автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Влияние структурно-фазового состава трубных сталей и их сварных соединений на сопротивление деформационному старению

На правах рукописи

ЯЧИНСКИЙ Алексей Александрович

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ И ИХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОМУ СТАРЕНИЮ

Специальность- 05.02.01. Материаловедение (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л.А. Ефименко

доктор технических наук, профессор Э.Л. Макаров

кандидат технических наук, А.А. Ефимов

Ведущая организация ООО «ВНИИГАЗ»

Защита состоится « 12 » декабря 2006 года в ауд. 502 в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.200.10 при Российском государственном униьерситете имени И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан «_» .

2006 года

И.О. Ученого секретаря диссертационного совета д.т.н, профессор

Е.Е. Зорин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в России эксплуатируется уникальная по протяженности и производительности система магистральных трубопроводов для транспортировки природного газа, нефти и продуктов их переработки. Протяженность магистралей составляет около 208000 км, причем доминируют в ней трубопроводы высокого давления и большого (1220 ... 1420 мм) диаметра. Эксплуатируется 800 компрессорных и насосных станций, резервуарные парки объемом более 20 млн.м3, подземные хранилища емкостью 45,6 млрд. м1.

Трубопроводы, несмотря на свою внешнюю конструктивную простоту, принципиально отличаются от других сооружений сложной схемой воздействия силовых факторов, разнообразием нагрузок, неопределенностью напряженно-деформированного состояния, масштабностью. К тому же, подземное размещение затрудняет диагностику и увеличивает вероятность возникновения отказов. Увеличение риска эксплуатации также связано со «старением» трубопроводов.

В частности, основная часть газовых магистралей (155 тыс.км) построена в 1970-1990гг. 30% газопроводов эксплуатируется более 20 лет, примерно 15% из них имеет возраст около 30 лет; 40 тыс.км газопроводов выработали свой расчетный ресурс (33 года).

При этом основным конструкционным материалом систем магистральных трубопроводов являются углеродистые и низколегированные кремне-марганцовистные стали.

Эти стали относятся к материалам, подверженным процессу старения, что сопровождается нежелательными изменениями их служебных характеристик. Прежде всего с процессами старения связано понижение пластических и вязких свойств металла, повышение его склонности к хрупкому разрушению.

Многочисленные исследования физических процессов деформирования н разрушения трубных сталей различного уровня прочности и системы легирования, а также сварных соединений позволили установить зависимость их механических свойств, снижения остаточного ресурса прочности и трещнностой кости трубопроводов от продолжительности эксплуатации.

Вместе с тем вопросы, связанные с оценкой роли структурного фактора в сопротивлении стали деформационному старению изучены недостаточно и не получили должного отражения в работах как отечественных, так и зарубежных исследователей, что подтверждает актуальность принятого направления исследований.

Цель и задачи работы. Целью работы явилось повышение сопротивления деформационному старению трубных сталей и их сварных соединений за счет регулирования структурно-фазового состава.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи;

• Выполнен анализ основных факторов, влияющих на склонность трубных сталей к деформационному старению.

• Проведена оценка влияния длительности эксплуатации на изменение структуры и механических характеристик металла трубопроводов.

• Исследовано влияние деформационного старения на изменение механических характеристик металла низколегированных трубопроводных сталей и их сварных соединений.

• Изучено влияние процесса деформационного старения на структуру трубных сталей и их сварных соединений.

• Определен рациональный структурно-фазовый состав низколегированных кремне-марганцовистых трубных сталей и их сварных соединений но сопротивлению деформационному старению в условиях статического, циклического и динамического нагружения и разработаны рекомендации по его обеспечению при сварке трубопроводов.

Научная новизна. На основе изучения склонности низколегированных трубных сталей и их сварных соединений к деформационному старению в условиях статического, динамического и циклического нагружений показана ее существенная зависимость от структурно-фазового состава. При этом с уменьшением в структуре ферритной и мартенситной фаз на фоне формирования высоко-дисперсной ферритно-карбидной смеси (бейнита) сопротивление металла деформационному старению повышается. Преимущественно бейнигная структура характеризуется минимальными значениями коэффициентов деформационного упрочнения и деформационного старения.

Методами электронной микроскопии, рентгеноспектральным и рентгенографическим анализами установлено влияние структурно-фазового состава на распределение сегрегаций углерода и азота в ферритной фазе и ее дислокационную субструктуру в процессе деформационного старения. Показано, что минимальная концентрация и максимально гомогенное распределение указанных сегрегаций в ферритной фазе обеспечивается при формировании в основном металле и ЗТВ сварных соединений преимущественно бейнитной структуры. При этом практически не меняется дислокационная субструктура.

Практическая ценность. Разработаны и рекомендованы к внедрению рекомендации по определению режимов сварки трубопроводов гарантированно обеспечивающие рациональный, с позиции сопротивления деформационному старению, структурно-фазовый состав сварных соединений трубных сталей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на: XXI тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов КС». (Москва, 2003 г.), XXII тематическом семинар «Диагностика оборудования и трубопроводов КС» (Москва, 2004 г.), научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных

организаций (Москва, 2004 г.). 6-й научно-технической конференции. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003 г.), 6-й всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (Москва, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ., в т.ч 3 в технических журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы. Материал изложен на 142 страницах, включающих 57 рисунков и 19 таблиц, а также библиографию 126 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении рассмотрены основные проблемы обеспечения надежности магистральных трубопроводов в условиях их значительного «старения». Обоснована актуальность темы диссертационной работы.

В главе 1 на основе анализа литературных данных изучены особенности проявления деформационного старения в трубопроводах из низколегированных и углеродистых кремие-марганцовистых сталей, которые продолжают оставаться основным конструкционным материалом магистральных трубопроводов.

Показано, что процесс деформационного старения этих сталей включает в себя все основные механизмы: накопление необратимых микроскопических деформаций (движение дислокаций), перераспределение атомов углерода, азота и др., взаимодействие примесных атомов с дислокациями, распад цементита и образование новых карбидных частиц, образование микротрещин при накоплении одноименных дислокаций у различных препятствий.

Эффект деформационного старения проявляется в изменениях структуры и свойств сталей и их сварных соединений, выражающихся в некотором повышении прочностных характеристик и значительном снижении пластических и вязких свойств металла и повышении его склонности к хрупкому разрушению.

Рассмотрены основные факторы влияющие на склонность трубных сталей к деформационному старению: внутренние (химический состав и структура стали) и внешние (вид нагружения, степень пластической деформации, температура, длительность эксплуатации и др.) Приведены данные по химическому составу сталей использованных для исследования в работе.

Сформулирована цель и задачи исследований.

Глава 2 посвящена анализу влияния длительности эксплуатации на изменение структуры и механических характеристик металла трубопроводов.

В настоящее время согласно литературным данным не существует однозначного мнения по проблеме влияние длительности эксплуатации на свойства трубопроводных сталей и их сварных соединений. Авторы одних работ утверждают, что заметных изменений свойств металла труб газопроводов при длительной

эксплуатации в условиях, предусмотренных проектом, ожидать не следует. Другие наоборот рассматривают деформационное старение, как одну из основных причин снижения механических свойств металлов во времени. Исследования, выполненные в настоящей работе, базируются на второй точке зрения. С этой целью в данном разделе работы выполнена оценка фактического состояния металла труб и сварных соединений фрагментов трубопроводов с различным сроком эксплуатации (от 12 до 40 лет) в условиях статического, динамического и циклического нагружений.

Оценка механических свойств основного металла и сварных соединений труб проводилась по показателям прочности, пластичности, сопротивлению разрушению. Определялась критическая температура хрупкости (Т50), предел выносливости, число циклов до разрушения.

Расчеты коэффициента (Кз), учитывающего снижение трещиностойкости трубной стали из-за старения и уровня остаточной прочности трубопровода по отношению к нормативному (у) выполняли по формулам 1 и 2.

__а„

К. =\ + 0,0ИС\Т (1)( Г~0.95-К,-<7,, (2)

где СИ = С + Мп/6 - эквивалент углерода, %

Т - время эксплуатации трубопровода, лет.

ац, о0,2 - фактические значения предела прочности и предела текучести материала, МПа

В таблице 1 приведены значения механических характеристик металла труб разного срока эксплуатации. На рисунке 1 представлены зависимости, характеризующие изменение Кб и у от длительности эксплуатации.

Анализ рисунка 1 показывает, что рассматриваемые стали характеризуются приблизительно одинаковой склонностью к снижению трещиностойкости с увеличением длительности эксплуатации (линия 6). В тоже время по уровню остаточной прочности отличаются существенно (рисунок 1 линии 1-5). В рассматриваемых сталях значение у < 1 наблюдается примерно через 20 (сталь 09Г2С, 15ХСНД) , 25 (сталь 14ХГС) и 30-35 (сталь 19Г сталь ЮГ) лет эксплуатации. В тех случаях, когда у < 1, рабочее давление в трубопроводе должно быть снижено.

На рисунке 2 представлены температурные зависимости изменения ударной вязкости (КСУ) и вязкой составляющей в изломе (В,%) металла ряда исследованных Сталей с различными сроками эксплуатации. Как видно, во всех рассматриваемых вариантах наблюдается снижение значений ударной вязкости с увеличением длительности эксплуатации трубопроводов (рисунок 2 а.).

О существенном охрупчииаиии материалов свидетельствует значительное уменьшение вязкой составляющей в изломе образцов (рисунок 2.6) и смещение к положительным температурам значений критической температуры хрупкости.

Марка стали Длительность эксплуатации, лет Предел прочности, <Чмп> Предел текучести, <42. мш Относительное удлинение, 8„% Относительное сужение, Y, % Твердость, HV, МПа Предел выносливости, о.,. МПа Число циклов до разр-я N.

09Г2С 12 460-520 380-390 37 79 1750 - -

18 560-550 470-475 34 75 2120 - -

ГОСТ 19281 не менее 470 не менее 325 не менее 21 - - - -

10Г2 12 510-520 360-370 33-37 75 1660 240 27700

40 530-540 380-410 28-31 68 1770 213 21400

ГОСТ 4543 не менее 470 не менее 265 не менее 21 - - - -

14ХГС 14 510 420 24 69 1600 255 36500

27 520 430 22 65 1650

34 550 475 18 1760 222 27000

ГОСТ 19281 не менее 490 не менее 345 не менее 21 - - - -

15ХС11Д 12 570-580 400-425 38 67 1990

18 580-590 445-505 28 63 2350 - -

ГОСТ 19281 не менее 490 не менее 345 не менее 21 - - - -

19Г IS 480-490 360-365 26 67 1620 - -

25 510-515 380-390 21 65 1650

29 515-520 390-400 20 63 1680 247 33400

40 560-580 410-415 18 62 1950 203 26300

ГОСТ 19281 не менее 450 не менее 275 не менее 24 - - - -

K„y

Длительность >мл|лу»т1цнн, лет

Рисунок 1 Изменение уровня остаточной прочности (у, линии 1-5) и коэффициента, учитывающего деформационное старение (Кз, линия 6) от длительности эксплуатации. 1- 15ХСНД, 2- 10Г2, 3- 19Г, 4-09Г2С, 5- 14ХГС

В условиях циклического нагружения влияние длительности эксплуатации сказывается на уменьшении примерно до 20 % предела выносливости металла и числа циклов до разрушения (таблица 1).

Изучение микроструктуры металла исследованных фрагментов трубопроводов методами оптической микроскопии показало, что все они имеют практически идентичную ферритно-перлитную микроструктуру, с содержанием ферритной фазы около 70-75 %. Она соответствует структурам, свойственным металлу новых труб из этих сталей в состоянии нормализации или контролируемой прокатки. Методом оптической металлографии заметных изменений в микроструктуре исследованных сталей не выявлено.

1,4

-80 -60 -40 -20 0 20 40

Температура испытания. грааС

а)

-80

-40 -20 0

Температура испытания град.С

б)

Рисунок 2 Зависимость ударной вязкости (а) и доли волокна в изломе (б) от температуры испытания металла трубопроводов с различной длительностью эксплуатации:! -14ХГС (14 лет), 2- 14ХГС (34 года); 3- 19Г (29 лет). 4 - 19Г( 40 лет); 5- Г0Г2 (12 лет), 6 - 10Г2 (40 лет)

Влияние длительности эксплуатации в большей степени сказывается на изменениях тонкой структуры трубных сталей (рисунок 3).

Методом электронной микроскопии показано, что в отдельных участках пластинчатого перлита наблюдается дробление цементитных пластин и начинается стадия их коагуляции (рисунок З.а). В теле зерен феррита видны мелкодисперсные частицы карбидов, размером 0,01-0,1 мкм (рисунок З.б).

Плотность дислокаций в исследованных образцах составляет (2,1 ± 0,2)- ю" см'2.

д)х 16 000 е) х 22 000

Рисунок 3 Дислокационная структура металла трубы после 18 лет эксплуатации

(сталь 09Г2С)

О следах пластической деформации в металле можно судить как по размытым границам зерен, так и по состоянию границ на которых образуются и выгибаются петли дислокаций (рисунок 3 .г, е).

На дислокациях видны также карбиды, являющиеся стопорами при движении дислокаций в процессе пластической деформации.

В образцах исследованного металла труб после 18 летней эксплуатации обнаружено образование ячеистой структуры (рисунок З.д), которая возникает при деформации металла более 8-10 %. Ячейки диаметром 0,25-0,3 мкм представляют собой свободные от дислокаций участки феррита, границы ячеек - это сложное переплетение стенок дислокаций, возникающих при пластических сдвигах, что выражается в увеличении ширины границ зерен (рисунок 36, в).

Таким образом, на основании выполненных исследований показана тенденция изменения структуры и механических характеристик трубных сталей в процессе длительной эксплуатации в условиях статических, циклических и динамических нагружений, что свидетельствует о протекании процессов деформационного старения.

В третьей главе получили дальнейшее развитие представления о влиянии деформационного старения на изменение механических характеристик металла низколегированных трубных сталей и их сварных соединений, что особенно актуально.

Чтобы исключить противоречивость данных об изменении прочностных и пластических свойств стали в процессе деформационного старения, возникающую при сопоставлении результатов испытаний образцов металла разных партий одной и той же марки стали, разница в периоде выплавки которых составляет до 30 и более лет (при использовании труб резервного запаса) или с нормативными характеристиками стали, для исследования были использованы фрагменты трубы из низколегированной стали 17ГС диаметром 1020 мм, с толщиной стенки 12 мм не подвергавшейся эксплуатации.

Труба из стали 17ГС исследовалась в 2-х исходных состояниях: после контролируемой прокатки и нормализации. Для оценки изменения свойств металла зоны термического влияния сварных соединений была проведена имитация термических циклов сварки (ТЦС).

Параметры воспроизводимого ТЦС соответствовали околошовному участку ЗТВ при автоматической сварке под слоем флюса. Максимальная температура нагрева (Тшах) составила 1350 "С, скорость охлаждения в интервале температур диффузионного превращения аустенита (800-500°С - >У4_5) изменялась от 3 до 50 °С/с.

Процесс деформационного старения имитировался в соответствии с ГОСТ 7268. Из трубы вырезались образцы размером 12*12*250 мм, которые подверглись деформации растяжением на машине ЕУ 40. Степень деформации составила 5%, 10%,

15%. Часть образцов основного металла, а так же образцы с имитированным ОШУ ЗТВ, были деформированы методом прокатки на продольном прокатном стане марки ДУО 160. Степень деформации составила 10 %. Затем образцы подвергли отпуску при температуре 250 °С, выдерживали в течение одного часа и охлаждали на воздухе. Оценивали комплекс механических характеристик металла в условиях статического, и динамического нагружений.

Склонность стали к деформационному старению при статическом нагружении оценивали по изменению прочностных и пластических характеристик. Определяли коэффициенты упрочнения металла по временному сопротивлению разрушению (КУ|) и пределу текучести (Ку2) при температуре +20 "С. Для этого использовали соотношения:

где оВк и оо.2к - предел прочности и предел текучести металла после деформационного старения, МПа;

о ни и Со.2н - предел прочности и предел текучести металла до деформационного старения, МПа.

Так же использовали метод пластически-деструкционного анализа материалов, позволяющий оценить ресурс их пластичности с учетом возникновения, накопления и развития повреждаемости при деформировании растяжением. Особенность метода состоит в том, что он позволяет оценить способность материала к возникновению повреждаемости на ранних стадиях пластической деформации. Такую оценку проводили по виду деструкционных диаграмм (рисунок 4), полученных в результате перестроения машинных диаграммам, записанных в виде зависимости нагрузка — абсолютное удлинение, полученных при статическом растяжении образцов, проводимом в соответствии с ГОСТ 1497.

В качестве количественного показателя склонности металла к накоплению и развитию микроповреждений использовали коэффициент деструкции (Д), (отражающий соотношение компонент деструкционной £д и пластической е|и деформаций в общей остаточной деформации £) и коэффициентом добротности (т|).

При этом, чем выше коэффициент деструкции у материала и ниже коэффициент добротности, тем больше в стали накоплено микроповреждений на момент исследования.

При динамическом нагружении расчет степени деформационного старения проводили по формуле:

(4),

Д = еД / б™ (5), 11 = 6,^/6 (6)

С =

КС - КС л КС

■100

и

где КС - среднее арифметическое значение ударной вязкости стали в исходном состоянии, МДж/м1;

КСА - среднее арифметическое значение ударной вязкости стали после старения, МДж/м2;

Рисунок 4 График зависимости истинного напряжения от квадратного корня из истинного значения деформации образца

В таблице 2 приведены результаты оценки механических свойств основного металла при одноосном растяжении до и после деформационного старения.

Таблица 2 - Механические характеристики стали 17ГС до и после деформационного

Степень деформации металла, с,% Твердость, »V, МПа Предел прочности, о, МПа Предел текучести, <42. МПа Огноси-тельиое удлинение, 85.% Относительное сужение. Коэффициенты упрочнения металла И I! Добротность. Г]

К>2

Исходное состояние: после контролируемой п ^окатки

и 2000 587-603 425-440 25-31 67 - - 0,3 0,76

5* 2090 664-664 613-637 15 64 1,12 1,44 0,30 0,77

10« 2220 687-706 668-692 8,8-15 62 1,17 1,57 0,69 0,59

15» 2430 706 701 9,2 62 1,19 1,62 1,30 0,43

10" 2320 725-754 678-711 15 62 - - -

Исходное состояние: после нормализации

0 1930 606-616 406-414 27-31 68 - - -

10« 2430 723-743 715-736 15,2-17.6 60-64 1.2 1,8 - -

Примечание - * деформация металла — методом растяжения * * деформация металла - методом прокатки

Анализ данных показывает, что в результате деформационного старения происходит существенное изменение всех механических характеристик металла трубопровода. Наблюдается эффект упрочнения металла, прослеживаемый по приросту твердости, значений а„, о0,2- Он увеличивается с повышением степени деформации. Например, при увеличении степени деформации до 10 % и 15 % твердость стали (в состоянии после контролируемой прокатки) возрастает с 2000 МПа до 2220 МПа и 2430 МПА соответственно, т.е. примерно на 10-20 %.

Повышение предела прочности стали составило от 10 до 20 %, предела текучести - более 44 % при изменении степени деформации от 5 до 15 % соответственно.

Значения коэффициентов упрочнения по временному сопротивлению разрушению (Ку|) и пределу текучести (К>2) изменяются в пределах от 1,12 до 1,19 и от 1,44 до 1,62 соответственно (таблица 2). При этом нарушаются соотношения между а. и а0 2, установленные нормативной документацией..

Для обоих исходных состояний стали наблюдается значительное уменьшение относительного удлинения. В частности, значения 85 снизились на 45-65 % соответственно при степени деформации 10 и 15 %. При этом значения относительного сужения (у) уменьшились не более, чем на 10 %. Такое соотношение в изменении значений относительного удлинения и сужения свидетельствуют об охрупчивании металла.

В зависимости от степени предварительной деформации изменяются значения коэффициента деструкции (Д) и добротности (ц) стали. У металла до деформационного старения они составляли 0,3 и 0,76 соответственно. После деформационного старения их значения изменились: Д до 1,3; т) до 0,43. Это свидетельствует о повышении склонности металла к повреждаемости при деформационном старении.

Оценка коэффициента деформационного старения по изменению коэффициента добротности материала показала, что при степени деформации до 5 % признаков деформационного старения по анализу добротности материала не выявлено. Однако, с увеличением степени деформации его значения увеличиваются от 22 % (деформация 10 %) до 43 % (деформация 15 %).

С, = 100%

п- (8),

где Лом ~ добротность стали (в состоянии после контролируемой прокатки); " добротность стали при различных степенях деформации.

Таким образом, деформационное старение низколегированных трубных сталей в условиях действия статических нагрузок проявляется не только в увеличении прочностных и снижении пластических характеристик, но и в повышении склонности металла к повреждаемости. Полученные данные были подтверждены оценкой фактического состояния стали данного класса после длительной эксплуатации.

Зависимости изменения ударной вязкости от температуры испытания металла труб до и после деформационного старения при различной степени деформации (рисунок 5, рисунок 6) показывают, что значения ударной вязкости металла (КСУ), как в состоянии контролируемой прокатки, так и в нормализованном состоянии, до деформационного старения соответствует нормативному уровню вплоть до температуры испытания минус 40 °С.

После деформационного старения отмечается резкое снижение значений ударной вязкости. Например, даже при температуре 20 "С КСУ уменьшается с 0,85 МДж/мг до 0,36 МДж/м2. Следует отметить, что при степенях деформации от 5 до 15% наблюдается незначительная разница в значениях ударной вязкости. При этом происходит смена микромеханизма разрушения (рисунок 7) с преимущественно вязкого (рисунок 7.а) на хрупкий транскристаллитный (рисунок 7. б. в. г). Доля волокна в изломе, даже при температуре испытания 20 °С снижается до 30-40 %

Расчет степени деформационного старения стали показал, что она составляет около 40-50 % как для стали контролируемой прокатки, так и для стали в нормализованном состоянии, что свидетельствуют о значительном охрупчивании низколегированных трубных сталей в процессе деформационного старения материала.

Температура, град.С

Рисунок 5 Зависимость КСУ от температуры испытания стали 17ГС контролируемой прокатки. 1- исходное состояние; 2 - деформация 5%; 3 - деформация 10% 4 -

деформация 15 %.

Температура, град.С

Рисунок 6 Зависимость КСУ от температуры испытания нормализованной стали 17ГС. 1 - исходное состояние; 2-деформация 10 %

в х!720 г х1770

Рисунок 7. Фрактограммы поверхности разрушения образцов из стали 17ГС в состоянии контролируемой прокатки до (а) и после (б, в, г) после деформационного старения. Температура испытания 20 °С Степень деформации: 5 % - б; 10 % - в; 15% -г

Оценка влияния деформационного старения на усталостные характеристики металла показала (таблица 3), что в условиях дсйсгвия циклических на|рузок происходит снижение значений предела выносливости материала и уменьшение

числа циклов до разрушения. При этом с увеличением степени деформации металла интенсивность снижения указанных характеристик возрастает.

Таким образом, по результатам оценки механических свойств трубной стали 17ГС показана их склонность к деформационному старению, проявляющемуся в повышении прочностных свойств металла и снижении характеристик ее пластичности в условиях статического, циклического и динамического нагружения. Полученные данные подтверждаются результатами изменения механических свойств в процессе эксплуатации трубопроводов из сталей 09Г2С, 10Г2, 19Г, 14ХГС, 15ХСНД, 17Г1С.

Таблица 3 - Значения характеристик усталости при деформационном старении стали 17ГС

Состояние Предел прочности ов, МПа Предел текучести, о02. МПа Предел выносливости, о.|.МПа Число циклов разрушения Ыр при с=о а.|

Исходное (контролируемая прокатка) 587 425 262±8 о=361 МПа, Ыр= 296 000

603 440 278±8 —

Деформация 5% + отпуск 654 613 278±8 о=341 МПа, Ыр= 283 200

664 637 270±8 -

Деформация 10% +отпуск 687 66g 232±8 о=300 МПа, ^ 262 700

706 692 239±7 -

Деформация 15% + отпуск 706 701 225±7 с=302МПа, Ир- 160 700

Нормализация 609 406 250±7 а=300 МПа, 248 600

616 414 247±7 -

Нормал.+ деформация 10% + отпуск 723 715 220±7 о=332 МПа, Ыр= 152 000

743 736 225±7 —

В работе проведено исследование влияния структурно-фазового состава на изменение механических свойств металла ОШУ зоны термического влияния в процессе деформационного старения.

Структурная диаграмма и фотографии микроструктуры. ОШУ З'ГВ приведены на рисунке 8. На диаграмму нанесены данные об изменении ударной вязкости этого участка сварного соединения до и после деформационного старения в зависимости от структурного состава, а также кривая изменения степени деформационного старения.

В таблице 4 приведены значения механических характеристик ОШУ ЗТВ до и после деформационного старения.

Как видно из приведенных данных, структура металла ОШУ в зависимости от скорости охлаждения изменяется от ферритно-перлитно-бенигной до бенитно-мартенситной.

I"

с *

I I

& Б

о) л

а

к в

с

- I 3

Скорость охлаждения, °С/с

и/„.5 3 "С/с

. 8 "С/с

50 "С

Рисунок 8 Структурная диаграмма и фотографии микроструктуры ОШУ ЗТВ. 1,2 кривые изменения ударной вязкости (КСУ*20) до (1) и после (2) деформационного старения, С -коэффициент дсформационнош старения

При скорости охлаждения 3 иС/с феррит составляет 40% структуры (рисунок 8). Он выделяется по границам и в виде игл направленных от 1раниц в тело аустенитных зерен, твердость структуры равно 1910 МПа.

С повышением скорости охлаждения \У».5 до 8 °С/с распад аустенита смещается в бейнитную область. Структура ОШУ при этой скорости охлаждения преимущественно бейнигная, содержание феррита не превышает 3- 5 % (рисунок 8) В структуре появляется до 15 % мартенсита. При максимальной скорости охлаждения, порядка 50 иС/с, содержание мартенсита в структуре повышается до 60 %, твердость структуры составляет 4680 МПа (рисунок 8).

Таблица 4. - Значения ударной вязкости и доли волокна в изломе до и после деформационного старения ОШУ ЗТВ стали 17ГС Значение ударной вязкости КСУ+20, и доли волокна в изломе (В,) до и после

деформационного старения

Металл ОШУ ЗТВ

KCV+20, МДж/м2 В,% KCV+20, МДж/м2 В,% KCV+20 , МДж/м2 В,%

W8-5 3 оС/с W8-5 8 оС/с W8-5 50 оС/с

До деформационного старения 0,75-5-0,99 0,84 70-80 0,84 + 1,16 0,92 80-100 0,35-г 0,56 0,47 45-55

После деформационного старения 0,09 + 0,15 0,11 5-10 0,38 + 0,46 0,41 60-65 0,23 + 0,26 0,24 10-15

С повышением скорости охлаждения Ш8_5 до 8 °С/с распад аустенита смещается в бейнитную область. Структура ОШУ при этой скорости охлаждения преимущественно бейнитная, содержание феррита не превышает 3- 5 % (рисунок 8) В структуре появляется до 15 % мартенсита. При максимальной скорости охлаждения, порядка 50 °С/с, содержание мартенсита в структуре повышается до 60 %, твердость структуры составляет 4680 МПа (рисунок 8).

Такое изменение структурно-фазового состава ОШУ ЗТВ отражается на его сопротивлении хрупкому разрушению. В частности, анализ рисунка 8, и таблицы показывает, что до деформационного старения значения КСУ*20 металла ОШУ во всех рассматриваемых структурных состояниях выше нормативных требований. Однако, появление в структуре ОШУ мартенситной составляющей способствует существенному (до 45-55%) понижению вязкой составляющей в изломе. Эта структура характеризуется минимальным значением ударной вязкости - 0,47 МДж/м2.

После деформационного старения ударная вязкость металла ОШУ со структурой, содержащей около 40 % феррита и 60 % перлита (\У8.5 - 3°С/с) снижается от 0,84 МДж/м2 до 0,11 МДж/м2, а разрушение происходит практически по хрупкому механизму (рисунок 8). Коэффициент деформационного старения (Сд) в этом случае составляет 87 %, что значительно выше Сл основного металла.

Только при преимущественно бейнитнон структуре (\Ve.5 = 8 иС/с) металл ОШУ после деформационного старения обладает значениями ударной вязкости на уровне нормативных требований. И даже в этом случае степень деформационного старения составила около 50 %, а значение ударной вязкости снизилось с 0,92 МДж/м2 до 0,41 МДж/м2. Вязкая составляющая занимает около 65 % поверхности излома образца.

Таким образом, оценка степени деформационного старения основного металла и ОШУ ЗТВ показывает, что сварные соединения в процессе эксплуатации охрупчнваются более интенсивно, чем основной металл. Вместе с тем, на склонность к деформационному старению можно повлиять изменением структурно-фазового состава ЗТВ. В частности, в рассматриваемом случае наибольшим сопротивлением деформационному старению обладает металл ОШУ ЗТВ с преимущественно бейнитной структурой.

В четвертой главе приведены результаты изучения изменений, протекающих в структуре металла в процессе деформационного старения.

В связи с тем, что анализ микроструктуры основного металла и ОШУ ЗТВ методом оптической металлографии не позволил выявить каких-либо существенных изменений в ее строении до и после деформационного старения, изучены трансформации, происходящие в тонкой структуре и влияние на них структурного состава.

В качестве критериев оценки рассмотрены изменения в дислокационной структуре, в выделениях сегрегаций углерода и азота в ферритной фазе и величины микродеформаций решетки.

На основе электронно-микроскопического анализа фольг образцов основного металла и ОШУ ЗТВ с ферритно-перлитной структурой показано, что до деформационного старения в ферритных зернах наблюдается достаточно однородное распределение незначительного количества дислокаций (рисунок 9.6), плотность которых составляет около Ю9 см"2. В ферритных промежутках перлитной составляющей между пластинами цементита дислокации практически отсутствуют (рисунок 9.а).

Процесс деформационного старения стали с ферритно-перлитной структурой приводит к заметным искажениям перлитных колоний: искривлению пластин цементита, их дроблению (рисунок 9.в) и формированию в ферритной фазе ячеистой дислокационной субструюуры. Ячейки вытянуты в одном направлении в каждом ферритном зерне, ширина ячеек составляет 0,2-0,5 мкм, длина до 1,0 мкм. Стенки ячеек, представляют собой участки с повышенной плотностью дислокаций(10|> см'2). Они разделяют области феррита практически свободные от них (рисунок 9.г).

Электронно-микроскопическими исследованиями бейнитной структуры установлено, что в процессе деформационного старения для нее характерны менее существенные изменения дислокационной структуры. В частности, при изучении морфологии бейнитной структуры, состоящей из смеси мелко- и крупно-игольчатых кристаллов феррита (рисунок 9 д, е) показано, что в кристаллах игольчатого феррита как до, так и после деформационного старения содержатся равномерно распределенные дислокации с плотностью 10* см'1 в крупно-игольчатых кристаллах и Ю10 см"2 - 10" см'2 в мелко-игольчатых кристаллах (рисунок 9.е, ж).

а) х 16 ООО

в) х27 ООО

г) х50 ООО

л) х22 ООО

е) х22 ООО

ж) х35 ООО

Рисунок 9 Микроструктура ОШУ ЗТВ стали 17ГС до (а, б, д, е) и после (в, г, ж) деформационного старения: ферритно-перлитная структура (а, б, в, г); преимущественно бейиитная структура (д, е, ж).

На основе оценки влияния деформационного старения на химическую неоднородность ферритной фазы по концентрации углерода и азота, выполненной

методом рентгеноспеюрального анализа, установлена ее существенная зависимость от структурно-фазового состава стали. В частности, до деформационного старения концентрация сегрегации углерода в ферритной фазе для всех исследованных структурных состояний металла отличается незначительно.

В результате деформационного старения количество и плотность сегрегации углерода в ферритной фазе увеличивается. При этом в ферритно-лерлитной структуре концентрация сегрегации углерода в феррите увеличивается примерно в 2 раза. В стали с преимущественно бейнитной структурой в 1.3 раза, в стали с беннто-мартенситной структурой в 4,2 раза. При этом концентрация сегрегации углерода в преимущественно бейнитной структуре после деформационного старения близка к соответствующему показателю основного металла до деформационного старения

Преимущественно бейнитная структура так же характеризуется более однородным распределением сегрегации углерода. Это косвенно подтверждается изменением значений мнкротвердости Нц.

Выделение в ферритной фазе сегрегации азота имеет аналогичный характер.

Рассмотрение изменения величины микродеформации решетки (е) в зависимости от структурно-фазового состава показало следующее. Чем меньше в структуре полигонального феррита и больше ферритно-карбидной смеси, тем выше дефектность ферритной фазы и тем больше микродеформация решетки. В частности, при формировании в металле ферритно-перлитной структуры значения е составляют 5,5 • 104 - 8,4 • 104 см"2; преимущественно бейнитной структуры 19,3 • 104 - 20,5 • Ю4см"2;бейнито-мартенситной структуры-21,5 ■ 104 - 33,7 • Ю4 см"2.

В процессе деформационного старения наблюдается увеличение микродеформаций решетки металла с ферритно-перлитной структурой в 1,5-2,5 раза и практически не происходит изменение е в стали с преимущественно бейнитной структурой.

Таким образом, методами электронной микроскопии, рентгеноспеетральным и рентгенографическим анализами установлено влияние структурно-фазового состава на распределение сегрегаций углерода и азота в ферритной фазе и ее дислокационную субструктуру в процессе деформационного старения. Показано, что минимальная концентрация и максимально гомогенное распределение указанных сс1регацнй в ферритной фазе обеспечивается при формировании в основном металле и ЗТВ сварных соединений преимущественно бейнитной структуры. При этом практически не меняется дислокационная субструктура.

В пятой главе разработаны рекомендации по определению режимов сварки трубопроводов, гарантированно обеспечивающих рекомендуемый структурно-фазовый состав сварных соединений с максимальным сопротивлением деформационному старению.

Основные выводы

1. Основным конструкционным материалом системы магистральных трубопроводов продолжают оставаться углеродистые и низколегированные кремне-марганцовистые стали. Общим для всех марок этой группы сталей является их склонность к деформационному старению в процессе эксплуатации.

2. На основании обследования элементов трубопроводов находящихся в эксплуатации от 12 до 40 лет показано, что с увеличением длительности эксплуатации наблюдается деградация механических свойств металла трубных сталей в условиях статических, циклических и динамических нагружений. Наблюдается повышение прочностных свойств, снижение характеристик пластичности и особенно охрупчивание металла.

3. Показано, что деформационное старение низколегированных трубных сталей в условиях действия статических нагрузок проявляется не только в повышении прочностных и уменьшении пластических свойств, но и в снижении способности металла сопротивляться накоплению и развитию микроповреждений определяемой значениями коэффициентов деструкции и добротности, которые в отличии от основных механических характеристик, изменяются более интенсивно, что необходимо учитывать при оценке свойств стали.

4. На основе изучения процессов охрупчивания при деформационном старении низколегированных трубных сталей и ОШУ З'ГВ, установлена существенная зависимость их от структурно-фазового состояния металла.

Показано, что с уменьшением в структуре ферритной и мартенситной фаз на фоне формирования высокодисперсной ферритно-карбидной смеси (бейнита) сопротивление металла деформационному старению повышается. Сталь с преимущественно бейнитной структурой характеризуется минимальным уменьшением ударной вязкости и наименьшим значением коэффициента деформационного старения, который на 40 % ниже соответствующего показателя металла с ферритно-перлитной структурой.

5. Установлено, что в результате деформационного старения в условиях действия циклических нагрузок происходит снижение значений предела выносливости и уменьшение числа циклов до разрушения. При этом сопротивление металла накоплению локальных повреждений тем интенсивнее, чем выше степень деформации металла при старении.

6. Показано, что в процессе деформационного старения низколегированных трубных сталей с ферритно-перлитной структурой наблюдается изменение морфологии дислокационной структуры. Вместо отдельных дислокаций и дислокационных петель, имеющих место в структуре до деформационного старения, формируется ячеистая субструктура с неоднородным распределением дислокаций, при которой стенки ячеек, представляющие собой участки с повышенной плотностью дислокаций, разделяют области феррита практически свободные от них.

7. Установлено, что при деформационном старении низколегированных трубных сталей с преимущественно бейнитной структурой существенных изменений дислокационной субструктуры не наблюдается. Как до, так и после деформационного старения в ферритной фазе бейнитной структуры наблюдаются равномерно распределенные дислокации с плотностью 1Û9 см'1 и 1010 - Ю" см"2 в крупно и мелкоигольчатых кристаллах соответственно.

8. Выявлено влияние структурно-фазового состава металла на распределение сегрегации углерода и азота в ферритной фазе в процессе деформационного старения. Показано, что минимальная концентрация и максимально гомогенное распределение указанных сегрегций в ферритной фазе обеспечивается при формировании в основном металле и ЗТВ сварных соединений преимущественно бейнитной структуры.

9. Разработаны и рекомендованы к внедрению рекомендации по определению режимов сварки трубопроводов гарантированно обеспечивающие рациональный, с позиции сопротивления деформационному старению, структурно-фазовый состав сварных соединений трубных сталей.

Публикации

1. Оценка состояния сварных соединений трубопроводов компрессорных станций /Ефименко Л.Л., Коновалова О.В., Ячинский A.A. и др.// Химическое и нефтегазовое машиностроенне.-2005-№ 3.-С.47-49.

2. Оценка деформационного старения металла зоны термичского влияния сварных соединений низколегированных сталей/ Ефименко Л.А, Коноваалова О.В., Илюхин В.А., Ячинский A.A. и дрУ/Химическое и нефтегазовое машиностроение.-2005-№ I0.-C.45-48.

3. Влияние деформационного Старения на изменение структуры и свойств металла трубопроводов из стали 17ГС. Л.А. Ефименко, О.В. Коновалова, A.A. Ячинский, О.И. Нейфельд и др.//Химическое и нефтегазовое машнностроение.-2006-№4 с.41-43.

4. Диагностическое обслуживание компрессорных станций ОАО «Газпром» на этапе строительства /Вялых И.Л., Грунин A.M., Доровский А.П., Егоров И.Ф., Жданов C.B., Хороших A.B., Ячинский A.A.// XXI тематический семинар «Диагностика обрудования и трубопроводов КС». Москва.-2003.

5. Ячинский A.A. Промежуточные результаты расширенных обследований сварных соединений технологических трубопроводов КС ООО «Кавказтрансгаз». //XXI 1-й тематический семинар «Диагностика оборудования и трубопроводов КС».-Москва.-2004.С.151-152.

6. Ячинский A.A. Контроль и диагностика сварных трубопроводов. Тезисы докладов. Научная конференция аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций. 30-31 марта 2004. Москва. С. 31.

7. Ячинский A.A. Влияние длительности эксплуатации трубопровода на его трещиностойкость.б-я научно-техническая конференция. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. 26-27 января 2005 г. Москва. С.359.

8. Исследование влияния длительности эксплуатации на механические свойства труб из стали 17ГС. Ячинский A.A., Илюхин В.Ю., Шаповалова Ю.Д. и дрУ/Тезисы докладов 6-й всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России. 2730 сентября 2005 г. Москва. С.8

Подписано в печать ЭЛ.06 Формат 60x90/16

Объем Тираж /ОР

Заказ 65"

119991, Москва, Ленинский просп. ,65 Государственное унитарное предприятие Издательство «Нефть и газ» РГУ им. И.М. Губкина Тел.: 135-84-06, 930-97-11. Факс: 135-74-16

Введение

Глава 1 Проявление деформационного старения в трубопроводах из низколегированных и углеродистых сталей (литературный обзор).

1.1 Деформационное старение сталей.

1.2 Основные факторы, влияющие на склонность трубных сталей к деформационному старению.

1.3 Характеристика исследуемых сталей.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Анализ влияния длительности эксплуатации на изменение структуры и механических характеристик металла трубопроводов.

2.1 Материал и методики исследования.

2.2 Типы дефектов, обнаруженных в сварных соединениях.

2.3 Структура металла труб.

2.4 Механические свойства металла труб.

Выводы по главе 2.

Глава 3 Исследование влияния деформационного старения на изменение механических характеристик металла низколегированных трубопроводных сталей и их сварных соединений.

3.1 Методика исследования.

3.2 Исследование изменения механических свойств при статическом нагружении.

3.2.1 Оценка склонности к повреждаемости металла трубопровода из стали 17Г1С после длительной эксплуатации.

3.3 Сопротивление хрупкому разрушению основного металла труб.

3.4 Исследование влияния деформационного старения на характеристики усталости.

3.5 Исследование влияния структурно-фазового состава на изменение механических свойств металла ОШУ зоны термического влияния.

Выводы по главе 3.

Глава 4 Исследование влияния деформационного старения на структуру трубных сталей.

4.1 Изучение структуры металла методами оптической и электронной микроскопии.

4.2 Оценка влияния деформационного старения на химическую неоднородность ферритной фазы.

4.3 Оценка влияния деформационного старения микродеформации кристаллической решетки.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Рекомендации по определению режимов сварки трубопроводов, гарантированно обеспечивающих рациональный структурно-фазовый состав сварных соединений.

5.1 Методика определения режимов сварки

5.2 Пример реализации расчета структурно-обоснованных режимов сварки кольцевого стыка магистрального трубопровода

В настоящее время в России эксплуатируется уникальная по протяженности и производительности система магистральных трубопроводов для транспортировки природного газа, нефти и продуктов их переработки. Эта трубопроводная система - одно из самых крупных инженерных сооружений XX века. Российская часть магистралей составляет 208000 км, причем доминируют в ней трубопроводы высокого давления и большого (1220 . 1420 мм) диаметра. Эксплуатируется 800 компрессорных и насосных станций, резервуарные парки объемом более 20 млн.м3, подземные хранилища газа емкостью 45,6 млрд. м3. По грузообороту магистральные трубопроводы занимают второе место после железных дорог [1,2].

Общепризнанно, что трубопроводы - наиболее эффективный и надежный транспорт для пожаровзрывоопасных углеводородов. Трубопроводы, несмотря на свою внешнюю конструктивную простоту, принципиально отличаются от других сооружений сложной схемой воздействия силовых факторов, разнообразием нагрузок, неопределенностью напряженно-деформированного состояния, масштабностью. К тому же, подземное размещение затрудняет диагностику и увеличивает вероятность возникновения отказов.

Сложность обеспечения надежности магистральных трубопроводов России состоит в том, что значительная часть их протяженности сооружается в северных и субарктических районах, где находятся основные месторождения газа и нефти (Западная и Восточная Сибирь, республики Коми и Саха, Сахалин). Эти районы отличаются суровыми климатическими условиями.

В трубопроводах Западной Сибири и республики Коми часто наблюдается потеря продольной устойчивости и, как следствие, выход (всплывание) их на поверхность с образованием арок и гофров.

Как правило, это происходит при прокладке трубопроводов в грунтах с низкими несущими способностями, сильно обводненными или торфяными, а также вечномерзлых грунтах, в которых после перехода в талое состояние во много раз ухудшаются их несущие характеристики.

Магистральные трубопроводы к настоящему времени «постарели». Основная часть газовых магистралей (155 тыс.км) построена в 1970-1990гг: 30% газопроводов эксплуатируется более 20 лет, примерно 15% из них имеет возраст около 30 лет; 40 тыс.км газопроводов выработали свой расчетный ресурс (33 года). «Старение» трубопроводов всегда объективно связано с увеличением риска при эксплуатации.

Степень надежности трубопроводов достаточно объективно можно оценить с помощью статистического анализа большого массива аварий и отказов. Установлена [1,3] общая тенденция к повышению аварийности на магистральных трубопроводах России с увеличением срока службы.

Выборка, сделанная по магистральным трубопроводам России [1] показывает влияние «старения» трубопроводов на отказ. Более 30 % отказов выпадает на трубопроводы, проработавшие более 20 лет.

На рисунке 1 приведена динамика проявления трещиноподобных дефектов в сварных соединениях трубопроводов обвязки компрессорных станций в зависимости от длительности эксплуатации. Как видно из представленных данных, в 20-ти годам эксплуатации около 90% сварных соединений трубопроводов имеют дефекты, что повышает значимость оценки их фактического состояния и склонности к деформационному старению

Длительность эксплуатации, лет

Рисунок 1 Динамика проявления дефектов в сварных соединениях трубопроводов обвязки оборудования КС в зависимости от длительности эксплуатации

Трубные стали, относятся к материалам, подверженным процессу старения, что сопровождается нежелательными изменениями их служебных характеристик. Прежде всего, с процессами старения связано понижение пластических и вязких свойств металла, повышение его склонности к хрупкому разрушению.

Проведенные многочисленные исследования [2, 4-7]физических процессов деформирования и разрушения трубных сталей различного уровня прочности и системы легирования, а также сварных соединений установили зависимость их механических свойств, снижения остаточного ресурса прочности и трещиностойкости трубопроводов от продолжительности эксплуатации.

Вместе с тем вопросы, связанные с оценкой роли структурного фактора в сопротивлении стали деформационному старению изучены недостаточно, что подтверждает актуальность принятого направления исследований.

Основные выводы

1. Основным конструкционным материалом системы магистральных трубопроводов продолжают оставаться углеродистые и низколегированные кремне-марганцовистые стали. Общим для всех марок этой группы сталей является их склонность к деформационному старению в процессе эксплуатации.

2. На основании обследования элементов трубопроводов находящихся в эксплуатации от 12 до 40 показано, что с увеличением длительности эксплуатации наблюдается деградация механических свойств металла трубных сталей в условиях статических, циклических и динамических нагружений. При этом вследствие деформационного старения наблюдается повышение прочностных и снижение характеристик пластичности и особенно охрупчивание металла.

3. Показано, что деформационное старение низколегированных трубных сталей в условиях действия статических нагрузок проявляется не только в повышении прочностных и уменьшении пластических свойств, но и в снижении способности металла сопротивляться накоплению и развитию микроповреждений определяемой значениями коэффициентов деструкции, которые в отличии от основных механических характеристик, изменяются более интенсивно, что необходимо учитывать при оценке свойств стали.

4. На основе изучения процессов охрупчивания при деформационном старении низколегированных трубных сталей и ОШУ ЗТВ, установлена существенная зависимость их от структурно-фазового состояния металла.

Показано, что с уменьшением в структуре ферритной и мартенситной фаз на фоне формирования высокодисперсной ферритно-карбидной смеси (бейнита) сопротивление металла деформационному старению повышается. Сталь с преимущественно бейнитной структурой характеризуется минимальным уменьшением ударной вязкости и наименьшим значением коэффициента деформационного старения, которое на 40 % ниже соответствующего показателя металла с ферритно-перлитной структурой.

5. Установлено, что в результате деформационного старения в условиях действия циклических нагрузок происходит снижение значений предела выносливости и уменьшение числа циклов до разрушения. При этом сопротивление металла накоплению локальных повреждений тем интенсивнее, чем выше степень деформации металла при старении.

6. Показано, что в процессе деформационного старения низколегированных трубных сталей с ферритно-перлитной структурой наблюдается изменение морфологии дислокационной структуры. Вместо отдельных дислокаций и дислокационных петель, имеющих место в структуре до деформационного старения, формируется ячеистая субструктура с неоднородным распределением дислокаций, при котором стенки ячеек, представляющие собой участки с повышенной плотностью дислокаций, разделяют области практически свободные от них.

7. Установлено, что при деформационном старении низколегированных трубных сталей с преимущественно бейнитной структурой существенных изменений дислокационной субструктуры не наблюдается. Как до, так и после деформационного старения в ферритной фазе бейнитной структуры наблюдаются равномерно распределенные дислокации с плотностью 109 см'2 и 10ю -1011 см"2 в крупно и мелко-игольчатых кристаллах соответственно.

8. Выявлено влияние структурно-фазового состава металла на распределение сегрегаций углерода и азота в ферритной фазе в процессе деформационного старения. Показано, что минимальная концентрация и максимально гомогенное распределение указанных сегрегаций в ферритной фазе обеспечивается при формировании в основном металле и ЗТВ сварных соединений преимущественно бейнитной структурой.

9. Разработаны и рекомендованы к внедрению рекомендации по определению режимов сварки трубопроводов гарантированно обеспечивающие рациональный, с позиции сопротивления деформационному старению, структурно-фазового состава сварных соединений трубных сталей.

1. Иванцов О.М Надежность и экологическая безопасность магистральных трубопроводов России. / Сб.трудов международной конференции "Сварка и родственные технологии в XXI век". -Киев, 1998.- С.99-109.

2. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. М.: ОАО «Издательство «Наука», 2000. - 467 с.

3. Оценка деформационного старения металла зоны термического влияния сварных соединений низколегированных сталей/ Ефименко JI.A, Коновалова О.В., Илюхин В.А., Ячинский А.А. и др.//Хими-ческое и нефтегазовое машиностроение. 2005. № 10.-С.45-48.

4. Горицкий В.М. Диагностика металлов. М.:Металлургиздат, 2004. -402 с.

5. Ланчаков Г.А., Зорин Е.Е., Пашков Ю.А., Степаненко А.И. Работоспособность трубопроводов: В 3-х ч.-М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. 4.2 Сопротивляемость разрушению. -345 с.

6. Гумеров А.Г., Ямалеев К.М., Журавлев Г.В., Бадиков Ф.И. Трещиностойккость металла труб нефтепроводов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001.- 231с.

7. Безопасность трубопроводов при длительной эксплуатации // К.М.Гумеров, И.Ф.Гладких, Н.М.Черкасов и др.- Челябинск.: Изд-во ЦНТИ, 2003.-327 с.

8. Исследование изменения структуры и свойств металла магистрального газопровода после 30 лет эксплуатации в условиях Крайнего Севера// Слепцов О.И., Большаков A.M., Лыглаев А.В., Татаринов Л.Н. Сварка в Сибири. 2005. -№ 1. - С.40-41.

9. Ямалеев К.М., Пауль А.В. Структурный механизм старения трубных сталей при эксплуатации нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. 1988. № 11.-С. 61.

10. Конева Н.А. Классификация, эволюция и самоорганизация88дислокационных структур в металлах и сплавах // Соровский Образовательный журнал. 1996. № 6. - С.97-107.

11. Бабич В.К. Гуль Ю.П. Долженков И.Е. Деформационное старение стали. М.:Металлургия, 1972. - 320 с.

12. Baird J.D.// Iron and Steel. 1963.- v.36, № 7. - p.326

13. Wilson D.V., Russel В // Acta metallurgica. -1959. v 7. № 9, p. 628

14. Суворова C.O., Саррак В.И., Энтин Р.И. // ФММ. 1964. т. 17.- вып. 1.- С.105

15. Структура и механические свойства металлов,- М.: Металлургия, 1967,- 198 с.

16. Безлюдько Г. Я., Мужицкий В. Ф., Попов Б. Е. Магнитный контроль (по коэрцитивной силе) напряженно-деформиро-ванного состояния и остаточного ресурса стальных метало-конструкций // Заводская лаборатория. 1999. № 9.- С.53.

17. Изотов В.И., Еднерал А.Ф., Филиппов Г.А. Разупрочнение при отпуске низколегированной малоуглеродистой стали со структурой квази-эвтектоида («вырожденного» перлита) // ФММ. 1997.Т.84. № 4. - С.71-84.

18. Изотов В.И. Тишаев С.И. Добаткина М.М. Структура «вырожденного» перлита и ее влияние на механические свойства малоуглеродистой низколегированной стали // ФММ.-1991. № 10. С Л 74-181.

19. Ямалеев К.М., Абраменко Л.В. Деформационное старение трубных сталей в процессе эксплуатации нефтепроводов // Проблемы прочности. -1989. № 11. С. 125-128.

20. Wilson D.V., Russel В. //Acta metallurgica. 1980.- v 8. № 2.- p. 36.

21. B.C. ИвановаГГВГФТТёрентьев., BTM. Горицкий. К вопросу о деформационном старении в процессе циклического нагружения // Проблемы прочности,-1973. N3.- 25-29.

22. Wilson D.V., Ogran G.R.J.// Iron and Steel Inst. 1968.- v.206.-hart 9,- p.911.

23. Бабич В.К.//Изв.вузов. Черная металлургия. 1965. № 6.-С 129.

24. McLennan J.E. //Acta metallurgica. 1965. v 13. № 12.- p. 1299.

25. Стародубов К.Ф., Бабич В.К.//Изв.вузов. Черная металлургия. -1958. №2.- С. 133.

26. Калиниченко Х.Б., Романов О.Н. Влияние рабочих сред на свойства материалов.- Киев: Наукова думка, 1964.- вып.З.- С. 100.

27. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. //Физика и химия обработки материалов. 1970. № 1. -С. 79.

28. Изотов, Козлова А.Г., Темкин Д.Е. и др. Морфология феррито-перлитных структур и механические свойства малоуглеродистой стали //ФММ. 1996. №3.- С.53-64.

29. Ямалеев К.М., Пауль А.В. Структурный механизм старения трубных сталей при эксплуатации нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. 1988. № 11.- С. 61.

30. Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженков И.Е. Деформационное старение стали. М.: Металлургия, 1972.-320 с.

31. Пенкин А. Г., Терентьев В. Ф. Оценка степени повреждаемости конструкционной стали 19Гпри статическом и циклическом деформировании с использованием метода акустической эмиссии // Металлы. 2004. N3.- С.78-85.

32. Прогнозорование остаточного ресурса прочности магистральных газопроводов с учетом продолжительности эксплуатации. Ю.И.Пашков, Ю.И.Анисимов, Г.А.Ланчаков и др.// Строительство трубопроводов. 1996. № 2. - С. 20-24.

33. Ямалеев К.М. Старение металла труб в процессе эксплуатации нефтепроводов // Транспорт и хранение нефти. М.: ВНИИОЭНГ, 1990.-64 с.

34. Ямалеев К.М., Пауль А.В. Структурный механизм старения трубных сталей при эксплуатации нефтепроводов //Нефтяное хозяйство.1988. № 11.-С.61.

35. Лякишев Н.П., Кантор М.М., Воронин В.Н. и др. Исследование структуры металлов газопроводов после их длительной эксплуатации. //Металлы. -2005. № 1,- С.3-16.

36. Гумеров А.Г, Зайнуллин Р.С, Ямалеев К.М., Росляков А.В. Старение труб нефтепроводов. М.: Недра. 1995. 218 с.

37. Мочернюк Н.П. Красневский С.М., Лазаревич Г.И. и др. Влияние времени эксплуатации магистрального газопровода и рабочего давления газа на физико-механические характеристики трубной стали 19Г // Газовая промышленность. 1991. № 3.- С.34-36.

38. Сосновский JI. А., Воробьев В.В. Влияние длительности эксплуатации на сопротивление усталости трубной стали // Проблемы прочности .- 2000. № 6. С.44-53.

39. Филиппов Г.А. Ливанова О.В. Дмитриев В.Ф. Деградация свойств металла при длительной эксплуатации магистральных трубопроводов // Сталь. 2003. № 2. - С.84-87.

40. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А., Степаненко А.И. Оценка степени деградации металла трубопроводов // Газовая промышленность. -2003. № 4. С.57-60. '

41. Филиппов Г.А., Ливанова О.В.Влияние условий эксплуатации на механические свойства и сопротивление разрушению металла трубопроводов // Сталь. 2003. № 7. - С.80-83.

42. Харионовский В.В., Курганова И.Н., Иванцов О.М. и др. Прогнозирование показателей надежности конструкций газопроводов // Строительство трубопроводов.- 1996. № 3. С.26-29.

43. Гумеров А.Г., Ямалеев К.М. Характер разрушения металла труб нефтепроводов при малоцикловом нагружении // Нефтяное хозяйство.46.47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,5960,61,62,- 1985. №6.-С. 46-48.

44. Харионовский В.В. Перспективы развития газопроводов России / Проблемы ресурса газопроводных конструкций М.: ВНИИГаз.1996.-С.6.

45. Литвиненко Д.А. Холоднокатаная нестареющая сталь.- М.: Металлургия, 1968.- 265 с.

46. ПБ-03-381-00 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

47. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

48. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов М.: Интермет инжиниринг, 2002. - 288 с.

49. Колмогоров B.JI., Мигачев Б.А., Бурдуковский В.Г. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения,- Екатеринбург.: УрО РАН, 1994.- 104 с.

50. Колмаков А.Г. Терентьев В.Ф, Бакиров М.Б. Методы измерения твердости М.: Интермет инжиниринг, 2000. - 128 с.

51. Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций Киев.: Наукова думка, 1981. - 238 с.

52. Зорин. Е. Е. Оценка повреждаемости трубных сталей // Деформация и разрушение материалов. 2005. N7. - с. 14-18.

53. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения -М.Машиностроение, 1981. 272 с.

54. Реконструкция длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов с целью повышения их надежности / З.С.Гильмияров, Х.А. Азметов, Р.С. Гумеров и др. //Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. Уфа: ИПТЭР, 1955.- С.105-110.

55. Hundy В.В. Metallurgia, 1976, v.43, № 311, р.204

56. Гуль Ю.П. Металлургия и коксохимия Киев.: Техника, 1970. -136 с.

57. В. Ф. Терентьев. Процессы микро- и макроскопической деформации металлических материалов ниже предела выносливости. Металлы. N5. 2003. 73-80.

58. В. Ф. Терентьев. О пределе выносливости металлических материалов // Металловедение и термическая обработка металлов 2004. N7. -с.15-19.

59. Зорин. Е.Е., Степаненко А.И., Чежин С.П. Методика испытаний сварных соединений трубопроводов с учетом эксплуатационных условий.// Заводская лаборатория. 1990. № 7,- с.68-71.

60. Иващенко Р.К. и др. //ФММБ. 1969. Т.28. ВЫП.6. - С. 1069.

61. Инденбом В. JL, Орлов А. Н. Проблема разрушения в физике прочности // Проблемы прочности. 1970, № 12.- С. 3.

62. Скороходов В.В. Строительная сталь. -М.: Металлургиздат, 2002. -624 с.

63. Иванцов О.М., Харитонов В.И. Надежность магистральных трубопроводов М.: Недра. 1985. - 231 с.

64. Камерштейн А.Г. Условие работы стальных трубопроводов и резервы их несущей способности М.:Стройиздат. 1996. - 162 с.

65. Природа стадий пластической деформации Конева Н.А. // СОЖ. -1998.-,No 10.-С. 99-105

66. Кондратов В.М. Внутреннее трение Fe-Ni и Fe-Cr-Ni мартенситностареющих сталей. Термическая обработка и физика металлов. :Тр.Вузов РФ/ Уральский политехнический институт. Свердловск, 1993. вып. 1.- С.50-57.

67. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов -. М.:Недра, 1982. 382 с.

68. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы -. М.Недра, 1982.- 382 с.

69. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов

70. М.:Металлургия, 1983.- 350 с.

71. Ямалеев К.М. Старение металла труб в процессе эксплуатации нефтепроводов.- М.:Изд. ВНИОЭНГД990. 54 с.

72. Ковпак В.И. Остаточная долговечность металлических материалов с большими сроками службы //Проблемы прочности. -1985. № 5.-с.40-45.

73. Филиппов Г. А., Ливанова О. В. Взаимодействия дефектов структуры и деградация свойств конструкционных материалов . Материаловедение. N10. 2002. 17-21.

74. ГОСТ 12503-75 Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования

75. ГОСТ Р 52005-2003 Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Общие требования

76. ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод

77. Электронная микроскопия в металловедении / Справочник под ред. А.В.Смирновой -М.: Мелталлургия, 1985. 101 с.

78. Авторское свидетельство. Способ определения механических характеристик материалов. // А.с. № 1632156 СССР № 27/90. -Опубликовано Бюл.№ 14 26.6.89.-С.З.

79. Гленсдорф П.А, Пригожин Н.Н. Термодинамическая теория структуры, устойчивость флуктуаций М.: Машиностроение, 1974. -280 с.

80. Иванова B.C. Разрушение металлов М.: Металлургия, 1979.- 167 с.

81. Иванова B.C., Борзова Л.К., Зотов А.Д. О связи Kic с пределом усталости // Заводская лаборатория. 1986. №10. - С. 65-68.I

82. Изотов В.И. Филиппов Г.А. Влияние переохлаждения при нормальном у—>а превращении на распределение углерода в феррите низколегированной стали //ФММ. 1999.Т. 87. № 4 -С.72-77.

83. Гумеров А.Г Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта -М.: Недра, 1998.-252с.

84. Физика прочности металлов и сплавов. Конева Н.А. // СОЖ.- 1997.7.- С. 95-102.

85. Фрактография и атлас фрактограмм: Справочник под ред. M.JI. Бернштейна. М.: Металлургия. 1982. 489 с.

86. Захаров М.Н., Лукьянов В.А. Прочность сосудов и трубопроводов с дефектами стенок в нефтегазовых производствах -М.:ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 2000.-216 с.

87. Оценка фактических параметров металла технологических объектов нефтегазового комплекса. Ефименко JI.A., Коновалова О.В., Камардинкин В.П., Власов С.В. и др. //Химическое и нефтегазовое машиностроение.-1999. № 4.- С.35-36.

88. Арзамасов Б.Н., Макаров. В.И., Мухин. Г.Г. Материаловедение: Учебник для вузов. М.- Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. 646 с.

89. Сварка с регулированием термических циклов конструкций нефтяной и газовой промышленности / Под редакцией Н.Н.Кошелева -М.: МИНХиГП. вып.151, 1980. 125 с.

90. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение

91. Экспресс метод диагностики усталостных характеристик сталей и сварных соединений. Якиревич Д.И., Стеклов О.И., Ефименко Л.А., Ефименко A.M. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. -1999. № 2.- С. 17-18.

92. ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенных температурах

93. Криштал М.А., Гохберг Я.А., Фролов В.И. и др. / МИТОМ. 1989. №7.-С. 8-10.

94. Куманин В.И., Осмаков В.Н., Диянков В.М.: Тез докл. Совещания Оценка предельного состояния металла элементов теплоэнергетического оборудования. М: СПО Союзтехэнерго, 1988. - С.52 -53.

95. Прусаков Б.А., Рыбакова Л.М., Кузнецов Н.С.и др. А. с. 1147977 СССР. Способ определения момента начала деструкции материала // Открытия. Изобретения. 1985. №12. С.82.

96. Рыбакова Л.М. Механические закономерности деструкции металла при объёмном и поверхностном пластическом деформировании //

97. Проблемы машиностроения и надежности машин. 1998. №5.- С. 113 -123.

98. Рыбакова Л.М. // МИТОМ. 1980. №8. - С.17 - 22.

99. Рыбакова Л.М., Прусаков Б.А., Кузнецов Н.С. // МИТОМ. -1985. № 6. -С.31-34.

100. Рыбакова JT.M., Прусаков Б.А. :Сб.трудов/ Физика и механика разрушения. М.: Институт приборостроения, 1984. - С. 105-106.

101. Прусаков Б.А., Сурин А.И., Тронза Е.И. Методика определения деструкционных характеристик механических свойств металических материалов // Заводская лаборатория.-1991. №8,- С 69 71.

102. Рыбакова Л.М. Механические закономерности деструкции металла при объёмном и поверхностном пластическом деформировании // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1998. №5. -С. 113-123.

103. Встовский Г. В., Терентьев В. Ф. Учет охрупчивания металла и наличия нерегистрируемых дефектов в расчетах остаточного ресурса технологического оборудования // Заводская лаборатория. 1999 № 9. - С.47.

104. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ М.: МИСиС, 2002.-360 с.

105. Уманский Я.С. и др. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия М.: Металлургия, 1982.- 632 с.

106. Уманский Я.С. и др.; Иванов А.Н. и др. Сравнительное определение плотности дислокаций и поликристаллах по ширине рентгеновских линий и электронномикроскопически // Заводская лаборатория.-1998, № 2. С.43-48.

107. Теория сварочных процессов / Под ред. Фролова В.В.- М.: Высшая школа, 1988.-559 с.

108. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением М.: Машиностроение, 1973.- 448 с.

109. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./ Под ред. Б.Е. Патона М.: Машиностроение, 1974.- 768 с.