Проведение исследований металла опытных труб для прогнозирования их стойкости к вязкому разрушению
4.2 Требования к качеству трубных сталей
Рассмотрим требования, предъявляемые к характеристикам сопротивления материала труб хрупким и вязким разрушениям, оставив за пределами рассмотрения требования к характеристикам прочности и пластичности при растяжении и сопротивление материала труб коррозионным разрушениям.
Фактически, анализ первых протяженных разрушений, имевших место в США, явился отправной точкой в формировании требований к трубным сталям, методам их испытаний и в соответствующей эволюции технологий производства. Традиционно предотвращение возможности протяженных разрушений обеспечивалось выбором материала труб, гарантирующим вязкое поведение в заданном температурном интервале и способность останавливать протяженное разрушение в случае его инициирования. В табл. 4.2 приведены моменты, определившие направления эволюции сталей для газопроводов, с учетом явления протяженного разрушения [9]. После открытия в 1943 г. явления хрупко-вязкого перехода в углеродистых сталях требования к величине ударной вязкости было применено к ряду свариваемых сталей, включая трубопроводные. Позднее для определения температуры хрупко-вязкого перехода DBTT (Ductile-to-Brittle Transition Temperature) и обеспечения гарантированного вязкого поведения в полноразмерном сечении институтом Бателли была разработана и введена в промышленную практику методика испытания падающим грузом (HnO-DWTT (Drop Weight Tear Test), которая по условиям, прежде всего, по скорости распространения, напряженному и деформированному состоянию были максимально приближена к условиям разрушения газопровода, что позволяло точнее определять характер поведения стали, чем при испытаниях на ударную вязкость.
Табл. 4.2 Моменты истории, определившие направления разработки высокопрочных сталей
Год |
Событие |
Реакция промышленности |
|
1943 |
Открытие явления хрупко-вязкого перехода в углеродистых сталях |
Введение стандартного требования к минимальной ударной вязкости по Шарпи для листовых корабельных сталей (20 Дж) |
|
1954 |
Явление хрупко-вязкого перехода рассмотрено применительно к трубопроводам |
Введение ТЮФ (TUV) минимальной ударной вязкости трубных сталей 3,5 кгм/см2 |
|
1960 |
Хрупкое разрушение 13 км трубопровода NPS30 |
Разработка институтом Бателли метода испытания падающим грузом (Battelle Drop Weight Tear Test - BDWTT) |
|
- |
Распространение вязкого разрушения в нехрупком, предположительно трещиностойком материале |
Введение требований к минимальной вязкости по Шарпи, основанных на различных моделях разрушения |
|
1970 |
Предложено строительство газопровода Аляска-Канада |
Исследования сфокусированы на разработке сталей Х80 и требований к вязкости при -90 °F (-69 °С) |
|
1974 |
Неожиданное поведение при полномасштабных испытаниях, отнесенное к «богатому» газу, расслоениям, высоким кольцевым напряжениям и ошибочным модельным представлениям |
Введение арресторов для трещин, пересмотр моделей остановки разрушения и идеологии прокатки применительно к высокопрочным трубным сталям |
|
1978 |
Коррозионное растрескивание под напряжением новых трубопроводов в Австралии и Канаде |
Более строгие требования к материалам, в частности, предельной твердости и улучшение наружного покрытия и практики эксплуатации |
|
1978 |
Нехватка и повышение цен на молибден |
Исключение молибдена из состава Х-70, разработка Nb-Cr сталей с введением термомеханической контролируемой обработки (авт. -Thermo Mechanical Control Processing TMCP) |
|
1997 (авт,- 1996) |
Необходимость в системах на очень высокие давления для разработки месторождений в арктическом климате |
Рассмотрение сверхвысокопрочных сталей с временным сопротивлением до 135 ksi (930 МПа) и упрочнения композитами традиционных сталей |