ВЛИЯНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И ТЕКСТУРЫ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
|
Актуальность темы. Замена угля и нефти как основных первичных источников энергии на природный газ привела к интенсивному поиску запасов, которые, как правило, расположены вдали от индустриальных регионов с большим потенциалом потребления. Необходимость повышения экономической эффективности транспортировки газа на рынки сбыта инициирует активные исследования крупных энергетических компаний. Одним из наиболее перспективных направлений является строительство газопроводов высокого давления.
При производстве листа, используемого для формовки современных высокопрочных газопроводных труб, применяется контролируемая термомеханическая обработка (TMCP - Thermo-Mechanical Controlled Processing), сочетающая в себе контролируемую прокатку и последующее контролируемое охлаждение. Несмотря на значительные технические сложности изготовления высокопрочных труб (практически на пределе существующих технологических возможностей металлургического производства), в последние десятилетия ведущим мировым производителям штрипса и труб удается обеспечивать необходимый высокий уровень основных характеристик (прочность, вязкость, свариваемость и др.) при увеличении толщин стенок и без изменения общего содержания легирующих и микролегирующих элементов. Это создает основу для повышения рабочих давлений в новых газопроводах традиционных классов прочности K60 (X70) и применения новых, более высоких классов прочности К65 (X80) и выше.
Одним из последних уникальных проектов является газопровод Бованенково-Ухта, предназначенный для транспортировки газа с месторождений на п-ове Ямал. Беспрецедентно высокое рабочее давление (11,8 МПа) обусловило необходимость использования труб класса прочности K65(X80) с толщиной стенки до 33,4 мм.
Стали для газопроводов нового поколения должны обладать не только высокой прочностью, но и рядом других свойств, важнейшим из которых является способность материала трубы останавливать протяженное вязкое разрушение - трещиностойкость, которая контролируется за счет управления параметрами микроструктуры.
Целью работы является установление характеристик микроструктуры и текстуры современных сталей для магистральных газопроводов с пределом текучести 485 МПа и выше, определяющих комплекс их механических и эксплуатационных свойств, включая способность противостоять протяженным разрушениям.
Научная новизна:
• Определены характеристики градиента микроструктуры и текстуры по толщине стенки трубы в промышленных партиях труб K65(X80);
• Установлено, что типичная вторичная мода разрушения при вязком протяженном распространении трещины в газопроводе из современных высокопрочных сталей обусловлена сколом по плоскостям {001};
• Показано, что пониженная трещиностойкость трубных сталей типа X80 связана не столько с высокой интенсивностью компоненты текстуры {001}<110>, а, главным образом, с размером и формой участков с такой ориентировкой;
• Предложен количественный метод оценки неравноосности микроструктурных составляющих. Экспериментально обосновано, что для достижения необходимого для остановки магистральной трещины уровня трещиностойкости в сталях категории прочности К65 (X80) параметр неравноосности не должен превышать 3,5.
Практическая значимость:
Полученные данные использованы при формировании технических требований к листовому прокату для производства прямошовных труб диаметром 1420 мм класса прочности К65(Х80) с гарантированным сопротивлением протяженному вязкому разрушению на ОАО «Волжкий трубный завод».
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты.
1. Характеристики анизотропии механических свойств современных высокопрочных низколегированных сталей после термомеханической обработки.
2. Особенности формирования микроструктуры, текстуры и механических свойств в процессе термомеханической обработки современных высокопрочных сталей для магистральных газопроводов.
3. Влияние особенностей микроструктуры и текстуры материала газопроводных труб класса прочности К65(Х80) на их способность противостоять распространению протяженного вязкого разрушения, определенную при полноразмерных пневматических испытаниях.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и обсуждены на VIII Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых; на IV-ой и V-ой Евразийских научно-практических конференциях «Прочность неоднородных структур ПРОСТ 2008»; на Международной конференции Pipeline Technology 2009, Ostend, Belgium, October 12-14, 2009; на Международной конференции «Трубы-2010», Челябинск, 2010; на Второй международной конференции «Super-High Strength Steels». 17-20 October 2010, Verona, Italy.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 11 печатных работ, отражающих основное содержание диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, 6-ти общих выводов по работе, библиографического списка из 101 наименования; изложена на 130 страницах, включает 61 рисунок, 16 таблиц.
Автор выражает благодарность коллективам ОАО «РосНИТИ» и кафедры термообработки и физики металлов УрФУ, а также всем сотрудникам кафедры материаловедения Гентского университета (Бельгия) и отдельно профессорам Лео Кестенсу и Румену Петрову за помощь в организации работы и конструктивную критику.
При производстве листа, используемого для формовки современных высокопрочных газопроводных труб, применяется контролируемая термомеханическая обработка (TMCP - Thermo-Mechanical Controlled Processing), сочетающая в себе контролируемую прокатку и последующее контролируемое охлаждение. Несмотря на значительные технические сложности изготовления высокопрочных труб (практически на пределе существующих технологических возможностей металлургического производства), в последние десятилетия ведущим мировым производителям штрипса и труб удается обеспечивать необходимый высокий уровень основных характеристик (прочность, вязкость, свариваемость и др.) при увеличении толщин стенок и без изменения общего содержания легирующих и микролегирующих элементов. Это создает основу для повышения рабочих давлений в новых газопроводах традиционных классов прочности K60 (X70) и применения новых, более высоких классов прочности К65 (X80) и выше.
Одним из последних уникальных проектов является газопровод Бованенково-Ухта, предназначенный для транспортировки газа с месторождений на п-ове Ямал. Беспрецедентно высокое рабочее давление (11,8 МПа) обусловило необходимость использования труб класса прочности K65(X80) с толщиной стенки до 33,4 мм.
Стали для газопроводов нового поколения должны обладать не только высокой прочностью, но и рядом других свойств, важнейшим из которых является способность материала трубы останавливать протяженное вязкое разрушение - трещиностойкость, которая контролируется за счет управления параметрами микроструктуры.
Целью работы является установление характеристик микроструктуры и текстуры современных сталей для магистральных газопроводов с пределом текучести 485 МПа и выше, определяющих комплекс их механических и эксплуатационных свойств, включая способность противостоять протяженным разрушениям.
Научная новизна:
• Определены характеристики градиента микроструктуры и текстуры по толщине стенки трубы в промышленных партиях труб K65(X80);
• Установлено, что типичная вторичная мода разрушения при вязком протяженном распространении трещины в газопроводе из современных высокопрочных сталей обусловлена сколом по плоскостям {001};
• Показано, что пониженная трещиностойкость трубных сталей типа X80 связана не столько с высокой интенсивностью компоненты текстуры {001}<110>, а, главным образом, с размером и формой участков с такой ориентировкой;
• Предложен количественный метод оценки неравноосности микроструктурных составляющих. Экспериментально обосновано, что для достижения необходимого для остановки магистральной трещины уровня трещиностойкости в сталях категории прочности К65 (X80) параметр неравноосности не должен превышать 3,5.
Практическая значимость:
Полученные данные использованы при формировании технических требований к листовому прокату для производства прямошовных труб диаметром 1420 мм класса прочности К65(Х80) с гарантированным сопротивлением протяженному вязкому разрушению на ОАО «Волжкий трубный завод».
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты.
1. Характеристики анизотропии механических свойств современных высокопрочных низколегированных сталей после термомеханической обработки.
2. Особенности формирования микроструктуры, текстуры и механических свойств в процессе термомеханической обработки современных высокопрочных сталей для магистральных газопроводов.
3. Влияние особенностей микроструктуры и текстуры материала газопроводных труб класса прочности К65(Х80) на их способность противостоять распространению протяженного вязкого разрушения, определенную при полноразмерных пневматических испытаниях.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и обсуждены на VIII Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых; на IV-ой и V-ой Евразийских научно-практических конференциях «Прочность неоднородных структур ПРОСТ 2008»; на Международной конференции Pipeline Technology 2009, Ostend, Belgium, October 12-14, 2009; на Международной конференции «Трубы-2010», Челябинск, 2010; на Второй международной конференции «Super-High Strength Steels». 17-20 October 2010, Verona, Italy.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 11 печатных работ, отражающих основное содержание диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, 6-ти общих выводов по работе, библиографического списка из 101 наименования; изложена на 130 страницах, включает 61 рисунок, 16 таблиц.
Автор выражает благодарность коллективам ОАО «РосНИТИ» и кафедры термообработки и физики металлов УрФУ, а также всем сотрудникам кафедры материаловедения Гентского университета (Бельгия) и отдельно профессорам Лео Кестенсу и Румену Петрову за помощь в организации работы и конструктивную критику.
1. Для всех исследованных сталей, подвергнутых термомеханической контролируемой обработке характерна существенная анизотропия прочностных свойств с минимумом значений под углами 22,5° и 45° к направлению прокатки. Сталь с полосчатой феррито-перлитной структурой обладает более ярко выраженной анизотропией предела текучести и временного сопротивления и более острой текстурой по сравнению со сталью с однородной микроструктурой игольчатого феррита;
2. Компонента {001}<110>, присутствующая в значительной мере в текстуре стали после термомеханической контролируемой обработки, обеспечивает преимущественное расположение плоскостей скола {001} под углом 45° к направлению прокатки, что может являться причиной падения ударной вязкости в этом направлении, наблюдающегося при смешанном вязко-хрупком характере разрушения;
3. Понижение температуры деформации в интервале (Лгз;Тпг) ведет к более четкому наследованию структуры деформированного аустенита. Это является следствием замедления процессов динамического возврата в аустените при пониженных температурах, что в свою очередь обеспечивает большее количество мест зарождения а-фазы. Низкие температуры прокатки в аустенитной области ведут к высокой степени вытянутости микроструктуры, повышению содержания текстурной компоненты {001}<110> и повышению интенсивности расщеплений;
4. Большинство рассмотренных промышленных партий труб из стали класса прочности К65(Х80) обладает ярко выраженным градиентом параметров микроструктуры и текстуры по толщине листа, что является следствием наличия градиента температуры и скорости охлаждения при прокатке и последующем охлаждении;
5. Преимущественное расположение плоскостей скола параллельно плоскости прокатки листа не обязательно ведет к высокой интенсивности расщеплений, снижающих энергоемкость разрушения;
6. Повышенная склонность к расщеплению в сталях К65(Х80) определяется высокой степенью неравноосности микроструктуры, сопряженной с наличием протяженных областей с ориентировкой {001}<110>.
2. Компонента {001}<110>, присутствующая в значительной мере в текстуре стали после термомеханической контролируемой обработки, обеспечивает преимущественное расположение плоскостей скола {001} под углом 45° к направлению прокатки, что может являться причиной падения ударной вязкости в этом направлении, наблюдающегося при смешанном вязко-хрупком характере разрушения;
3. Понижение температуры деформации в интервале (Лгз;Тпг) ведет к более четкому наследованию структуры деформированного аустенита. Это является следствием замедления процессов динамического возврата в аустените при пониженных температурах, что в свою очередь обеспечивает большее количество мест зарождения а-фазы. Низкие температуры прокатки в аустенитной области ведут к высокой степени вытянутости микроструктуры, повышению содержания текстурной компоненты {001}<110> и повышению интенсивности расщеплений;
4. Большинство рассмотренных промышленных партий труб из стали класса прочности К65(Х80) обладает ярко выраженным градиентом параметров микроструктуры и текстуры по толщине листа, что является следствием наличия градиента температуры и скорости охлаждения при прокатке и последующем охлаждении;
5. Преимущественное расположение плоскостей скола параллельно плоскости прокатки листа не обязательно ведет к высокой интенсивности расщеплений, снижающих энергоемкость разрушения;
6. Повышенная склонность к расщеплению в сталях К65(Х80) определяется высокой степенью неравноосности микроструктуры, сопряженной с наличием протяженных областей с ориентировкой {001}<110>.
Подобные работы
- ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕКСТУРЫ В СТАЛЬНЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБАХ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Магистерская диссертация, металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2018 - ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОСТИ СТАЛЕЙ ТИПА 06Г2Б С УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ ФЕРРИТО-БЕЙНИТНО/МАРТЕНСИТНОЙ СТРУКТУРОЙ
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4210 р. Год сдачи: 2016