[go: up one dir, main page]

RU2611699C1 - Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей - Google Patents

Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей Download PDF

Info

Publication number
RU2611699C1
RU2611699C1 RU2015156937A RU2015156937A RU2611699C1 RU 2611699 C1 RU2611699 C1 RU 2611699C1 RU 2015156937 A RU2015156937 A RU 2015156937A RU 2015156937 A RU2015156937 A RU 2015156937A RU 2611699 C1 RU2611699 C1 RU 2611699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistance
stress corrosion
corrosion cracking
time
fracture
Prior art date
Application number
RU2015156937A
Other languages
English (en)
Inventor
Наталья Ивановна Волгина
Гюзель Харрясовна Шарипзянова
Светлана Сергеевна Хламкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет"
Priority to RU2015156937A priority Critical patent/RU2611699C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2611699C1 publication Critical patent/RU2611699C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к оценке стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) низколегированных сталей, предназначенных для строительства магистральных газо- и нефтепроводов. Испытуемые образцы помещают в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном pH, с приложением к нему потенциала катодной защиты -1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины, а о снижении стойкости к разрушению судят по снижению относительного сужения и времени до разрушения, определяемых как отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.), к тому же значению на воздухе. Техническим результатом является сокращение длительности и упрощение производимых операций для получения достоверной экспресс-оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением. 1 ил., 5 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к оценке стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) низколегированных сталей, предназначенных для строительства магистральных газо- и нефтепроводов.
Основной причиной аварий магистральных газопроводов большого диаметра (1020-1420 мм) является коррозионное растрескивание труб под напряжением (КРН или стресс-коррозия). Аварии газопроводов, как правило, сопровождаются разлетом многотонных фрагментов труб и воспламенением большого объема газа и поэтому представляют серьезную опасность. Многочисленные аварии приводят к необходимости снижения рабочего давления в газопроводах, что существенно снижает их пропускную способность и повышает энергоемкость транспорта газа. Сложившаяся ситуация выдвинула проблему борьбы с КРН в ряд основных проблем газотранспортной отрасли.
КРН труб проявляется в виде системы трещин, развивающихся под действием растягивающих напряжений и внешней среды. Трещины ориентированы в направлении, перпендикулярном направлению максимального растягивающего напряжения. Поскольку основной нагрузкой в газопроводе является внутреннее давление транспортируемого газа, большинство стресс-коррозионных трещин имеют продольную ориентацию. Берега стресс-коррозионных трещин покрыты продуктами коррозии темного цвета. При разрыве труб характер разрушения неповрежденного металла под трещинами всегда вязкий.
Известен способ [Метод по NACE Standard ТМ 0198-98. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p. 1-16], заключающийся в том, что от изделий отбирают пробы, изготавливают образцы цилиндрической формы, к которым прикладывают напряжение и подвергают воздействию агрессивной среды. Образец выдерживают в агрессивной среде под постоянной нагрузкой в течение 720 часов. Уровень приложенного напряжения находится в интервале от 0,6 до 0,95 от предела текучести стали, в зависимости от требований нормативной документации. Критерием стойкости стали может быть максимальное значение приложенного напряжения, при котором образец не разрушился в течение 720 часов, или сам факт отсутствия разрушения при определенной фиксированной нагрузке (чаще всего 0,8 от предела текучести стали), также после выдержки в агрессивной среде в течение 720 часов.
Недостатком указанного способа является слишком продолжительное время испытаний, агрессивность испытательных сред, которые отсутствуют в условиях эксплуатации отечественных газопроводов, где существуют только нейтральные электролиты и прикладываются невысокие потенциалы катодной защиты, т.е. указанным способом невозможно получить идентификационных признаков, установленных в аварийных трубах.
Известен способ коррозионного испытания [US 8513020, МПК G01N 17/04, опубл. 20.08.2013], заключающийся в том, что образец сварного соединения испытывают на изгиб в четырех точках, вызывая растягивающее напряжение образца вдоль нижней поверхности образца во времени, затем осуществляют погружение испытанного образца в жидкую ванну с протеканием сероводорода.
Недостатком указанного способа является сложная конструкция приспособления для испытания образцов, необходимость жидких ванн и дополнительного подвода сероводорода и невозможность определения механизма разрушений магистральных трубопроводов.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому изобретению является способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением [RU 2530486, МПК G01N 17/00, опубл. 10.10.2014, Бюл. №28], заключающийся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы, которые подвергают предварительной деформации растяжением со степенями 1-10%, затем прикладывают нагрузку, величина которой составляет 50-80% от предела текучести, и помещают образцы в испытательную среду со значением pH в пределах 2,5-5 на 180-360 часов, после чего образцы разрушают на воздухе методом растяжения, а о стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по разнице механических свойств сталей в исходном состоянии и после испытаний или по степени изменения пластичности.
Недостатком прототипа является необходимость предварительного нагружения испытательного образца, длительность последующего нагружения, наличие кислой испытательной среды, отсутствующей в условиях эксплуатации магистральных газопроводов, изготовленных из низколегированных сталей, отсутствие идентификационных признаков, установленных в аварийных трубах. Указанные среды реализуются в иных условиях эксплуатации, в которых применяют специальные коррозионно-стойкие стали.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа быстрой оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением, характерному для российских газопроводов.
Использование данного способа позволит по сравнению с прототипом сократить время испытаний и повысить чувствительность к изменению физико-химического состояния образца.
Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении данного способа, выражается в сокращении длительности и упрощении производимых операций для получения достоверной экспресс-оценки стойкости низколегированных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Указанный технический результат достигается за счет испытания на одноосное растяжение стандартного цилиндрического образца без концентратора напряжений, изготовленного в соответствии с ГОСТ 1497 (тип IV, с удлиненной захватной частью) из исследуемой стали, помещенного в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном pH (т.е. 5,5-7,2) с приложением к нему потенциала - 1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины (скорости перемещения активного захвата). Отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты, к тому же значению на воздухе являются показателями склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением и рассчитываются по формулам:
βψсрвоз,
βτсрвоз,
где βψ, βτ - коэффициенты влияния среды;
ψср, ψвоз, τср и τвоз - относительное сужение и время до разрушения образца в среде и на воздухе.
Критерием снижения стойкости к разрушению в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации, принимаются снижение относительного сужения и времени до разрушения.
Если время разрушения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале -1,2 В отнести к времени до разрушения образца, испытанного на воздухе, то оно становится ниже 1. То же самое можно сказать и об относительном сужении. Т.е. чем ниже отношение времени до разрушения (или сужения) образца, испытанного в среде, к времени до разрушения (сужению) образца, испытанного на воздухе, тем ниже стойкость стали против коррозионного растрескивания под напряжением. Это отношение назвали «Коэффициентом влияния среды β». В зависимости от того, к какой характеристике он относится (время, относительное сужение) ему присваивается соответствующий индекс (например, βτ для времени до разрушения).
βτсрвоз.
Заявляемое изобретение поясняется фиг. 1, на которой представлен образец для испытаний на растяжение.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что поскольку металл трубы в процессе эксплуатации соприкасается с грунтом (с грунтовым электролитом) и находится в условиях катодной защиты, то средой для испытаний была выбрана суспензия грунтов (разведением 1:10), отобранных с мест аварий различных трубопроводов. Для имитации катодной защиты, в условиях которой работает труба, на исследуемом образце поддерживают потенциал заданной величины.
Таким образом, заявляемое изобретение позволит:
- воспроизводить в лабораторных условиях конкретную форму КРН, характерную для металла аварийных труб;
- прогнозировать поведение трубных сталей в условиях, приближенным к трассовым;
- проводить оценку, используя простые критерии устойчивости низколегированных трубных сталей к стресс-коррозии;
- оценить влияние основных металлургических факторов на сопротивление трубных сталей КРН, характерному для российских трубопроводов.
Таким образом, изобретение может быть использовано для испытаний низколегированных сталей для магистральных газо- и нефтепроводов на устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) с целью прогнозирования их поведения на участках, где возможно существование условий КРН.
Пример реализации изобретения
Сущность предложенного способа поясняется следующим примером конкретного выполнения. В качестве объектов исследования были выбраны нефтегазопроводные прямошовные трубы, изготовленные из сталей разных марок и способов производства - нормализованных (17Г1С, 17ГС, 17Г1С-У), термоупрочненных (17Г2СФ, 14Г2САФ и др.) и сталей контролируемой прокатки (Х65, Х70, 09Г2ФБ и др.).
Из труб были вырезаны темплеты и изготовлены образцы для испытаний на растяжение (фиг. 1).
Лабораторный образец помещался в электролитическую ячейку с суспензией грунта и испытывался на одноосное растяжение при замедленном растяжении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1. Критерием снижения стойкости к разрушению в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации, являлись снижение относительного сужения и времени до разрушения, как наиболее чувствительных характеристик.
Результаты проведенных испытаний представлены в таблицах 1-5.
Из таблицы 1 видно, что эффект снижения пластичности проявляется при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.). Чем ниже коэффициент влияния среды, тем выше склонность стали к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Из таблицы 2 видно, что ни один из образцов за принятую базу 720 часов не разрушился. Наводороживания образцов в условиях постоянных растягивающих напряжений также не произошло. Таким образом, в условиях действия постоянных растягивающих напряжений в суспензии грунта не удается вызвать КРН даже при нагрузке выше предела текучести с потенциалом -1,2 В (н.в.э.). Удовлетворительно имитируют реальные разрушения металла труб условия испытаний образцов, представленные в таблице 5. Из нее видно, что прочностные характеристики (временное сопротивление и предел текучести) не чувствительны к изменениям условий испытания (потенциала и среды), тогда как относительное сужение и время до разрушения значительно снижаются при снижении потенциала до -1,2 В (н.в.э.) по сравнению с их значениями на воздухе. Такой характер влияния на комплекс механических свойств характерен наводороживающим средам, воздействующим на конструкционные стали низкой и средней прочности (σв≤1000-1200 МПа).
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005

Claims (5)

  1. Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением ,заключающийся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы без концентратора напряжений, которые подвергают воздействию испытательной среды и прикладывают напряжения, отличающийся тем, что испытуемые образцы помещают в электролитическую ячейку с суспензией грунта при нейтральном рН, с приложением к нему потенциала катодной защиты -1,2 В (н.в.э.) при замедленном нагружении до разрушения с постоянной скоростью относительной деформации 10-5 с-1, устанавливаемой непосредственным регулированием испытательной машины, а о снижении стойкости к разрушению судят по снижению относительного сужения и времени до разрушения, определяемых как отношение времени до разрушения и относительного сужения образца, испытанного в суспензии грунта при потенциале катодной защиты -1,2 В (н.в.э.), к тому же значению на воздухе, которые вычисляют по формулам:
  2. βψсрвоз,
  3. βτсрвоз,
  4. где βψ, βτ - коэффициенты влияния среды;
  5. ψср, ψвоз, τср и τвоз - относительное сужение и время до разрушения образца в среде и на воздухе.
RU2015156937A 2015-12-30 2015-12-30 Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей RU2611699C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156937A RU2611699C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156937A RU2611699C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2611699C1 true RU2611699C1 (ru) 2017-02-28

Family

ID=58459413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156937A RU2611699C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2611699C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108166001A (zh) * 2018-01-18 2018-06-15 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种慢拉伸状态下材料阴极保护测试装置与方法
RU2740458C1 (ru) * 2020-07-08 2021-01-14 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Краснознаменец" Болт разрывной
CN114166733A (zh) * 2021-11-12 2022-03-11 西南交通大学 一种基于高腐蚀性降阻剂影响下的接地装置特性评估方法
RU2770844C1 (ru) * 2021-09-24 2022-04-22 Публичное акционерное общество "Газпром" Способ оценки защитной эффективности композиций, ингибирующих коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей
RU2798304C1 (ru) * 2022-12-26 2023-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Способ определения подверженности участков подземных стальных трубопроводов стресс-коррозии

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2160894C1 (ru) * 1999-06-16 2000-12-20 Северо-Кавказский государственный технологический университет Способ испытания трубных сталей на коррозионное растрескивание под напряжением
US20110136239A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 National Oilwell Varco, L.P. Corrosion testing apparatus and methods
RU2530486C1 (ru) * 2013-06-03 2014-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2160894C1 (ru) * 1999-06-16 2000-12-20 Северо-Кавказский государственный технологический университет Способ испытания трубных сталей на коррозионное растрескивание под напряжением
US20110136239A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 National Oilwell Varco, L.P. Corrosion testing apparatus and methods
RU2530486C1 (ru) * 2013-06-03 2014-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С. А. Лубенский. Авто диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, ВНИИгаз, 1-21, 1994. *
С. А. Лубенский. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, ВНИИгаз, 1-21, 1994. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108166001A (zh) * 2018-01-18 2018-06-15 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种慢拉伸状态下材料阴极保护测试装置与方法
CN108166001B (zh) * 2018-01-18 2020-02-18 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种慢拉伸状态下材料阴极保护测试装置与方法
RU2740458C1 (ru) * 2020-07-08 2021-01-14 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Краснознаменец" Болт разрывной
RU2770844C1 (ru) * 2021-09-24 2022-04-22 Публичное акционерное общество "Газпром" Способ оценки защитной эффективности композиций, ингибирующих коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей
CN114166733A (zh) * 2021-11-12 2022-03-11 西南交通大学 一种基于高腐蚀性降阻剂影响下的接地装置特性评估方法
CN114166733B (zh) * 2021-11-12 2022-07-08 西南交通大学 一种基于高腐蚀性降阻剂影响下的接地装置特性评估方法
RU2798304C1 (ru) * 2022-12-26 2023-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Способ определения подверженности участков подземных стальных трубопроводов стресс-коррозии

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Contreras et al. Mechanical and environmental effects on stress corrosion cracking of low carbon pipeline steel in a soil solution
Arroyo et al. Analysis of key factors of hydrogen environmental assisted cracking evaluation by small punch test on medium and high strength steels
Zvirko et al. Stress corrosion cracking of gas pipeline steels of different strength
Bueno et al. Evaluation of stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement in an API grade steel
Eslami et al. Effect of CO2 and R-ratio on near-neutral pH stress corrosion cracking initiation under a disbonded coating of pipeline steel
Dmytrakh et al. Effect of hydrogen concentration on strain behaviour of pipeline steel
Nykyforchyn et al. Non-destructive evaluation of brittle fracture resistance of operated gas pipeline steel using electrochemical fracture surface analysis
Nyrkova Stress-corrosion cracking of pipe steel under complex influence of factors
RU2611699C1 (ru) Способ оценки стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением низколегированных трубных сталей
Arunachalam et al. Test method for corrosion pit-to-fatigue crack transition from a corner of hole in 7075-T651 aluminum alloy
RU2530486C1 (ru) Способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением
Sarzosa et al. A numerical investigation of constraint effects in circumferentially cracked pipes and fracture specimens including ductile tearing
Poberezhnyi et al. Corrosive and mechanical degradation of pipelines in acid soils
Lou et al. Film breakdown and anodic dissolution during stress corrosion cracking of carbon steel in bioethanol
Zvirko et al. Methods for the evaluation of corrosion-hydrogen degradation of steels of oil-and-gas pipelines
Mousavi et al. Failure pressure estimation error for corroded pipeline using various revisions of ASME B31G
Chong et al. Effects of wet H2S containing environment on mechanical properties of NACE grade C–Mn steel pipeline girth welds
Adasooriya et al. Environment-assisted corrosion damage of steel bridges: a conceptual framework for structural integrity
Verstraete et al. Constraint analysis of defects in strength mismatched girth welds of (pressurized) pipe and Curved Wide Plate tensile test specimens
Woollin et al. Avoiding hydrogen embrittlement stress cracking of ferritic austenitic stainless steels under cathodic protection
Woollin et al. Hydrogen embrittlement stress corrosion cracking of superduplex stainless steel
Canut et al. Monitoring of corrosion‐fatigue degradation of grade R4 steel using an electrochemical‐mechanical combined approach
Zhang et al. Research on TIG welding gap corrosion resistance of X52/825 metallurgical clad pipein H2S/CO2 environment
Thodla et al. Environmentally assisted cracking of subsea pipelines in oil & gas production environments—effect of static loading
Wei et al. Experimental study and numerical simulation on the SSCC in FV520B stainless steel exposed to H2S+ Cl− Environment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201231