Требования, предъявляемые к механическим свойствам и сопротивлению разрушению.

Надежность и долговечность эксплуатации трубопроводов высокого давления зависит от качества металла труб. Требования, предъявляемые к металлу труб сводится к тому, что он должен иметь возможно более высокую прочность, обладать высокой вязкостью и сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению при температурах строительства и эксплуатации, а также иметь хорошую пластичность и свариваемость.

Для повышения пропускной способности трубопроводов необходимо увеличение диаметра труб и рабочего давления газа. Это позволяет значительно снизить удельные капитальные вложения на строительство трубопроводов магистралей, расходы по транспортировке газа (и нефти), дает значительную экономию металла при использовании более прочных сталей.

Большой объем производства газопроводных труб большого диаметра вызывает необходимость при разработке состава сталей легирующие элементы. Технология же изготовления металла для таких труб должна быть относительно простой.

Динамика изменения требований, предъявляемых к временному сопротивлению и хладостойкости для прямошовных труб с учетом увеличения их диаметра и рабочих давлений.

В настоящее время предъявляется требование по ограничению отношения показателя предела текучести и временного сопротивления σ_т/σ_в значениями не более 0,80 при изготовлении их из низколегированной нормализованной стали, 0,85 – из дисперсионно-твердеющей и термоупрочненной стали и 0,90 - из стали после контролируемой прокатки. Трубы должны обладать и высокой пластичностью при комнатной температуре, характеризуемой относительным удлинением не менее 20% при σ_в ≤ 600 Н/мм², не менее 18 % при σ_в = 650 Н/мм² и не менее 16 % σ_в = 700 Н/мм² и выше.

Сопротивление хрупкому разрушению обычно оценивают температурой перехода из вязкого в хрупкое состояние при испытании надрезанных образцов на ударный изгиб. Наиболее распространен критерий – порог хладноломкости Т₅₀, °С, представляющий температуру перехода при наличии в изломе ударного образца 50 % вязкой составляющей. Для магистральных труб предложен также метом испытания полнотолщинных образцов DWTT на ударный изгиб, разработанный Институтом нефти и газа Баттеля (США), который включен в Международный стандарт на трубы. В отличие от испытаний стандартных образцов DWTT проводятся на образцах больших размеров, толщиной, реальной труб, и шириной 75 мм. Для оценки сопротивления тали труб хрупкому разрушению метод DWTT считается наиболее подходящим, приближающимся к реальным условиям разрушения труб при пневматических испытаниях. При испытании, температура перехода в хрупкое состояние обычно выше, чем при испытании стандартных образцов с острым надрезом.

В процессе исследования было установлено достаточно хорошее соответствие между результатами испытаний на образцах DWTT и пневматических испытаний на разрыв, что позволило определить зависимость между рабочими характеристиками газопроводов и требованиями, предъявляемыми к количеству волокнистой составляющей в изломе DWTT, обеспечивающему предупреждение хрупкого разрушения. Для труб диаметра 1020 мм на давление 5,5 Мпа количество волокнистой составляющей должно составлять не менее 60 %, а для труб диаметром 1420 мм на давление 7,5 МПА – не менее 80 % (таб. 1.2.1). Таким образом, разработанный ВНИИСТом критерий Т₈₀, определяемый на полнотолщинных образцах DWTT, достаточно удовлетворительно соответствует натурным и пневматическим испытаниями и является основным показателем, по которому оценивается хладостойкость трубной стали.

Проведенные во ВИИСТе исследования показали, что металл труб должен иметь определенный уровень свойств, обеспечивающий устойчивость против хрупкого и вязкого разрушения.

Таблица 2 . Требования, предъявляемые к ударной вязкости и волокнистой составляющей (В) образцов DWTT металла труб большего диаметра, предназначенных для трубопроводов

Для их предупреждениях в трубах диаметром 1220 мм на рабочее давление 5,5 Мпа требуется ударная вязкость на образцах с острым надрезом, равная 126 Дж/см², а в трубах диаметром 1420 мм на давление 7,5 Мпа – равная 165 Дж/ см², что значительно выше норм, приведенных в СНиП. Таким образом возникает необходимость дальнейших работ по существенному увеличению уровня ударной вязкости трубных сталей для исключения возможности образования протяженных вязких разрушений.

Результаты исследований последних лет свидетельствуют о перспективности использования критерия критического раскрытия трещины (δ_k) оценки сопротивления металла сварного соединения труб зарождению трещины.

Энергия разрушения полнотолщинных образцов DWTT точно оценивает сопротивление распространению разрушения. Испытания полнотолщинных образцов DWTT с определением поглощенной энергии обеспечивают более высокую сходимость с результатами пневматических испытаний готовых труб, чем испытания на ударную вязкость образцов с острым надрезом. Кривая снижения величины энергии удара образцов DWTT сдвинута в сторону положительных температур с кривой ударной вязкости.