на универсальной испытательной машине FP-100 (Германия).

Структуру сталей исследовали визуально и металлографически с помощью стереомикроскопа "Технивал" при увеличениях хЮ - 40. Затем при больших увеличениях (хЮО - 400) на микроскопе NEOFOT-93 изучали структуру металла, профиль изломов и топографию трещин в аварийных

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ИССЛЕДОВАННЫХ СТАЛЕЙ

л * п/ъ Мжра стш, птего- рмя прочя. Содержание элементов, % вес. Примечание цдо вссаепомяп

С & Мп Р 5 Сг N1 Си V А1 •п Ь1Ъ Мо РМООфМШСПЯЙ рш ну яцпяА» мр"« П СПЬйСЯ «к». Иэучвям ЧИНИ П 1р^В0С10|иС1| ■ оцвш кшзром>» |ЦХ|Ч1ИММССЯ

1 1*ПСФ 0.15 0,37 1.50 0,016 0,022 0,060 0,060 0,060 0,067 0,023 0,003 0,023 •

2 Х70 0.12 ОД 1,60 0.021 0,008 0,02$ 0,021 - 0,007 0.020 0,060 • -

3 Х70 0,10 0,27 1.70 0,014 0,009 0,020 0,011 0,007 0,005 0.013 <0,002 0,038 -

4 17Г1С-У 0.19 0,43 1.47 0,012 0,02 Т - - - - 0,630 - - -

) 17ГЗАФ 0.16 0,35 1,43 0.012 0,009 0,400 - * 0,11 0,020 - - -

6 16ГЗСАФ 0,17 0,32 из 0,013 0,010 0,040 0,050 о,15о 0,07 0,020 0,016 • -

7 09Г2ФБ 0.11 0,29 1.67 0,011 0,005 - • - 0,075 - • - -

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИССЛЕДОВАННЫХ СТАЛЕЙ

№№ п/п Марка стали,категория прочности Предел прочности ,Н /мм2 Предел текучести ,НУым2 Относительное удлинение,% КСУ.и, Дж/см2

1 14Г2СФ н. 565 410 27,0 43,0

2 Х70 к.п. 634 535 21,0 95,0

3 Х70 635 495 22,5 140,0

4 17Г1С-У ГУ 700 560 26,0 60,0

5 17Г2АФ 600 470 24,0 50,0

6 16Г2САФ Н 714 594 22,0 -

7 09Г2ФБ к.п 630 490 22,5 143,0

II - нормали «аиия

ТУ-1ермо>л\чпк-ние

КП - котр 1:1'ир>смая прокатка

трубах и лабораторных образцах после испытаний. Выявление структуры проводили * 2-4%-иом растворе азотной кислоты в спирте.

Количественную оценку структурных параметров проводили с помощью форм-факторов на приборе "Квангимет". Вытянутость сульфидов оценивали отношением их суммарной длины к измеряемой площади, степень раздробленности перлита - отношением периметра к сумме длин проекций перлитных колоний. Все измерения делали на 100 полях.

Фракто графические исследования поверхностей изломов проводили на растровом электронном микроскопе ДЗМ-ЧБ (Япония) при ускоряющем напряжения 20 кВ.

Рентгенострухтурный анализ внутренних напряжений второго рода проводили на дифракгометре ДРОН-3 в Ре-излучении в режиме записи интерференционных линий (211) на диаграммную ленту потенциометра. Средний уровень напряжений оценивали по изменению полуширины интерференционной линии (211) на середине ее максимума, которое прямо пропорционально изменению микроне какений Степень локальной концентрации напряжений оценивали по краевым участкам дифрактограмм слабой интенсивности.

Величину остаточных напряжений на поверхности темплетов, отобранных от аварийных труб, а также на металле трубы, не находившейся в эксплуатации, измеряли прибором БТКЕББСАЫ 500, фирмы А5Т(США). Мерой величины остаточных напряжений в продольном и поперечном направлениях является интенсивность шумового сигнала Баркхаузена, уменьшающаяся в случае сжимающих внутренних напряжений, и возрастающая при наличии растягивающих внутренних напряжений.

'Анализ наводороживания аварийных труб и лабораторных образцов проводили по зонам (схема вырезаем образцов приведена на рис.1а), определяя его распределение по толщине стенки трубы и по нормали к излому образца. Для изучения зонального распределения водорода применяли фракционный анализ, включающий термокинсткческий анализ низкотемпературных форм водорода и стандартный анализ остаточного водорода методом восстановительного плавления (газоанализатор типа ЯП-] фирмы ЬЕСб). Термокинетнческий анализ проводили на специальном анализаторе с программированным нагревом. В нем применен способ отбора выделяющегося яз проб водорода в вахуумированный (10"' - 10*4 ммрт.ст.) реакционный объем и последующее его определение в потоке газа-носителя (воздух) хроматографическим методом с использованием детектора теплопроводности. Анализ проводили в режиме равномерного нагрева проб со скоростью около 4°С/мин.

Для изучения водородолрошщаемостя сталей как меры эффективности захватывания водорода, а также способности к наводороживанию

фунтов, была изготовлена установка Бэррера с волюмометрическим окон-шшем н спирто-глицериновые эвдиометры. При изучении захватывания юдорода сталями разного способа производства наводороживанне образцов проводили с различной интенсивностью", варьируя подбор испытатель-юй среды и плотности тока при электролитическом наводороживании.

Для лабораторного изучения и оценки сопротивления зарождению и развитию КРН использовали коррознонно-механнческие испытания по ме-годике замедленнного растяжения (БЭРЛ*) образцов в суспензии грунтов разведением 1:10), отобранных с места аварий, и на воздухе. Испытания 1роводнли на универсальной испытательной ; машине 1958-10-1 НИКИМП). На основе специальных исследований при растяжении с разлитыми скоростями выбрали относительную скорость деформирования Ю 'с'1 - Ю^с'1. Катодную защиту имитировали с помощью потенциостата.

Сопротивление стали нестабильному развитию трещины оценивали с томощью критериев нелинейной механики разрушения, определяя трещи-«остойкость трубных сталей по ГОСТ 25.506 на компактных образцах с Зоковым надрезом и предварительно инициированной усталостной трещиной. При изготовлении образцов обеспечивалось направление развития грещины в плоскости с наименьшим сопротивлением разрушению. Перед изготовлением образцов рихтовку заготовок не производили, т.е. отсутствовало влияние деформации обратного знака. Испытания образцов про-50дили в интервале температур +20°С - 80°С. По результатам испытаний эпределяли коэффициент интенсивности напряжений Кс, критическое раскрытие трещины 6с, сужение в вершине трещины: Кс = (РШВ1ЛЬ1в)У1> где I - толщина образца; Ь - расстояния между краем образца и линией приложения нагрузки; Уз - поправочная функция.

Выявление природы н механизма КРН.

Изучение параметров коррозионных сред, в которых обнаруживается КРН в полевых условиях показало, что они представляют собой разбавленные электролиты, содержащие в общем случае менее 1,0 мг/л органических кислот. рН этих электролитов находился в пределах 5,8 - 7,5, Регистрируемые температуры грунтовых сред на аварийных участках не превышали + 30"С. Снятые в суспензии фунта с места аварии поляризационные кривые не имели области активно-пассивного перехода. Эта совокупность вы-ивленных внешних факторов коррозиооной среды позволяет заключить, что развитие КРН по классическому механизму анодного растворения маловероятно; более вероятна инициируемая водородом форма КРН.

Фрактографический анализ изломов в аварийных трубах различных регионов показал, что разрушение развивается в три этапа: 1 - образование

коррозионных дефектов на поверхности трубы; 2- зарождение и докрити-ческий рост собственно стресс-коррозионных трещин; 3- механический долом. Наличие полос сброса в областях излома, соответствующих стадии докритического роста трещины, говорит об участии перемешшх напряжений в развитии растрескивания. Преимущественно транскристаллитный излом (квазискол) на стадии докритического развития трещины, а также многократно обнаруживаемые вторичные трещины в изломах вместе с вышеприведенным результатом электрохимического анализа коррозионной среды позволили предположить, что КРН в отечественных трубопроводах развивается, вероятно, по механизму водородного охрупчивания.

Область долома носит вязкий характер, что может означать отсутствие участия водорода на этой стадии разрушения труб (либо из-за слишком высоких скоростей развития разрушения, либо из-за отсутствия эксплуатационного наводороживання, либо из-за того и другого вместе).

Изучение зонального распределения водорода по телу трубы показало, что заметное "эксплуатационное" наводороживание по сравнению с "металлургическим ~ фоном наблюдается только под изломом, причем, под КРН-кзлоиом концентрация водорода выше, чем под доломом. В областях трубы под доломом и вдали от излома уровень наводороживання и фракционное распределение соответствовал "металлургическому" фону ферри-то-перлнтных трубных сталей (устанавливаемому по уровню и фракционному распределению водорода в трубах и листе в состоянии поставки). Измерение плотности дислокаций под изломом КРН на расстоянии 2-5 мм к IS-17 мм показало повышенную на несколько порядков их плотность под .изломом.

Установленный факт локального эксплуатационного наводороживання металла аварийных труб одновременно с повышенной плотностью дислокаций в топком слое металла, прилегающем к поверхности стабильных до критических трещин, позволял подтвердить, что

- аварийные разрушения вызываются инициируемой водородом формой КРН;

- в эксплуатационных условиях: разбавленные грунтовые среди с **ннзкнм"рН (вблизи нейтральных значений), отсутствие повышенных температур и критических концентраций промоторов наводорожкваиня,-наводороживание стали осуществляется локально я "деформационным" путем, in situ, при выходе полос скольжения на поверхность трещины (в области пластической зоны у ее поверхности).

Можно полагать, что эта модель инициируемого водородом растрескивания действует во время локальной пластической деформации металла > вершине трещины, заполненной электролитом. Локальное подкжлеюя электролита в результате гидрйлнза продуктов коррозии будет снособство-

вать (в определенных пределах) более сильному наводороживанию пластической зоны и таким образом ускорять развитие трещин. Не исключено участие в данной модели растрескивания хемомеханического фактора, проявляющегося в облегчении выхода дислокаций и полос скольжения под действием среды. Этот локальный пластифицирующий эффект также способствует облегчению наводороживаиия металла.

Подтверждением микродеформационного характера наводороживаиия, реализуемого при КРН труб, является резко повышенная (в 6 и Более раз по сравнению с металлургическим фоном) концентрация низкотемпературных форм водорода Ни», определяемых как закрепленный на структурных дефектах с невысокой энергией связи. К таким дефектам относятся дислокации, двойники, области пиковых микронапряжений, т.е. дефекты, возникающие в процессе пластической деформации металла. Закрепление на этих дефектах части поглощенного во время эксплуатации водорода дает возможность установить факт эксплуатационного наводороживаиия спустя длительное время после аварии примененным в работе методом термокинетического анализа

Таким образом, повышенные количества Ним в изломах КРН по сравнению с трубами резервного запаса (рис.1б) подтверждают факт эксплуатационного наводороживаиия.

По совокупности выбранных идентификационных признаков , установленных в аварийных трубах, однозначно вытекает заключение, что "стресс-коррозионные" разрушения вызваны инициируемым водородом растрескиванием (ШБСС) с локальным микродеформационным механизмом наводороживаиия.

Лабораторное подтверждение водородного охрупчнвання как механизма стресс-коррозии.

Для идентификации механизма КРН металла аварийных груб ( активный путь коррозии или водородное охрупчивание) использовали классический метод поляризации : сравнительные испытания лабораторных образцов в суспензии грунта с места аварии с наложением анодных и катодных потенциалов и при потенциале свободной коррозии. После испытаний образцы подвергали такому же металлофизнческому анализу, что и металл аварийных труб. Результаты исследований приведены в табл. 3. Видно, что анодные потенциалы не вызывают растрескивания, КРН наблюдается только при катодных потенциалах ниже -1,2 В (н.в.э.). Полученная закономерность подтверждает действие механизма водородного охруп-чивания. в предполагаемой форме КРН. Важно, что характер наводороживаиия образцов, разрушенных при катодных потенциалах отрицательнее -1,2 В такой же, что и в аварийных трубах: металл наводороживается только у излома в области шейки, т.е. в области сосредоточенной пластической,

Расстояние от поверхности излома, мм

Рис. 1. а) схема вырезки проб для анализа водорода в аварийной трубс и лабораторнрм образце;

б) распределение среднего уровня интегрального содержания Н£ (1,2), высокотемпературных Н«» (Г, 2') и низкотемпературных Нмо (Г. 2") фор» остаточного водород» в аварийной трубе Х70 в зависимости от расстояния от поверхности КРН-излома. Пробы 1-4 отобраны со стороны внешней поверхности стенки труб| пробы Г - 4' - со стороны внутренней поверхности стенки трубы. Заштрихованные площади 3,3', 3" - интервалы содержания соответ вующих форм водорода в неиспользованных трубах е состоянии поставки или из резервного запаса.

Лабораторное подтверждение водородного охрупчкваняя (Результаты испытаний лабораторных образцов в суспензии грунта, отобранного с места аварии при Ь = 10"6 с'1).

номер образца Условия испытаний Пластические свойства Время испытаний, час. Содержанке водорода, ррш

Среда Потенциал, В(н.в.э) Относительное удлинение 85,% Относительное сужение ч% у излома на расстоянии 5-10 мм от излома

1 воздух • 27,5 77.5 4,8 4,5 4,3

2 грунт -0,37 26,5 78,0 5,1 5,1 5,3

3 грунт 0,80 26,0 78,0 4,9 4,9 5,3

4 грунт -уо 25,0 2,8 12,0 4,1

деформации. Таким образом, исследование распределения водорода в не пытанных лабораторных образцах подтвердили "деформационный" мех! низм наводороживания. Этот механизм предполагался как гипотетически при развитии инициируемых водородом форм растрескивания под напр) жением (Эваис и др.), но не был обнаружен и подтвержден эксперимм тально. При таком механизме наводороживания существенное превышена водорода должно наблюдаться под изломом, в области пластической д< формации, сопровождающей развитие стабильных трещин. Именно такс распределение водорода и наблюдается в испытанных лабораторных о( разцах и аварийных трубах.

Топография растрескивания в лабораторных образцах, разрушении в суспензии грунта при потенциале -1,2 В, также сходна с топографие трещин в реальных трубах. Трещины ориентированы перпендикулярно действующим растягивающим напряжениям и характер их развития так» транскристаллитный. Таким образом, была установлена корреляция мех: низма наводороживания и характера разрушения лабораторных образце испытанных по ЗБЯТ-методу в суспензии грунта при потенциале -1,2 В, реальных труб. Это послужило основанием для включения ЗБкТ-метода программу разработки методики коррозионно-механических испытаний.

Разработка метода коррозионно-механических испытаний.

Разработка метода включала в себя:

- выбор условий испытания (испытательной среды, потенциала, сп соба наводороживания);

- выбор схемы и скорости нагружения;

- выбор типа образца;

- разработку критериев оценки стойкости сталей к КРН. Для выбо; схемы нагружения проведены испытания лабораторных образцов на одн осное растяжение при различных условиях нагружения :

- при постоянных растягивающих напряжениях (а=0,7оо^, о=0,9о0^

• при замедленном растяжении до разрушения с постоянной ск ростью относительной деформации (ё=10"3 - 10"® с"1) с определением э< фектов снижения стойкости (по сравнению с испытаниями на воздухе).

В опытах при постоянной нагрузке образцы выдерживались нагр женными в среде при потенциалах свободной коррозии, -0,85 В(погенци катодной защиты, м.с.э.) и -1,2 В (м.с.э.) в течение 720 часов. За время эт го эксперимента трещин не возникало и разрушения не происходило. II водороживания металла образцй также не наблюдалось.

В опытах с замедленным растяжением в исследуемом интерза скоростей эффекты, связанные с возникновением и развитием КРН, нзча

•роявляться уже при относительной скорости деформирования 10"* с"1 , сипиваясь с понижением скорости деформации. С целью экспрессностн ля массовых испытаний была выбрана относительная скорость деформи-ования е=10 5 - КГ* с"1.

Металлографическими исследованиями и анализом наводороживайя было установлено, что в этих испытаниях все признаки реального КРН вляются достаточно выраженными, а ¡тетю: !. В качестве нспигггель-ой среды служат разбавленные электролиты с рН 6-6,5, изготавливаемые з грунта с места авариии; 2. Реализуется форма инициируемого водоро-ом растрескивания; 3. Характер растрескивания - транскристаллитный; 4. Характер наводороживания деформационный( повышенное содержание одорода наблюдается только в области шейки, т.е. в области сосредото-енной пластической деформации).

Для выбора критериев оценки стойкости сталей против стресс-оррозии была оценена чувствительность характеристик механических войств и времени до разрушения и рассмотрены различные участки кри-ой растяжения Отношение характеристики, полученной при испытании в реде, к характеристике, полученной при испытании на воздухе, определя-и как "коэффициент влияния среды [}". Например, р, = т^, /т»о,, ру = 'срАСжп-В зависимости от того, к какой характеристике он относится гремя, сужение или удлинение), ему присваивали соответствующий ин-екс (например, (5, для времени до разрушения). Чем ближе ют коэффи-не1гт к 1, тем выше стойкость стали против стресс-коррозии. На основами проведенного анализа было показано, что наиболее чувствительной арактеристикой, отражающей стойкость стали против КРН, является вре-я до разрушения или соответствующий ему коэффициент влияния среды ,). Другой чувствительной характеристикой стойкости может служить от-осительное сужение (или соответственно ).

Опенка ипшшчюап свойств и трещнностойкост трубяых сталей на стадии нестабильного роста трещины в условиях

"КРН при низком рН". Комплексное исследование влияния наводорошгеания на характери-гики механических свойств и третиностойкости трубных сталей проаоди-я изменяя температуру испытания, скорость деформации и условия наво-ороживания. Установлено, что в результате наводорожи ваши прочност-ые свойства стали не изменились, пластичность стали при комнатной Емпературе после наводороживаняя снизилась примерно в 1,7 раза. Синение температуры испытания до -80°С привело к дополнительному меяьшеяию пластичности в 1,2 раза. Проведенные исследования показа-я, что нет ссяоааннй считать, что трещиностойкость стала после наводо-

роживания снижается также интенсивно, как и относительное сужение образца. Действительно, полученные температурные зависимости трещин о-стойкости К, и пластичности у,, стали 16Г2САФ (рис. 2) показали, что при значительном снижении относительного сужения в вершине трещины после наводороживания (в среднем, в 3,5 раза) коэффициент интенсивное™ напряжений К с снижается всего на 6-8%. Причем, это изменение наблю дается при насыщении стали водородом в течение первых 4 часов наводороживания. При дальнейшем увеличении времени наводороживания снижения Кс не происходило.

Таким образом, с учетом несущественного влияния наводороживанш на параметр Кс и установленного в работе отсутствия реального объемного наводороживания трубы со стороны внутренней стенки и в стороне 01 стабильной КРН-трещины, можно считать, что нестабильное разрушение I условиях "КРН при низком рН" в общем случае развивается без участи» водорода. При рассмотрении этой стадии разрушения наводороживанне видимо, можно не учитывать.

Исследование влияния металлургических факторов на сопротивление разрушению сталей в условиях "КРН в средах с низким рН".

Исследования проводили на сталях разных сроков и способов производства (табл.1 и 2). Нормализованные стали выпущены в 70-х годах, г стали контролируемой прокатки (КП) произведены в 1980-85 годах.

Для исследуемых сталей были определены прочностные и деформационные характеристики , сопротивление разрушению при ударном нагру-женин и трещиностойкость (коэффициент интенсивности напряжений Кс > раскрытие в вершине трещины 5с ) при различных температурах. Испыта ння показали, что стали КП отличаются более высоким уровнем механиче ских свойств и трещиностойкосги по сравнению с нормализованными. Од нако, несмотря на повышенный по сравнению с нормализованными сталя ми уровень свойств, низкое содержание серы, мелкозернистую структуру сопротивление сталей КП растрескиванию в условиях, имитирующих ре альные, ниже (табл. 4).

Полученные результаты коррелируют с данными статистики разрушений (табл.4, последний столбец). Она свидетельствует, что аварийны« разрушения чаще всего происходят на трубопроводах большого диаметра изготовленных из сталей с применением контролируемой прокатки. Дл> них срок эксплуатации до аварии колеблется в пределах 2-15 лет (в среднем 9-10 лет). Более старые трубопроводы, изготовленные из нормали^ ванных сталей предыдущих поколений, разрушаются в среднем, через 2( лет после пуска в эксплуатац-оо, и они разрушаются намного реже.

(с.Н/ыы!/!

'ис 2 . а) Температурные зависимости относительного изменения ужения ч» и критического коэффициента шгтенсивности налряже-ий К« трубной стали после наводороживания в течение различного ременир - 4 часа,« - 8 часов;

б) Зависимость коэффициента интенсивности напряжения Кс рубкой стали от времени наводороживання.с - Тжя ~ +20°С, 10°С, -80°С соответственно.

•ТАБЛИЦА 4

СОПРОТИВЛЕНИЕ СТРЕСС-КОРРОЗИИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ РАЗНЫХ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА (РЕЗУЛЬТАТЫ КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ)

Сталь Способ произволе тва Параметры стойкости (средние значения по трем образцам) Содержание низкотемпературных форм водорода под изломом, см5/100г Время эксплуата ции до аварии ,лет

Время до разрушения, мин. Относит. сужение, % Р. Р„ Нгоо Н400 Нбоо

1 Нормализация 285/430 27,5/64 0,66 0,43 0 0 0,128 17-25 20

2 К.П. 205/425 26,3/75,5 0,48 0,35 0,140 0,206 0,630 3-15 9

Нормализованная сталь произведена в 1972-73 г.г., сталь контролируемой прокатки - в 1985-86 г.г. В числителе приведены время до разрушения и относительное сужение образцов, испытанных в суспензии грунта при потенциале -1,2 В(н.в.э.), в знаменателе - те же параметры образцов, испытанных на воздухе.

Для выявления природы пониженного сопротивления "КРН при ниэ->м рИ" сталей КГ1 проведено сравнительное изучение их структуры и эф-ективности захватывания водорода. Было обнаружено, что при одинако-)й длине сульфидов (основных ловушек водорода в феррито-перлитных ■алях) стали контролируемой прокатки поглощают водорода существенно хльше, а их водородопронинаемость ниже, чем у нормализованных ста-:й. Это свидетельствует о том, что сульфиды стали контролируемой протеи сильнее взаимодействуют с водородом, являясь более эффективными >вушками водорода. Они могут способствовать также более быстрому на-•дороживанию.

Несмотря на меньшую объемную долю, перлит в сталях контролн-'смой прокатки также более отрицательно влияет на сопротивление "КРН >и низких рН", чем в нормализованных сталях. Более высокая эффектив-кггь захватывания водорода сульфидами и перлитом в сталях, изго-влениых с применетшем контролируемой прокатки, может быть обмета жесткими температурно-деформационными условиями прокатки. Они юсобствуют вытягиванию сульфидов, изменению морфологии перлита, еличивая термодинамическую нестабильность как основных структур-IX составляющих, так и всей структуры стали в целом.

Влияние чистоты на КРН при низком рН низколегированных труб-IX сталей изучали на сталях опытно-промышленных выплавок - Устано-ено, что с увеличением общей загрязненности сталей неметаллическими лючениямн время до разрушения н коэффициент влияния среды р, нжаются по линейному закону, однако темп снижения невелик. Повы-;ние чистоты по сере в 2 раза ,а по неметаллическим включениям в 1,5 за улучшает стойкость стали лишь на 15-20% Этот результат можно рас-атривать как свидетельство относительно невысокой (по сравнению с льфидным КРН) чувствительности "КРН при низком. рН" к чистоте.

Исследование влияния остаточных напряжений на КРН в средах с зким рН проводили на металле трубы 1420x16,7 мм производства Хар-[зского трубного завода, не бывшей в эксплуатации. Установлено, что спределение остаточных напряжений по отношению к заводскому свар-му шву неоднородно. Зоны.с высокими. остаточными напряжениями ^полагаются на расстоянии 300 - 800 мм от продольных сварных швов, и уровень в 2,5 - 3 раза выше, чем в среднем по периметру трубы. Резуль-гы SSRT-испыганий (Stow Stress Rate Test) образцов, отобранных от зон шеоким и низким уровнем напряжений показали, что образцы, отопите из областей с высокими остаточными напряжениями имеют иа 2554 более низкое время до разрушения, чем образцы т остальных об-ггей трубы с более низким уровнем напряжением. Таким образом, ганоалена корреляция между уровнем остаточных напряжений и склоя-

ностью к КРН. Она открывает возможность выявлять по величине остато1 ных напряжений на поверхности трубы зоны с повышенным риски стресс-коррозионного разрушения, а также оптимизировать и контролирс вать технологию формовки труб, предназначенных для участков с повь шейным риском стресс-коррозии.

Для выявления природы пониженного сопротивления "КРН при ниэ-v рН" сталей К11 проведено сравнительное изучение их структуры и эф-истивности захватывания водорода. Было обнаружено, что при одинако-й длине сульфидов (основных ловушек водорода в феррито-перлитных алях) стали контролируемой прокатки поглощают водорода существенно лъше, а их водородопротщаемость 1шже, чем у нормалязоваипых craft, Это свидетельствует о том, что сульфиды стали контролируемой протки сильнее взаимодействуют с водородом, являясь более эффективными вушками водорода. Они могут способствовать также более быстрому на-аорожнванию.

Несмотря на меньшую объемную долю, перлит в сталях коитроли-емой прокатки также более отрицательно влияет на сопротивление "КРН и низких рН", чем в нормализованных сталях. Более высокая эффектив-сть захватывания водорода сульфидами и перлитом ■ сталях, изго-менных с применением контролируемой прокатки, может быть объяс-на жесткими темперагтурно-деформационными условиями прокатки. Они особствуют вытягиванию сульфидов, изменению морфологии перлита, елнчивая термодинамическую нестабильность как основных структур-IX составляющих, так и всей структуры стали в целом.

Влияние чистоты на КРН при низком рН низколегированных труб-IX сталей изучали на сталях опытно-промышленных выплавок -Устано-:но, «по с увеличением общей загрязненности сталей неметаллическими точениями время до разрушения и коэффициент влияния среды Р, нжаются по линейному закону, однако темп снижения невелик. Повысив чистоты по сере в 2 раза ,а по неметаллическим включениям ■ 1,5 ia улучшает стойкость стали лишь на 15-20% Этот результат можпо рас-атривать как свидетельство относительно невысокой (по сравнению с ифидным КРН) чувствительности "КРН при низком рН" к чистоте.

Исследование влияния остаточных напряжений на КРН в средах с зким рН проводили на металле трубы 1420x16,7 мм производства Хар-зского трубного завода, не бывшей в эксплуатации. Установлено, что ;пределение остаточных напряжений по отношению к заводскому свар-чу шву неоднородно. Зоны с высокими остаточными напряжениями ^полагаются на расстояний 300 - 800 мм от продольных сварных твоя, и уровень в 2,5 - 3 раза выше, чем в среднем по периметру трубы. Резуль-ы SSRT-испытаний (Slow Stress Rate Test) образцов, отобранных от зон шсоким и низким уровнем напряжений показали, что образцы, отвитые из областей с высокими остаточными напряжениями имеют на 25-'/• более низкое время до разрушения, чем образцы ю остальных об-ггей трубы с более низким уровнем напряжением. Таким образом, -аноалена корреляция между уровнем остаточных напряжений я склон-

ностью к КРН. Она открывает возможность выявлять по величине остаточ ных напряжений на поверхности трубы зоны с повышенным риско) стресс-коррозионного разрушения, а также оптимизировать и контролирс вать технологию формовки труб, предназначенных для участков с повы шейным риском стресс-коррозии.

ВЫВОДЫ

1. На основе разработанного комплексного металловедческого шиторипга аварийных труб и лабораторных исследований изучены ирода и механизм нового ранее неизвестного вида разрушений катод-

защшцасмых газопроводных труб большого диаметра оррознонпого растрескивания под напряжением при низком р1Г гресс-коррозии неклассического типа), развивающегося в условиях рушения изоляции при контакте стали с разбавленными грунтовыми екгролитами, имеющими рН 5,8 - 7,5 и обычную климатическую тем-рэтуру-

2. Исследованиями металла аварийных труб и коррозионно-:ханического поведения трубных сталей в суспензиях грунтов, ото-анных с места аварий, установлено, что:

- поляризационные кривые трубных сталей Х42 - Х70, снятые в

спензиях грунта, не имеют области активно-пассивного перехода, что )жно рассматривать как свидетельство высокой вероятности развитая 'РН при низком рН" по водородному механизму, а не по классическо-' механизму активного анодного растворения;

- зарождение стресс-коррозионных трещин происходит преимуще-венно злектрохнмичесхим путем (питгингованием), на субкрнтйческой алии трещины развиваются по механизму инициируемого водородом ррознонного растрескивания под напряженней (КРН) или киррозион-й усталости (КУ); на стадии нестабильного разрушения - по вязкому ¡хаиизму без участия водорода;

- при разв!гпш субхригнческой КРН-трешины наводороживание уществляется только in situ - во время пластической деформации стали вершине коррозио1шо-ыеханической трещины, т.е. имеет деформаци-ную природу. Она происходит локально - только в вершине разви-ющейся КРН-трещины. Здоровый металл вне колоний стресс-ррознонных трещин не обнаруживает признаков эксплуатационного водороживания;

- фракто графические особенности изломов аварийных труб ногоочаговость развития разрушения, усталостные бороздки, полосы роса, вторичные трещины, преимущественно транскристаллитный ха-ктер развили трещин квазисколом) на коррознонно-механической алии дают основание предполагать, что в "КРН при низком рН" реалн-ется коррозионно-усталостиый механизм с участием водорода.

3. Водородный механизм "КРН при низком рН" подтвержден в ла-раторных условиях результатами испытаний образцов в суспензии унта при замедленном растяжения (SSRT), проведенных ■ области одных и катодных потенциалов (метод поляризации) я показавших,

что растрескивание провоцируется в области катодных потенциале способствующих локальному деформационному наводороживанию ст ли в области сосредоточенной пластической деформации (шейки) обра ца.

4. Разработана методика экспресс-испытаний лабораторных обра цов трубных сталей на склонность к "КРН при низком рН". Металлогр фическими, фрактографическими и другими методами показано, ч: условия испытаний по этой методике удовлетворительно имитируют р альные стресс-коррозионные разрушения труб.

Исследовано влияние металлургических факторов (способа пр< изводства, чистоты стали, морфологии сульфидов и содержания перл) та) на стойкость трубных сталей (производство 80-х годов) прет стресс-коррозии типа "КРН при низком рН". Установлено, что

- способ производства оказывает существенное влияние на сопр< тивление КРН: стали КП проявляют более низкую устойчивость прот» растрескивания по сравнению с нормализованными сталями. Показан что пониженная устойчивость против растрескивания исследуемых ст. лей КП обусловлена темпераггурно-деформационными условиями ко> тролируемой прокатки, создающими менее благоприятное в отношен» взаимодействия с водородом структурное состояние: перлит и сульфид сталей КП являются более эффективными ловушками водорода, чем эт же структурные составляющие в нормализованных сталях;

. - существует корреляция между неоднородностью склонности КРН и распределением остаточных напряжений по периметру трубы, прямошовной трубе производства ХТЗ (Харцызский трубный заво; 1420x16,5 мм из стали Х70 обнаружены области с повышенными (в 2 -раза) остаточными напряжениями, расположенные на расстоянии 300 800 мм от сварного шва и имеющие пониженную (на 25-40%) стойкост по сравнению с остальным металлом трубы;

- сопротивление трубной стали стресс-коррозии в форме "КРН пр низком рН" обнаруживает относительно невысокую чувствительность чистоте, объясняемую локальным характером контролирующих растре« кивание процессов наводороживания и охрупчивания. При повышени чистоты стали Х52 по сере и неметаллическим включениям в 2 и 1,5 раз соответственно прирост долговечности составлял не более 15%;

- состояние поверхности играет существенную роль в возникнове нии стресс-коррозии через чувствительность к локальным видам коррс зии. "Заводская" поверхность трубы обнаруживает значительно боль шую подверженность локальной коррозии, чем механически обработан иая.

6. Уточнены методики оценки трещиностойкости с предваритель ным наводороживанием образцов с трещинами и оценено влияние наво

роживания и его продолжительности на показатели трещиностой-гги. Показало, что иаволороживание не оказывает заметного влияния сопротивление развитию нестабильного разрушения. Соответственно, н расчете остато'шого ресурса труб со стресс-коррозионными дефек-<и необходимость учета водородного охрупчивания металла труб во ;мя эксплуатации отпадает.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Сергеева Т.К., Волгина Н.И., Илюхина М.В., Болотов A.C. Kopp знойное растрескивание газопроводных труб в слабокислом груше. Газ вая промышленность, 1995, № 4, с. 34 - 38.

2. Волгина Н.И., Илюхина М.В., Королев М.И., Сергеева Т.К., То А.И. Изучение измеиения физико-механических свойств, наводороживат и топографии растрескивания стали в процессе переиспытания трубопр водов со стресс-коррозиониыми повреждениями. В сб. трудов Междун родной научно-практической конференции по проблеме "Безопасное трубопроводов", 1995, с. 165- 179.

3. Волгина Н И., Насибов А.Г., Пирусский М.В. Влияние наводор живания и условий нагружения на трещиностойкость трубных сталей. Т зисы Международной конференции "Защита - 95", 1995, с. 105-106.

4. Волгина Н.И., Насибов А.Г., Илюхина М.В., Пирусский М. Оценка трещиностойкости углеродистых и низколегированных констру ционных-сталей в условиях наводороживания. МиТОМ, № 5, 1997.

5. Волгина Н.И., Сергеева Т.К. Оценка стойкости к стресс-корроз1 гггалей, используемых на действующих магистральных газопроводах. С докладов второй Международной конференции "Безопасность трубопров дов".Москва, 1997, с.23 - 34.

6. Волгина H.H., Гольдштейн Р.В., Иванов А.Г., Овсянников Б.М. др. Экспериментальное исследование трещиностойкости и особенносп разрушения низколегированных сталей для магистральных газопроводо Аннотации докладов V Всесоюзного съезда по теоретической и приюта ной механике, г. Алма-Ата, 1981, с.96.

7. Гольдштейн Р.В., Овсянников Б.М., Волгина Н.И. Температуры; зависимость трещиностойкости стали 15ХСНД и некоторые другие ос бенности ее разрушения. Проблемы прочности, № 1,1982, с 24-27.

8. Пирусский М.В., Волгина Н.И., Овсянников Б.М. Влияние пласт ческой деформации на ударную вязкость. Проблемы прочности, № 7, 198 с.32-36

9. Пирусский М.В., Волгина Н.И., Овсянников Б.М-Влияиие но пластической деформации на ударную пя ¡кость.Проблемы прочности,/

10. Волгина Н.И., Овсянников Б.М., Пирусский М.В. Влияние Л1 кальной пластической деформации на работу инициирования и работу ра вития трещины. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конф ренцин "Пути повышения конструктивной прочности металлов и сплавов 1982, с.31.

11. Волгина Н И., Овсянников Б.М , Пирусский М В Влияние объ-ной и локальной пластической деформации на ударную вязкость, работу нциирования и работу развития трешнны в низколегированных трубных алях. Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Внедрение современных

гтодов контроля структуры и свойств металлопродукции", 1984, с. 33.

—