Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы обеспечения безопасности эксплуатации нефтепро-дуктопроводов . 8
1.1 Основные факторы нарушения безопасности эксплуатации неф-тепродуктопроводов . 8
1.2 Обеспечение безопасности нефтепродуктопроводов с повреждениями применением накладных приварных элементов. 15
1.3 Современные технологии безопасного ведения ремонтно-сварочных работ на действующих трубопроводах . 29
Выводы по разделу 1 33
2 Обоснование безопасных режимов заварки повреждений и приварки усилительных элементов 35
2.1 Исследование термодеформационных процессов при выполнении ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах 35
2.2 Критерии разрушения труб при приварке накладных элементов и заварке дефектов 39
2.3 Инженерная оценка прочности ослабленного участка при ведении сварочных работ на трубопроводах 47
2.4 Определение предельного давления по критерию сквозного проплавлення. 52
2.5 Оценка предельного состояния разупрочненного участка трубы при проведении ремонта сварочных работ под действием избыточного давления. 54
2.6 Оценка реакции трубных сталей к термическому циклу при приварке ремонтных муфт на трубопроводы, находящиеся под давлением 62
2.7 Оценка технологической прочности при приварке ремонтных муфт на трубопроводы, находящиеся под давлением 69
2.8 Определение остаточных напряжений в кольцевых швах ремонтных муфт, выполненных на трубопроводах без остановки
перекачки 74
Выводы по разделу 2. 80
3 Исследование длительности эксплуатации на величину давления при проведении ремонтно-сварочных работ на трубопроводах 81
3.1 Исследование длительности эксплуатации на величину ремонтного давления 81
3.2 Исследование механических свойств натурных труб длительно эксплуатированных трубопроводов 90
Выводы по разделу 3 99
4 Исследование и разработка методов оценки и повышения ресурса нефтепродуктопроводов после проведения ремонтно- сварочных работ - 100
4.1 Основные направления по оценке и повышению работоспособности нефтепродуктопроводов после проведения ремонтно-сварочных работ 100
4.2 Исследование предельного состояния приварных накладных
элементов трубопроводов 113
Выводы по разделу 4. 140
Общие выводы по работе 141
Библиографический список использованной литературы
- Основные факторы нарушения безопасности эксплуатации неф-тепродуктопроводов
- Современные технологии безопасного ведения ремонтно-сварочных работ на действующих трубопроводах
- Исследование термодеформационных процессов при выполнении ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах
- Исследование механических свойств натурных труб длительно эксплуатированных трубопроводов
Введение к работе
Надежность трубопровода во многом предопределяет непрерывность функционирования большинства отраслей народного хозяйства. К сожалению, как показывают статистические данные наблюдается тенденция роста количества аварий на трубопроводах, и в частности нефтепродуктопроводах. В последние годы участились отказы из-за коррозионного износа и усталости металла трубопроводов, несовершенства проектных решений, заводского брака труб, брака строительно-монтажных и ремонтных работ и др. Имеющиеся на стенках трубопроводов различные дефекты, групповые или сплошные коррозионные язвы снижают несущую способность трубопровода и могут привести к отказам. Аварии на трубопроводах, вызванные разрывом стенок труб, происходят относительно редко, однако даже незначительный разрыв стенок трубопровода может нанести огромный ущерб, связанный с загрязнением окружающей среды, возможными взрывами и пожарами, человеческими жертвами, нарушением снабжения потребителей нефтью, газом и нефтепродуктами. Поэтому сохранение работоспособности линейной части трубопроводов является одной из основных проблем трубопроводного транспорта. В этом плане, важное значение имеет своевременное и качественное проведение профилактических и ремонтных мероприятий, направленных на сохранение, восстановление и повышение несущей способности линейной части трубопроводов.
В настоящее время для обеспечения надежной работы трубопровода, имеющего участки с уменьшенной несущей способностью, применяют ряд методов: перекачку продукта производят под давлением ниже проектного, на отдельных участках или по всей длине трубопровода прокладывают лупинги, производят ремонт стенок трубопровода заплавкой коррозионных язв, наваркой накладок, корыт и хомутов. Если коррозионный износ превышает предельную величину, то трубы или их участки вырезают и заменяют на новые. Иногда трубопровод полностью демонтируют, производят тщательную от 5 браковку с целью выявления качественных труб и повторного их использования. Эти методы требуют больших затрат, связанные с остановкой перекачки, опорожнением трубопровода, выходом перекачиваемого продукта на землю и значительной его потерей. Возросшие требования к охране окружающей среды и к методам безопасного ведения ремонтных работ делают эту проблему особенно актуальной.
Наиболее эффективным является восстановление ослабленных стенок трубопроводов без остановки перекачки. В зависимости от вида дефектов и распределения их на поверхности трубопровода могут быть приняты различные методы ремонта. Одним из способов восстановления несущей способности трубопроводов является использование ручной дуговой сварки с соблюдением определенных технологических параметров.
Локальный сварочный нагрев стенки трубопровода, находящегося под давлением перекачиваемого продукта, может привести к уменьшению прочности металла и вызвать его разрушение. Это обстоятельство, несомненно, требует соблюдения определенных технологических приемов и практических рекомендаций по безопасному ведению сварочных работ на трубопроводах.
На основе результатов многочисленных теоретических и экспериментальных исследований сварочных процессов на трубопроводах, находящихся под давлением перекачиваемых сред, в ГУП «ИПТЭР» (А.Г. Гумеров, К.М. Гумеров, Р.С. Зайнуллин, Р.Х. Идрисов, М.Х. Султанов, А.С. Собачкин, К.М. Ямалеев и др.) разработаны соответствующие документы, устанавливающие единые требования к проведению ремонтно-сварочных работ. Тем не менее, на наш взгляд, некоторые технологические параметры ремонтно-сварочных работ в недостаточной степени обоснованы как в теоретическом, так ив экспериментальном аспектах с учетом современных достижений в механике разрушения, теории надежности и прочности трубопроводных систем. То же самое можно сказать по отношению к проблеме определения остаточного ресурса трубопроводов после выполнения ремонтно-сварочных работ. Цель работы - обеспечение безопасности ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах на основе расчетного определения безопасных технологических параметров ремонта и сроков последующей их эксплуатации.
Основные задачи работы:
• установление закономерностей термодеформационных процессов при проведении ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах;
• оценка и повышение трещиностойкости металла труб при проведении ремонта без остановки перекачки;
• оценка влияния механической неоднородности на формирование характеристик безопасного ведения ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах;
• разработка метода оценки остаточного ресурса нефтепродуктопрово-дов после проведения ремонтно-сварочных работ без остановки перекачки продукта.
Научная новизна результатов работы:
- установлены закономерности термодеформационных процессов, происходящих при проведении ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах, позволяющие вскрыть механизмы возможной разгерметизации напряженных труб;
- получены аналитические формулы для расчетной оценки безопасных давлений при ремонте в зависимости от длительности эксплуатации нефте-продуктопроводов, толщины стенки конструктивного элемента в месте устранения дефекта или приварки усилительных элементов (швов, муфт, заплат и др.);
- разработаны методы расчетной оценки безопасного срока эксплуата нефтепродуктопроводов после проведения ремонтно-сварочных работ с использованием коэффициентов несущей способности в условиях циклического нагружения. На защиту выносятся:
• закономерности термодеформационных процессов, происходящих при выполнении ремонтно-сварочных работ на напряженных трубах;
• аналитические формулы для расчета безопасных давлений в зависимости от срока эксплуатации нефтепродуктопроводов и остаточной толщины стенки труб в месте устранения повреждений и приварки накладных элементов;
• методы расчета и повышение остаточного ресурса нефтепродуктопроводов после ремонта.
Практическая ценность. Результаты исследований использованы при разработке регламента и методических рекомендаций по технологии сварочных работ на линейной части магистральных нефтепродуктопроводов под избыточным давлением, согласованных органами Ростехнадзора РФ. Применение этих разработок позволяет производить оценку технологических параметров ремонтно-сварочных работ, обеспечивающих безопасность действующих нефтепродуктопроводов.
Апробация работы. Содержание работы докладывалось и обсуждалось на VI Конгрессе нефтегазопромышленников России (24-27 мая 2005 г.) и научном семинаре отдела № 23 «Механика-механохимического разрушения» ГУП «ИПТЭР» (24 сентября 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе регламент и методические рекомендации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 115 наименований. Она изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы, 77 рисунков.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность академику АН РБ Гумерову А.Г. и д.т.н., профессору Зайнуллину Р.С. за консультации и помощь при выполнении теоретических и экспериментальных исследований, внедрении результатов работы.
Основные факторы нарушения безопасности эксплуатации неф-тепродуктопроводов
В процессе эксплуатации трубопроводов под воздействием рабочих нагрузок, температуры, атмосферных осадков, коррозионно-активных веществ изменяется состояние труб и, как следствие, снижается надежность их работы.
Ошибки проектирования, дефекты, допущенные при производстве строительно-монтажных и ремонтных работ, проявляются в процессе эксплуатации в виде отказов, снижающих эффективность функционирования трубопроводных систем. При рассмотрении причин, приводящих к отказам трубопроводов, важным является тот факт, что значительная часть отказов труб носит случайный характер и непосредственно не связана со свойствами трубы. Отказы, как правило, вызваны наличием скрытых дефектов, которые "активизируются" под воздействием внутренних и внешних факторов.
В зависимости от условий возникновения отказы происходят из-за несовершенства проектных решений, заводского брака труб, брака строительно-монтажных и ремонтных работ, по вине эксплуатационного персонала и по другим причинам.
Концентрация напряжений в окрестности дефектов при эксплуатации, как правило, приводит к образованию усталостных трещин.
На практике нередки случаи, когда разрушения происходят в зоне приварных усилительных элементов. Основными причинами таких разрушений являются концентрация напряжений в зоне усилительных накладных элементов и некачественная приварка заплат, муфт и др.
Относительно часто разрушения трубопроводов по кольцевому сварному шву происходят при капитальном ремонте нефтепроводов или после него из-за подъема или усадки грунта. При этом разрушение происходит в случае, когда сварное соединение изготовлено с отклонением от требований СНиП и других нормативных документов.
Разрушение в этих случаях, как правило, происходит по линии сплавления или по сварному шву.
Подавляющее большинство аварий связано с разрушением металла труб при рабочих давлениях. При этом причинами, как правило, являются грубые дефекты.
Если очаг разрушения находится на продольном сварном соединении, то долом, как правило, заканчивается в основном металле.
Анализ причин разрушения металла труб в действующих нефтепроводах показывает, что разрушение труб в районе очага носит хрупкий характер. На это, прежде всего, указывают отсутствие признаков пластической деформации; тупой угол между кромкой разрушения и поверхностью трубы (порядка 90). При этом структура кромки разрушения зернистая, кристаллическая. Волокнисто составляющая этой структуры составляет, как правило, меньше 50 %.
В результате деформационного охрупчивания и наводораживания, старения иногда поверхность разрушения носит "шевронный" характер, что свидетельствует о хрупком разрушении.
В - ряде случаев. в металле труб магистральных нефтепроводов в процессе эксплуатации возникают и развиваются усталостные трещины. Эти трещины, в основном, инициируются в структурно неоднородных областях металла стенки труб. К таким областям относятся окрестности дефектов, где при эксплуатации происходит (за счет повторно-статических нагружений) микродеформация металла. К ним также относятся границы кристаллических зерен, неметаллических включений и карбидных частиц.
Основным структурным механизмом зарождения усталостных трещин в вышеуказанных областях металла труб, в условиях эксплуатации трубопроводов, является дислокационный механизм.
Кроме того, трещины могут возникнуть из-за различия коэффициентов объемного расширения металла и неметаллических включений вследст виє экструзии и интрузии при пластической деформации зерен.
Характерным разрушением труб является разрушение их по продольному сварному соединению (по линии сплавления или по сварному шву).
Не исключены разрывы по основному металлу, которые происходят из-за наличия развитых дефектов в стенках труб в сочетании с деформационным старением металла. Одним из факторов, приводящих к охрупчиванию стали труб, является деформационное старение при эксплуатации трубопроводов. Для определения зависимости степени охрупчивания металла труб от времени эксплуатации необходимо детальное исследование структурного механизма деформационного старения эксплуатируемых сталей.
Проведены исследования образцов [20, 21, 111-115] трубных сталей с содержанием углерода от 0,1 до 0,2 %, которые эксплуатировались в течение различного срока - от 7 до 30 лет. Образцы размером 500x30x10 мм подвергались повторно-статическому нагружению по схеме "чистый изгиб". Рабочая поверхность образцов шлифовалась, полировалась, протравливалась в 4 %-ном спиртовом растворе Н20 и периодически после определенного количества циклов нагружения подвергалась изучению с помощью металлографического микроскопа НЕОФОТ-21. Другие партии образцов произвольных размеров были соответственно подготовлены для структурных, исследований методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии. С целью сопоставления результатов параллельно исследовались образцы выбранных сталей в исходном состоянии.
Металлографические данные показали, что при повторно-статических нагружениях в кристаллических зернах сталей образуются полосы скольжения после 100 - 200 циклов у состаренных сталей и 150 - 300 циклов — у сталей в исходном состоянии. Полосы скольжения в длительно эксплуатированных (20 - 30 лет) сталях, относительно исходного состояния, образуются в малом количестве на зерне и располагаются на сравнительно большом расстоянии друг от друга.
С увеличением количества циклов нагружения увеличиваются и поло сы скольжения. После 500 - 600 циклов нагружения на полосах скольжения в сталях в исходном состоянии возникали усталостные микротрещины. В сталях, эксплуатированных в течение 20-30 лет, эти трещины возникают уже после 300 - 400 циклов нагружения. Полное разрушение образцов эксплуатированных сталей также происходит раньше, чем образцов из сталей в исходном состоянии.
Современные технологии безопасного ведения ремонтно-сварочных работ на действующих трубопроводах
Дуговая сварка является наиболее эффективным способом ликвидации повреждений стенки действующих трубопроводов. Однако до настоящего времени отсутствовала научно-обоснованная технология ведения сварочных работ при ремонте действующих трубопроводов, находящихся под давлением. Проводимые организации, эксплуатирующими трубопроводы, сварочные работы не гарантировали безопасность сварочных работ и качество сварки. Ряд параметров режимов сварки устанавливались в качественном виде.
Наличие противоречивых результатов исследований предельного со
стояния трубопроводов, находящихся под давлением при сварке на трубопроводах с учетом одностороннего теплоотвода, обусловленного теплопроводностью, и скорости перекачиваемой среды (нефти) сделали необходимым проведение настоящих исследований, которые являлись составной частью научных основ технологии сварочных работ на трубопроводах, находящихся под давлением перекачиваемой среды [21, 38, 39, 105].
В работах [102, 103,105] были решены следующие основные задачи:
1. Получена аналитическая зависимость температурного поля стенки нефтепровода при сварке от теплофизических свойств и скорости перекачиваемой нефти.
2. Установлена зависимость допустимой толщины стенки нефтепровода от внутреннего давления в процессе сварки.
3. Разработана методика расчета вероятности разгерметизации нефтепроводов, находящихся под давлением в процессе сварки.
4. Установлена степень влияния перекачиваемой нефти на качество швов и циклическую долговечность труб, отремонтированных сваркой при ремонте нефтепроводов без остановки перекачки.
В этих работах теоретические и экспериментальные исследования тепловых процессов- при сварке трубопроводов с учетом теплофизических свойств и скорости потока перекачиваемой нефти.
На основе решения (А.С. Собачкин) двухмерной системы неоднородных уравнений теплопроводности при граничных условиях второго и четвертого рода получена формула (А.С. Собачкин) для определения температуры нагрева стенки трубопровода в процессе сварки с учетом теплоотдачи, обусловленной теплопроводностью, и скорости перекачиваемой среды в виде:
Расчеты по выше приведенной методике показывают, что температура стенки нефтепровода уменьшается на 100 градусов с увеличением скорости потока в 5 раз.
Кроме этого, установлено [105], что для ручной дуговой сварки основными параметрами режима являются сварочный ток и напряжение сварочной дуги. Установленные зависимости позволяют ввести новый параметр — время непрерывного горения сварочной дуги. Данный параметр является определяющим, когда производится заварка небольших (диаметром 20 мм) повреждений стенки нефтепровода. Электрод в этом случае почти не движется, и может произойти сквозное проплавление стенки и разгерметизации нефтепровода. Задавая параметры режимов сварки с учетом вида перекачиваемого продукта и условий прочности нефтепровода, находящегося под давлением, можно обеспечить полную безопасность сварочных работ при ремонте нефтепроводов без остановки перекачки.
На основе экспериментальных исследований механизма разгерметизации нефтепровода, находящегося под давлением при сварке, предложена расчетная модель для определения предельной (рабочей) толщины стенки нефтепровода в процессе сварки. Получена линейная зависимость рабочей толщины стенки от давления перекачиваемой среды (нефти) [105].
Разработана программа для расчета с помощью ЭВМ параметров режимов сварки на трубопроводах, находящихся под давлением [103, 105].
Исследования механизма разгерметизации нефтепроводов показали, что, вследствие проплавлення стенки нефтепровода, происходит образование сквозного отверстия диаметром 0,8...1,0 мм независимо от скорости движения электрода и внутреннего давления. Диаметр отверстия определяется размерами пятна максимального нагрева сварочной дуги для данного электрода и способа сварки [105].
По разработанной (А.С. Собачкиным) методике проведен расчет времени непрерывного горения дуги при среднем сварочном токе 155 А и толщине стенки нефтепровода 5-Ю 3 м. Установлено, что при данных параметрах технологии сварочных работ возможно сквозное проплавление стенки нефтепровода, находящегося под давлением с вероятностью МО 6, если время горения дуги равно 7,5 с.
Кроме этого, им показано, что при точном соблюдении условий и параметров технологического процесса сварки на нефтепроводах без остановки перекачки безопасность технологического процесса обеспечивается. Сквозное проплавление стенки нефтепровода и возникновение в связи с этим экстремальной ситуации возможны только при производстве работ с грубым нарушением технологии сварочных работ.
Исследование термодеформационных процессов при выполнении ремонтно-сварочных работ на действующих нефтепродуктопроводах
В результате локального температурного воздействия на металл при выполнении ремонтно-сварочных работ на напряженных трубах в металле происходят термодеформационные процессы, связанные с температурным разупрочнением, динамическим деформационным старением, возникновением термических и остаточных напряжений в металле.
Для большинства конструкционных материалов при нормальной температуре статическая прочность практически не зависит от времени приложения нагрузки. При повышенных температурах, а для некоторых материалов (типа полимеров) даже при нормальной, статическая прочность зависит от длительности нагружения, так как с течением времени могут меняться механические свойства материала, размеры детали и распределение в ней напряжений. Поэтому при высоких температурах определяют не только обычные механические характеристики при кратковременных испытаниях, но и характеристики при продолжительной работе. Прочность материала называют в этом случае длительной прочностью.
Для определения механических свойств образца при продолжительной работе его нагревают в электропечи, установленной на разрывной машине, нагружают и отмечают время до разрушения tp. Чем выше напряжение, тем быстрее разрушается образец.
Напряжение, при котором образец разрушается не ранее заданного времени, называют пределом длительной прочности одл. Обозначение 33m = 250 МПа указывает, что при напряжении 250 МПа образец разрушается не менее чем через 300 ч. Предел длительной прочности всегда ниже предела прочности при кратковременном испытании.
Зависимость предела длительной прочности одл от времени при постоянной температуре t называют кривой длительной прочности. В двойных логарифмических координатах эта зависимость в определенных пределах имеет вид прямой линии: lStpi -lgtpx =tga(lgcTMlg(Tdjl2) или Z\tp\ =litpi= С = const, где m, tg, а и С — постоянные для данной температуры испытания. Чем выше температура, тем меньше показатель степени m и тем быстрее убывает по времени предел длительной прочности.
Размеры нагруженных при высокой температуре деталей с течением времени непрерывно меняются, что может нарушить работу машины. Это явление называют ползучестью. При испытании на ползучесть к нагретому образцу прикладывают постоянную нагрузку и через определенные промежутки времени измеряют удлинение образца. Зависимость остаточной деформации от времени испытаний при постоянном напряжении и постоянной температуре называют кривой ползучести (рисунок. 2.1). зучесть), наконец, перед разрушением образца скорость ползучести быстро нарастает (III - стадия). Чем выше напряжение и температура, тем быстрее развивается ползучесть.
Наибольшее напряжение, при котором деформация ползучести за определенный период времени не превышает заданного значения, называют пределом ползучести (обозначение o"o,2/ioo = 150 МПа указывает, что при напряжении 150 МПа ползучесть за 100 ч вызывает относительное остаточное удлинение 0,2%).
В соответствии с частное от деления предела длительной прочности а 5 и коэффициента запаса прочности пд(пд =1,5) определяются в соответствии с таблицей 2.1.ГОСТ 14249-80 допустимые напряжения [а], представляющие собой
На основании этих данных можно оценить температурный коэффициент снижения несущей способности фр в (фрв =[ст]1 /[СУ] ), где [а] — допустимое напряжение при данной температуре А а [а]20 - допустимое напряжение при нормальной температуре (20 С): ф(0-1-2т«1, (2.1) где q - константа (q 2,3); Т = Т/500С; Т - средняя температура металла. Аналогично можно найти температурный коэффициент снижения несущей способности по модулю упругости: Ф(рЕ) = 1/Т , (2.2) где Т = Т/293 К, где Т — средняя температура металла К.
Распределение температуры в окрестности сварочной дуги существенно зависит от погонной энергии сварки, толщины конструктивного элемента, скорости потока жидкости в ремонтируемой трубе. Эти вопросы подробно освещены в работе [39]. Вкратце проведем анализ результатов этой работы.
На рисунке 2.2 показана зависимость температуры Tmax s от скорости сварки и при различных коэффициентах теплопередачи а. С увеличением скорости сварки Tmax s уменьшается, особенно сильно при малых значениях а.
На рисунке 2.3 показана (в логарифмическом масштабе) обобщенная зависимость максимальных температур от координаты z (по толщине) при различных безразмерных параметрах S = 0; 0,2 и А = 1; 0,9; 0,8. При заданных значениях мощности источника Q3, скорости сварки и толщине s по этому графику можно определить такие важные величины, как глубина провара, глубина зоны термического влияния.
Исследование механических свойств натурных труб длительно эксплуатированных трубопроводов
На основании указанных закономерностей нами произведена оценка динамики изменения механических характеристик металла в процессе их эксплуатации и, тем самым, установлена целесообразность и эффективность существующих методов учета старения при оценке ресурса.
Большой практический интерес представляет оценка изменения параметра несущей способности R при эксплуатации трубопроводов. Причем в качестве параметра несущей способности R может служить любая механическая характеристика стали. В соответствии с нормами расчетов трубопроводов на прочность (СНиП 2.05.06-85 ) в качестве R выступают предел текучести сгт и прочности ав, предопределяющие их металлоемкость. Другие механические характеристики (относительное удлинение Зи сужение у/, ударная вязкость КС и др.) не являются расчетными, хотя и оказывают значительное влияние на параметр R. На некоторые из них (S, КС) и отношение сгр/(тв СНиП 2.05.06-85 накладывает определенные ограничения. Необходимо отметить, что уровень кольцевых рабочих напряжений в основных трубопроводах по СНиП 2.05.06-85 близок к пределу усталости а.\ (сг.«0,4-ав). При этом степень циклической поврежденности металла, даже после 100 лет эксплуатации трубопровода, составит менее одного процента. Другими словами, основная масса металла трубопроводов должна сохранять свои исходные механические характеристики в период длительной эксплуатации, превышающий на несколько порядков их амортизационный срок. При оценке степени старения металла труб следует учитывать масштабный фактор и явление технологической наследственности (технологического передела) при производстве труб. Влияние масштабного фактора на механические характеристики основного металла труб, в основном, определяются разбросом химического состава и геометрических параметров по длине трубопровода и периметру труб. Поэтому масштабный фактор нередко может перекрыть все ожидания при изучении динамики изменения свойств металла, в особенности вязко-пластических, предопределяющих характеристики безопасности труб в жестких условиях эксплуатации.
Роль технологической наследственности в формировании и изменении параметра R необходимо связывать с эффектом деформационного охрупчи-вания и старения.
Эффект деформационного охрупчивания в физической сущности достаточно прост и оценивается разницей величин исходной пластичности (например относительного удлинения sn степени пластической деформации }) (рисунок 3.3). при этом диаграмма растяжения сужается и проходит по кривой о а с. таким образом, деформационное охрупчивание снимает запас пластичности, повышает предел текучести сгт и отношение предела текучести От и прочности тв ( п сгр/сгв). При этом предел прочности стали не изменяется, т.е. crBD =сгв- Указанные закономерности изменения свойств стали после деформационного старения поддаются адекватной количественной оценке, например в случае аппроксимации диаграммы растяжения степенной функции о=С ё , где Сип- константы прочности и упрочнения стали. В дальнейшем для оценки деформационного охрупчивания введен параметр Do, представляющий отношение приращения какой-либо механической характеристики к ее исходной величине.
В отличие от деформационного охрупчивания, деформационное старение проявляется после вылёживания (эксплуатации) предварительно пластически деформированного металла и связано со сложными кинетическими и термоактивируемыми процессами взаимодействия примесных атомов и све-женаведёнными пластической деформацией дислокациями. Поэтому здесь становятся важными, кроме степени пластической деформации єп, время тс и температура Тс старения и др. Необходимо отметить, что величина упругого напряжения (сг0« 0,7сгт) при вылёживании образцов при искусственном и естественном старении (тс 1 года) не сказывается на степени деформационного старения. При этом диаграмма растяжения дополнительно сужается и приподнимается (см. кривую О А Ъ" на рисунке 3.3). Это является дополнительным подтверждением того, что основной металл труб при упругих напряжениях не подвергается деструктивным изменениям. Установлено, что деформационное старение сравнительно быстро насыщается и практически полностью затормаживается при некотором критическом времени старения Тс—Тскр, достигая некоторой предельной величины Dc DCKp (здесь Dc- аналог коэффициента D0). В условиях естественного старения (ГС=+20С) для низкоуглеродистых и низколегированных сталей тскря0,5+\ год. Повышение температуры старения (эксплуатации) сокращает гСАр. Следовательно, изменение свойств металла труб (из-за деформационного старения) может полностью произойти еще до момента пуска трубопровода в эксплуатацию. При этом необходимо учитывать, что источниками дислокаций в металле труб могут быть пластические деформации, возникающие при транспортировке, монтаже и эксплуатации труб. К примеру, при производстве труб холодным формообразованием листового проката на вальцах Бо&5/Д\8 к Д— толщина и диаметр труб). Следовательно є0 « 1ч-2%.
