WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Чурилова Татьяна Валерьевна ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ С ГИБКИМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ОБОЛОЧКАМИ ИЗ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ ТИПА 18-10 Специальность 05.02.01 – «Материаловедение» (Машиностроение в нефтегазовой отрасли)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа – 2004 4

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор, Абдуллин Ильгиз Галеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бакиев Ахмет Вахитович;

кандидат физико-математических наук Сергеев Владимир Ильич.

Ведущая организация ОАО «Уфаоргсинтез».

Защита состоится 26 мая 2004 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д.212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул.

Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «_23_» апреля 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ибрагимов И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В последние годы в связи с конверсией оборонной промышленности существенно возросло использование ее изделий в народном хозяйстве России.

Одним из основных конструкционных материалов для их изготовления являются хромоникелевые нержавеющие стали. Высвобождение этого вида конструкционных материалов позволило разработать и наладить выпуск новых изделий для различных отраслей промышленности. Типичным примером может служить использование конструкций с гибкими металлическими оболочками (ГМО) в нефтегазовой отрасли в качестве: сильфонов; шлангов для разлива и транспортировки нефти, нефтепродуктов и агрессивных сред; гибких трубопроводов при шельфовой добыче для подачи нефти или газа на загрузочные терминалы и для соединения подводного устьевого оборудования с контрольными линиями; гибких узлов в системах водоспуска плавающих крыш резервуаров, а также в виде гибких напорных нефтегазовых трубопроводных систем. Изделия с ГМО применяют также в схожих условиях эксплуатации и в других отраслях промышленности, например в теплоэнергетике, в качестве компенсаторов тепловых и монтажных перемещений теплопроводов.

В ходе эксплуатации в металле наиболее нагруженных участков гофрированных оболочек изделий с ГМО (выступы и впадины гофра) возникают упругопластические деформации, которые, вследствие изменения внешних и внутренних факторов, носят переменный характер. Анализ отказов этих изделий свидетельствует о коррозионно-механической природе разрушения, механизм которого включает зарождение и развитие усталостной трещины по периметру гофра и дальнейшую потерю герметичности.

Таким образом, долговечность и надежность нефтегазовых систем во многом определяются коррозионными, коррозионно-механическими и коррозионно-усталостными свойствами сталей типа 18-10.

Несмотря на то, что исследованию данной группы сталей посвящено большое количество работ, некоторые вопросы до сих пор остаются открытыми. В частности, недостаточно изучены электрохимическое поведение стали при затруднении доступа к ее поверхности пассивирующих агентов (в основном кислорода воздуха) в условиях щелевой коррозии; влияние питтингообразующих хлорид-ионов, анодной поляризации блуждающими токами и нестационарных режимов нагружения на коррозионно-усталостную долговечность сталей типа 18-10 и их сварных соединений.

Работа выполнялась в рамках Государственных научно-технических программ АН РБ «Наукоемкая техника и технологии для машиностроения Республики Башкортостан» и «Машиноведение, конструкционные материалы и технологии».

Целью диссертационной работы является разработка и усовершенствование методов и средств повышения долговечности изделий с ГМО на основе исследования коррозионного и коррозионно-механического поведения сталей типа 18-10 и их сварных соединений.

Основные задачи исследования 1. Исследование коррозионно-усталостного поведения сталей типа 18-10 в условиях их анодной поляризации полями блуждающих токов при эксплуатации изделий с ГМО и совершенствование на этой основе методов расчета их долговечности.

2. Исследование влияния режимов микроплазменной и контактнороликовой сварки гибкой части изделий с ГМО на коррозионную стойкость и коррозионно-усталостную долговечность сварных соединений сталей типа 18-10.

3. Исследование возможности повышения ресурса изделий с ГМО из сталей типа 18-10 путем ингибирования общей и питтинговой коррозии, а также их коррозионно-усталостного разрушения в условиях анодной поляризации блуждающими токами.

Научная новизна 1. Впервые установлено существенное, в 2-4 раза, снижение коррозионной стойкости и коррозионно-усталостной долговечности стали 12Х18Н10Т и ее сварных соединений, полученных микроплазменной и контактнороликовой сваркой, в условиях воздействия блуждающих токов различной амплитуды.

2. Обосновано использование связующего литейного марки КО по ТУ 38.1071277-90 в качестве ингибитора общей и питтинговой коррозии, а также коррозионно-усталостного разрушения стали 12Х18Н10 со степенью защиты не менее 98 % и 1,5-2,0 соответственно, в условиях анодной поляризации.

На защиту выносятся результаты исследования коррозионного и коррозионно-усталостного поведения сталей типа 18-10 и их сварных соединений, совершенствование на этой основе методов расчета долговечности изделий с ГМО и повышение их ресурса путем рационального выбора режимов сварки и методов ингибиторной защиты от питтинговой коррозии и коррозионно-усталостного разрушения при действии блуждающих токов.

Практическая значимость и реализация работы Определенные коэффициенты влияния коррозионно-активной среды и анодной поляризации на коррозионно-усталостную долговечность гибких металлических оболочек из сталей типа 18-10 используются в ЛПДС Нурлино Черкасского НУ ОАО «Уралсибнефтепровод» при расчете действительного срока эксплуатации гибкой части компенсирующих систем приемораздаточных трубопроводов на резервуарах в зависимости от условий их эксплуатации.

Разработанный расчетно-графический метод определения ресурса сильфонных компенсаторов тепловых перемещений теплопроводов (узлов компенсационных металлорукавных) для различных условий эксплуатации используются в «Тепловых сетях» ОАО «Башкирэнерго» для определения срока службы сильфонных компенсаторов в зависимости от места их располо жения и амплитуды блуждающих токов.

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на научнотехнических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2000-2003 гг.); Межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли» (Уфа, декабрь 2000 г.); III и IV Конгрессах нефтегазопромышленников России (Уфа, май 2001 г. и май 2003 г.); конференциях отделения технических наук АН РБ «Технические проблемы развития машиностроения в Башкортостане» (Уфа, декабрь г.) и «Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане» (Уфа, декабрь 2003 г.); учебно-научно-технической межотраслевой конференции «Коррозия металлов: диагностика, предупреждение, защита и ресурс» (Уфа, январь 2002 г.); Международной научно-технической конференции «Трубопроводный транспорт – сегодня и завтра» (Уфа, ноябрь 2002 г.); II Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Пенза, октябрь 2002 г.); IV Межрегиональной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2003» (Ухта, март 2003 г.); Научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия-2003» (Уфа, май 2003 г.); II Всероссийской учебно-научно-методической конференции «Реализации государственных образовательных стандартов при подготовке инженеровмехаников: проблемы и перспективы» (Уфа, декабрь 2003 г.); II Международной научно-практической конференции «Новоселовские чтения» (Уфа, март 2004 г.).

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, из них 11 статей и 5 тезисов докладов.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов; содержит 135 страницы машинописного текста, 8 таблиц, 34 рисунка, библиографический список использованной литературы из 151 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи, научная новизна и практическая ценность результатов проведенных исследований.

Первая глава посвящена аналитическому обзору коррозионномеханического поведения и коррозионной стойкости аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10 и их сварных соединений в агрессивных средах нефтегазовой, нефтеперерабатывающей промышленности, отраслях топливно-энергетического комплекса. Рассмотрены взаимосвязь долговечности изделий из таких сталей в различных средах и условиях эксплуатации с их физико-механическими свойствами и структурным состоянием; особенности эксплуатации изделий с ГМО из этих сталей и характер их разрушения, связанного в основном с потерей пассивности и коррозионно-усталостным нагружением в условиях эксплуатации. Разрушение ГМО, как правило, происходит по вершине гофра в околошовной зоне сварного соединения в местах питтинговой коррозии, обусловленной наличием активирующих хлоридионов в рабочих средах, а также частичной потерей пассивности, многократно усиленной анодной поляризацией блуждающими токами.

Приведен аналитический обзор применения ингибиторов для борьбы с общей, локальной, межкристаллитной коррозией, коррозионным растрескиванием сталей типа 18-10 в различных средах.

Во второй главе приведено описание использованных в диссертации известных и разработанных с участием соискателя методов исследований.

Наличие щелей и зазоров в конструкциях с ГМО из сталей типа 18-10, а также паровоздушная окружающая среда с температурой до 60…80 0С, при которой растворимость кислорода в воздухе резко снижается, требуют про Исследовательская часть выполнена при консультировании кандидата технических наук, доцента Давыдова Сергея Николаевича.

ведения электрохимических исследований с имитацией этих условий эксплуатации. Электрохимические исследования коррозионного поведения стали проводили путем снятия анодных и катодных поляризационных кривых в специально разработанной электрохимической прижимной трехэлектродной ячейке, снабженной дополнительно штуцером для продувки инертным газом (гелием) и гидрозатвором. Потенциал регистрировали относительно хлорсеребряного электрода сравнения (ХСЭ). Аналогичные исследования проводили на сварных швах из этой стали. Содержание кислорода определяли методом сравнения при помощи компараторов «Dissolved oxygen».

Коррозионно-усталостные испытания тонколистовых материалов гибкой части металлорукавов и компенсаторов из нержавеющих сталей типа 18-проводили на усталостной машине, дополненной специально разработанным устройством, позволяющим в условиях жесткого усталостного нагружения проводить одновременную внешнюю анодную поляризацию. Проводили шесть параллельных опытов с использованием статической обработки опытных данных и нахождением доверительного интервала результатов.

Наличие мартенсита деформации, который может образовываться в нержавеющей стали 12Х18Н10Т в условиях формования гибкой части изделий с ГМО, оценивали по величине остаточной индукции сталей при помощи ферротестера TR-980I/A.

Испытания на микротвердость стали 12Х18Н10Т и ее сварных соединений проводили по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 9450-76 на микротвердомере ПМТ-3. Микро- и макроструктурные исследования проводили на сварных соединениях стали типа 18-10 общепринятыми методами с использованием электрохимического травления.

Склонность сталей 12Х18Н10 и 12Х18Н10Т и их сварных швов к межкристаллитной коррозии определяли по методу АМ кипячением в водном растворе сернокислой меди и серной кислоты с добавлением медной стружки в соответствии с ГОСТ 6032-84.

В третьей главе представлены результаты исследования коррозионноэлектрохимического, коррозионно-усталостного поведения и физикомеханических свойств сталей 12Х18Н10 и 12Х18Н10Т.

В процессе изготовления гибкой части компенсационного узла материал подвергается холодной деформации, при которой возможно образование мартенсита деформации (-фазы). На рис. 1 представлены результаты исследования изменения остаточной индукции в зависимости от напряжения (степени деформации) при двух скоростях деформирования, проведенного с целью определения принципиальной возможности ускорения процесса формирования гибкой части компенсатора. При этом исходили из очевидной прямой зависимости между 1 скоростью сварки и скоростью формования гибкой части компенсатора (при создании гибкой оболочки навивкой профилированной ленты со сваркой внахлест контактно-роликовым 0 200 400 швом по вершинам Напряжение, МПа гофра).

Рис. 1. Зависимость изменения остаточной индукции Как показали стали 12Х18Н10 от величины напряжения при разных скоростях деформирования:

проведенные иссле1 – 10 мм/мин;

дования, пластиче2 – 90 мм/мин ская деформация стаr В Остаточная индукция, Гаусс ли 12Х18Н10 приводит к появлению магнитной составляющей – мартенсита деформации. Незначительный рост количества мартенсита наблюдался уже практически в области упругих напряжений и деформаций (более 200 МПа), что связано, вероятно, с переходом стали при ее растяжении из упругой области в стадию легкого скольжения. Его количество практически не изменяется на ранних стадиях деформационного упрочнения и экспоненциально возрастает в области больших пластических напряжений (более 400 МПа) и деформаций. Видно, что увеличение скорости деформирования сплава практически не влияет на мартенситообразование вплоть до предела прочности.

Pages:     || 2 | 3 |






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