Спосіб моделювання експлуатаційної деградації конструкційних сталей магістральних трубопроводів

Реферат: Спосіб моделювання експлуатаційної деградації конструкційних сталей магістральних трубопроводів полягає в тому, що досягають зміни механічних властивостей за кількісними і якісними показниками аналогічної впливу тривалої експлуатації. Розглядають експлуатаційну деградацію металу як суперпозицію сумісної дії експлуатаційних навантажень і абсорбованого ним водню, вибираючи рівень деформації та режими наводнювання, ближчими до експлуатаційних умов. UA 85446 U (12) UA 85446 U UA 85446 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області механічних випробувань, зокрема до способів оцінювання схильності металу відповідальних конструкцій тривалої експлуатації до деградації його властивостей і може бути використаний у трубопровідному транспорті, машинобудуванні, науково-дослідних установах та заводських лабораторіях. Відомий спосіб оцінювання деградації конструкційних сталей [1], який полягає в тому, що на аварійних ділянках магістральних трубопроводів вирізають заготовки із труб, із яких виготовляють зразки для механічних випробувань розтягом і на удар. За отриманими змінами характеристик міцності, пластичності і ударної в'язкості, порівняно із металом труб запасу чи регламентованими значеннями цих параметрів, визначають ступінь деградації цих властивостей трубних сталей. Недоліком цього відомого способу є те, що він вимагає великих фінансових і матеріальних затрат і, основне, не дає можливості прогнозувати вплив зміни хімічного складу, структури і технології виготовлення конструкційних сталей на їх схильність до деградації. Відомий також спосіб [2], згідно з яким стальні зразки піддаються циклічному навантаженню в області малоциклової втоми. Цей спосіб дозволяє за зміною характеристик пластичності циклічно деформованого металу відносно вихідного стану оцінити ступінь його деградації. Недоліком цього відомого способу є те, що магістральні трубопроводи в процесі експлуатації не зазнають такого інтенсивного циклічного навантаження. Реальним умовам перекачування нафти чи газу відповідає головним чином статичне навантаження, що відповідає заданому тиску Р перекачування, на який накладається низько амплітудна (не більше 0,1 ∆P) циклічна складова. Також відомо [2], що за реальних умов експлуатації деградація властивостей конструкційних сталей зумовлена насамперед протіканням процесів деформаційного старіння металу. Найбільш близьким до запропонованого по технічній суті є спосіб моделювання експлуатаційної деградації конструкційних сталей згідно з І ОСТ 7268-82, який полягає у попередньому деформуванні заготовки з досліджуваної конструкційної сталі до отримання 10 % залишкової деформації розтягу, штучне старіння зразків, виготовлення зразків та визначення ударної в'язкості згідно ГОСТ 9454-78. Цей спосіб дозволяє за зміною ударної в'язкості деформованого і штучно зістареного металу відносно вихідного стану оцінити ступінь його деградації. Недоліком цього способу є те, що застосовують дуже велике попереднє пластичне деформування (до 10 %), яке не відповідає реальним умовам експлуатації. Також за цього способу не отримують таких змін інших механічних властивостей (межа плинності і міцності, відносні звуження і видовження), що спостерігається при дослідженні тривало експлуатованих сталей. Відомо також, що метал експлуатованих конструкцій місить підвищену концентрацію розчиненого водню, порівняно із не експлуатованим і за більшого його вмісту у сталях спостерігається і сильніша деградація їх властивостей [3, 4]. Тому запропоновано розглядати експлуатаційну деградацію металу як суперпозицію сумісної дії експлуатаційних навантажень і абсорбованого ним водню. Задача корисної моделі- створити спосіб лабораторного моделювання деградації властивостей конструкційних сталей магістральних трубопроводів, в якому введення нових операцій дозволило б за меншого рівня деформування досягати зміни їх механічних властивостей за кількісними і якісними показниками аналогічної за впливу тривалої експлуатації. Вказана задача вирішується тим, що заготовки перед деформуванням електролітично наводнюють у лужному електроліті. Режими наводнювання вибирають такими, за яких не спостерігається впливу водню на механічну поведінку сталі за стандартних випроб розтягом. Аналізують криву розтягу матеріалу у вихідному стані. Наводнені заготовки деформують розтягом до такого рівня деформації, котра вичерпує поличку плинності матеріалу. При цьому деформація складає 2 5 %,а рівень напружень - не перевищуючи границі плинності. Із заготовок виготовляють зразки і нагрівають їх з витримкою при 250 °C впродовж 1 год. для дегазації та штучного старіння, після чого визначають потрібні механічні властивості. Як механічні параметри, котрі характеризують деградаційні зміни матеріалу, вибирають відношення границі плинності ς0.2 до границі міцності ςв, відносне видовження δ, відносне звуження ψ та ударну в'язкість KCV. Приклад. Випробування проводили на заготовках із сталі 17ГС виготовлених із труби запасу. Заготовки електролітично наводнювали у лужному електроліті (0,1Н р-н NaOH) при 2 температурі 70 °C впродовж 100 год. за сталого струму (10 мА/см ), який забезпечував 3 концентрацію дифузійно рухомого водню 0,7 см /100 гр металу. Попередніми випробуваннями 1 UA 85446 U 5 10 15 20 25 було встановлено, що за такого режиму не спостерігається впливу водню на механічну поведінку сталі за стандартних випроб розтягом. Потім навантажували розтягом до 4 % залишкової деформації і відпускали при 250 °C впродовж 1 год. для реалізації процесу штучного старіння і дегазації абсорбованого водню. Із заготовок виготовляли циліндричні зразки для визначення стандартних механічних властивостей (границі плинності ς0.2, границі міцності ςв, відносного звуження ψ і відносного видовження δ) та балкові призматичні зразки для визначення ударної в'язкості KCV (зразки І Парні з V-подібним концентратором). На фіг 1. Показано різницю механічних показників залежно від способу моделювання та відносно експлуатаційної деградації. Модельні режими вибирались згідно з ГОСТ та прикладом. З креслення видно кращу відповідність запропонованої моделі щодо показників експлуатаційної деградації. Запропонований спосіб є важливий для моделювання експлуатації трубопроводів, а також стальних вузлів мостів, будівельних та портових кранів та іншого обладнання, що експлуатується за кліматичних умов і зазнає сумісного впливу високих експлуатаційних навантажень і корозійно-наводнювального виливу зовнішніх чи технологічних середовищ. Це необхідно для моніторингу зміни механічних властивостей відповідального обладнання впродовж терміну їх експлуатації прогнозування залишкового ресурсу їх роботи, а також ранжування нових матеріалів стосовно їх схильності до експлуатаційної деградації. 1. Старение труб нефтепроводов / Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Ямалеев К.М., Росляков А.В. – М.: Недра, 1995.-218 с. 2. ГОСТ 7268-82. Сталь. Метод определения склонности к механическому старению по испытанию на ударный изгиб. М.: Издательство стандартов, 2002.-4 с. 3. Експлуатаційне окрихчення сталі магістрального нафтопроводу / О. Т. Цирульник, Г. М. Никифорчин, О. І. Звірко, Д. Ю. Петрина // Фіз.-хім. механіка матеріалів.-2004. - № 2. - С. 125126. 4. Г.М. Никифорчин, О.Т. Цирульник. "Особливості експлуатаційної деградації конструкційних металічних матеріалів "в об'ємі" за дії агресивних середовищ" / Проблемы прочности.-2009. - №6. - С. 79-94. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Спосіб лабораторного моделювання деградації властивостей конструкційних сталей магістральних трубопроводів, при якому досягають зміни механічних властивостей аналогічно впливу тривалої експлуатації, який відрізняється тим, що заготовки перед деформуванням електролітично наводнюють у лужному електроліті за режимів, при яких не спостерігається впливу водню на механічну поведінку сталі за стандартних випробувань розтягом, потім деформують розтягом до вичерпання полички плинності матеріалу та витримують за температури штучного старіння металу. 2. Спосіб за п. 1, при якому заготовки перед деформуванням електролітично наводнюють у лужному електроліті (0,1Н р-н NaOH) при температурі 70 °C та за струму, коли не спостерігається впливу абсорбованого водню на механічну поведінку сталі за стандартних випроб розтягом. 3. Спосіб за п. 1, при якому заготовки деформують розтягом до такого рівня деформації, котра вичерпує поличку плинності матеріалу, при цьому деформація складає 2-5 %, а рівень напружень не перевищує границю плинності. 4. Спосіб за п. 1, у якому для оцінки деградації механічних властивостей визначають комплекс механічних показників: границю плинності 0,2, границю міцності В, та їх відношення, відносне звуження  і відносне видовження , а також ударну в'язкість KCV. 2 UA 85446 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3