Влияние длительной эксплуатации на физико-механические свойства и показатели хладостойкости трубной стали 10Г2
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-1-38-44Ключевые слова:
техническая диагностика, ударная вязкость, хладостойкость, вязкохрупкий переход, акустический параметрАннотация
Проведено исследование влияния длительности эксплуатации магистрального газопровода на изменение физико-механических характеристик показателей хладостойкости трубной стали 10Г2.
Установлено, что в процессе длительной эксплуатации стали 10Г2 в составе магистрального газопровода наблюдается изменение структуры металла, при этом происходит перераспределение перлитной составляющей и укрупнение зерен. Получены значения микротвердости исследуемой стали до и после эксплуатации (10, 25, 40 лет). Длительная эксплуатация (40 лет) материала труб приводит к росту значений микротвердости с 1518 до 2786 HV. Выявлено двукратное снижение значений ударной вязкости стали 10Г2 после старения и эксплуатации в течение 25 лет. Также наблюдается значительное повышение температуры вязкохрупкого перехода, что снижает надежность магистральных трубопроводов. В результате испытаний стали 10Г2 в широком диапазоне температур после 25 лет эксплуатации наблюдается снижение пластичности металла (относительное удлинение уменьшается примерно в 1,6 раза), повышение предела прочности и снижение предела текучести (до 9 %).
Предложена методика неразрушающего контроля деградации механических свойств стали 10Г2 в процессе эксплуатации изделий. Установлена зависимость акустического параметра D, рассчитанного на основе скорости распространения продольных и поперечных упругих волн в металле от срока эксплуатации газовых магистральных труб и температуры вязкохрупкого перехода для стали 10Г2. Показано, что предложенный акустический параметр может выступать в качестве характеристического параметра хладостойкости материала магистральных газопроводов и использоваться при технической диагностике для оценки их остаточного ресурса.
Исследование выполнено по гранту РНФ № 19-19-00332 «Разработка научно обоснованных подходов и аппаратно-программных средств мониторинга поврежденности конструкционных материалов на основе подходов искусственного интеллекта для обеспечения безопасной эксплуатации технических объектов в арктических условиях».
Библиографические ссылки
Сыромятникова А. С. Эксплуатационная деградация металла труб магистральных газопроводов Севера / Российская академия наук, Сибирское отделение; Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН; Министерство образования и науки РФ; Северо-Восточный федеральный университет, 2017. 97 с. ISBN 978-5-7692-1566-7.
Харионовский В. В. Надежность магистральных газопроводов: становление, развитие и современное состояние // Газовая промышленность. 2019. № 1 (779). С. 56–68.
Лапига И. Р., Щипачев А. М. Искусственные нейронные сети для оценки остаточного ресурса газонефтепроводов // Деловой журнал neftegaz.ru. 2019. № 12 (96). С. 46–52.
Lisin Y.V., Neganov D.A., Studenov E.P., Skorodumov S.V., Antipov G.E. A comprehensive study of steel properties in trunk oil and petroleum product pipelines with various service lives. PST, 2017, vol. 1, no. 3, pp. 195-207.
Науменко В. В. Исследование склонности низкоуглеродистой стали, микролегированной ванадием и азотом, к деформационному старению // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 7. С. 87–96.
Wiskel J.B., Ma J., Ivey D.G., Henein H. An Investigation of Aging Behaviour in Microalloyed Steel (X70) UOE Pipe. HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 & Offshore Engineering Steels 2015. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48767-0_87.
Изучение деформационного старения в стали марки 10Г2 после различных обработок / А. Р. Хамбалеев, Г. В. Щапов, О. В. Селиванова, В. М. Фар-бер // Материаловедение и металлофизика легких сплавов : сборник материалов и докладов IV Между-нар. школы для молодежи. 2019. С. 144–146.
Большаков А. М., Андреев Я. М. Проблемы повышения эксплуатационной надежности линейных магистральных газопроводов в условиях криолитозоны // Газовая промышленность. 2018. № 5 (768). С. 62–68.
Научные основы хладноломкости конструкционных сталей с ОЦК-решеткой и деградация их структуры при эксплуатации в условиях низких температур / В. Е. Панин [и др.] // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19, № 2. С. 5–14.
Khlybov A.A., Ryabov D.A. Assessment of residual stresses in specimens of ferritic-pearlitic steel with austenitic cladding. Metal Science and Heat Treatment, 2019, vol. 61, no. 1-2, pp. 114-119.
Зарипов Р. Ф., Коробков Г. Е. Возможность использования низкоуглеродистых низколегированных трубных сталей в арктических условиях // Наукоемкие технологии в решении проблем нефтегазового комплекса : материалы VIII Междунар. молодежной науч. конф. Уфа : РИЦ БашГУ, 2018. С. 142–147.
Maruschak P.O., Danyliuk I.M., Vuherer T. Impact Strength of Maingas Pipeline Steel After Prolonged Operation. Metallurgist, 2015, no. 59, pp. 324-329. https://doi.org/10.1007/s11015-015-0104-7.
Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Зиновьев Ю. А. Исследование хладостойкости материалов для ответственных узлов технических средств, работающих при низких температурах // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2016. Т. 4, № 2. C. 14–17.
Проблемы обеспечения безопасной эксплуатации тележек грузовых вагонов при отрицательных температурах / А. А. Хлыбов, Ю. Г. Кабалдин, М. С. Аносов, Д. А. Рябов, В. И. Сентюрева // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 4. С. 18–26. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-4-18-26.
Зарипов Р. Ф., Коробков Г. Е. Изменение механических свойств арктических трубопроводов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. № 2 (124). С. 52–61. DOI: 10.17122/ntj-oil-2020-2-52-61.
