WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

С целью учета эффектов деформационного старения и усталостных процессов нами в числитель уравнения (2) введен коэффициент Сд.у, тогда с учетом сказанного уравнение (4.3) примет вид Сд.у 1 = -. (3) n-1 n- (n -1)A E o к Коэффициент n характеризует пластические свойства материала и зависит от соотношения значений начального о и конечного к напряжений.

Для углеродистых и низколегированных сталей значение n колеблется в пределах от 2 до 3.

т Сд.у = Сд1-, (4) в где Сд – коэффициент деформационного старения. Его величина зависит от длительности эксплуатации конструкции и растет во времени.

Отношение предела текучести к пределу прочности тв характеризует упрочнение (охрупчивание) металла. При длительном нагружении т растет быстрее, чем в.

Значения коэффициента деформационного старения и динамика изменения тв для трубных сталей содержатся в ранее проведенных работах. Используя их, по формуле (4) рассчитывается коэффициент Сд.у.

По известным n и Сд.у, экспериментально определив время замедленного разрушения на образцах, вычисляется значение постоянной А.

Расчеты проводили для газопроводной стали марки 17ГС. Образцы были изготовлены из труб, которые эксплуатировались в условия городской черты г. Уфы на протяжении 36 лет. За это время предел текучести увеличился с до 366 МПа.

При расчетах для этой стали приняты: n = 2; модуль упругости Е = МПа, Сд.у = 0,1.

Время наступления разрушения образцов при начальном значении напряжения о = т составило 466 часов, а истинные напряжения, соответствующие моменту разрушения образцов – к = 582 МПа. Из уравнения (3):

Сд.у 1 А = -. (5) n n- (n -1) E o-1 к Подставив значения членов этого уравнения, получим 0,1 1 А = - = 1,12 10-12.

(2 -1)466 2 105 366 По формуле (3) рассчитывали время разрушения образцов для трех значений напряжений 01 = т; 02 = 0,9т и 0,3 = 0,8т. Напряжение, соответствующее моменту разрушения образцов (к), определяли исходя из экспериментальных данных, замеряя истинную площадь сечения образцов после разрыва (Sк) и нагрузку (Р), соответствующую моменту потери пластической устойчи Р вости образца к =.

Sк Используя значения вышеприведенных параметров и данных, полученных из экспериментов, вычислили для данной стали расчетные значения времени замедленного разрушения (табл. 4).

Таблица Продолжительность, МПа Время разрушеСталь эксплуатации, лет ния,, час о, МПа к, МПа 36 т = 366 582 17ГС 36 0,9т = 329,4 582 36 0,8т = 292,8 582 Для подтверждения расчетных значений дополнительно проводили длительные эксперименты по определению времени замедленного разрушения образцов из стали 17ГС (полученные значения представлены в табл. 2).

Как видно из приведенных в табл. 4 данных, значения времени замедленного разрушения, полученные расчетным путем, вполне сопоставимы с данными эксперимента.

Данная методика может быть использована для ускоренной оценки склонности металла труб к замедленному разрушению длительно (30-40 лет и более) эксплуатируемых газопроводов системы газораспределения и газоснабжения.

Преимущество использования данной методики заключается в том, что, не проводя длительные испытания (порядка 20-30 суток), можно путем расчета оценить время замедленного разрушения металла труб эксплуатируемых трубопроводов.

Для этого необходимо довести до разрыва образцы исследуемого металла и определить значения предела текучести и истинного напряжения.

Значения постоянных для длительно эксплуатируемых трубопроводных (нефтегазопроводных) сталей известны (n = 2 и А = 1,1210-12). Подставляя эти значения в формулу (3), можно вычислить (оценить) время замедленного разрушения металла трубы под действием статических нагрузок, имеющих место в реальных условиях эксплуатации.

Полученные данные еще раз показывают, что при длительной эксплуатации газопроводов в результате усталости и деформационного старения на границах кристаллических зерен, окрестностях дефектов происходят накопление микропластических повреждений и увеличение внутренней энергии. Создаются условия к повышению склонности металла труб к замедленному разрушению.

Основные выводы и рекомендации 1. Трубопроводы газораспределительных сетей находятся в сложных условиях эксплуатации, подвергаются длительному воздействию постоянной статической нагрузки, опасности коррозионного повреждения, испытывают циклические нагружения; могут иметь место локальные концентраторы напряжений, а также закаленные участки зоны термического влияния сварных швов.

Условия длительной эксплуатации создают предпосылки для протекания процессов замедленного разрушения металла труб.

2. При длительной эксплуатации газопроводов происходят существенные структурные изменения, вызванные усталостными явлениями и деформационным старением металла труб, обусловливающие в дальнейшем развитие процессов замедленного разрушения.

Дополнительные внутренние напряжения создаются за счет генерации дислокаций и развития дислокационной структуры, начиная от сетчатой, кончая клубковой, образования изгибных контуров как результата скопления дислокации одного знака, образования и роста новых карбидных частиц на границах зерен и полосах скольжения внутри кристалла.

3. При исследовании образцов трубопроводной стали 17ГС методом расхождения берегов концентратора напряжений обнаружена потеря пластичности во времени. При длительной эксплуатации (в течение 36 лет) она составляет 8-10%, что объясняется развитием деформационного старения в металле, приводящим к образованию охрупченных микрообластей и созданию больших внутренних напряжений.

4. По результатам испытаний образцов из углеродистых сталей Ст3, Ст4, Сталь 20 и низколегированной стали 17ГС установлено уменьшение сопротивления разрушению при увеличении времени воздействия постоянной длительной нагрузки. Кромка разрыва располагается под прямым углом к оси образца, излом зернистый, кристаллический, волокнистая часть незначительна. Причиной является наличие охрупченных границ между кристаллическими зернами, уменьшающие энергии связи между зернами, что происходит при деформационном старении.

5. Коррозионная среда ускоряет процесс замедленного разрушения деформационно-состаренного металла газопроводных труб. Время замедленного разрушения образцов, изготовленных из тех же сталей, в коррозионной среде меньше, чем на воздухе.

6. Обнаружена разница в замедленном разрушении стали, имеющей в составе закалочные структуры. При статических нагрузках, создающих напряжения, близкие к пределу текучести, разрушение закаленных образцов происходит быстрее, а при низких напряжениях, наоборот, разрушение наступает после длительного времени. Это объясняется быстрым распадом мартенсита, а остаточный аустенит не создает дополнительные внутренние напряжения.

7. Используя выполненные теоретические и экспериментальные исследования, разработана методика для ускоренного расчетно-экспериментального определения времени замедленного разрушения металла труб длительно эксплуатируемых газопроводов.

Методика рекомендуется для прогнозирования возможности безопасного срока дальнейшей эксплуатации газораспределительных сетей, а также для объяснения причин отказов на этих объектах.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сандаков В.А. Остаточная пластичность металла как критерий оценки эксплуатационной безопасности конструкций // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: Материалы научно-практической конференции. – Уфа:

Транстэк, 2004. – С. 17-19.

2. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. К обеспечению промышленной безопасности объектов газоснабжения с учетом замедленного разрушения стали // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: Материалы научнопрактической конференции. – Уфа: Транстэк, 2004. – С. 20-23.

3. Сандаков В.А. Влияние коррозионной среды на замедленное разрушение городских газопроводов // Реновация: отходы – технологии – доходы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Уфа, 2004. – С. 208-210.

4. Сандаков В.А., Бакиев Т.А. Обеспечение безопасной эксплуатации городских газопроводов с учетом замедленного разрушения стали // Реновация:

отходы – технологии – доходы: Материалы Всероссийской научнопрактической конференции. – Уфа, 2004. – С. 210-213.

5. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. Методика расчета замедленного разрушения металла труб систем газоснабжения //Современные проблемы химии, химической технологии и экологической безопасности: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Уфа: Гилем, 2004. – С. 312-314.

6. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. Некоторые особенности замедленного разрушения газопроводных сталей //Современные проблемы химии, химической технологии и экологической безопасности: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Уфа: Гилем, 2004. – С. 315-316.

7. Юнкин А.И., Сандаков В.А. Замедленное разрушение // Бергколлегия. – 2004. – №3. – С. 24-25.

8. Юнкин А.И., Бакиев Т.А., Сандаков В.А. Оценка механических свойств металла длительно эксплуатируемых трубопроводов системы газоснабжения // Безопасность труда в промышленности. – 2004. – №9. – С. 15-16.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»