УСТАНОВОЧНАЯ ЛЕКЦИЯ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ ГНП

(4 курс-заочники;10 часов – 4+4+2)

Дисциплина – ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ И ТРУБОПРОВОДНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1-контрольная работа, 1-лабораторная работа (Пластмассы, механические свойства металлов).

1. Технология металлов была пройдена на втором курсе.

Дисциплина включала: основы металлургического производства; производство чугуна и стали, литейное производство, обработка давлением, сварочное производство, обработка резанием.

Дисциплина: ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ И ТРУБОПРОВОДНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ изучает, как использовать эти технологии к производству трубопроводно-строительных конструкций и в первую очередь труб. Поскольку в нефтегазовой промышленности 80% всех труб изготавливают из стали то мы в первую очередь уделим внимание именно сталям и технологиям изготовления стальных труб. Затем по значимости чугунным, алюминиевым, пластмассовым и т.д.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТРУБАМ

Газонефтепроводы – это ответственные сооружения, к которым относятся магистральные трубопроводы всех категорий, а также газовые нефтяные ответвления от них (шлейфы) и коллекторы; трубопроводы компрессорных и нефтеперекачиваю­щих насосных станций и т.д.

Давление в газонефтепроводах диаметром до 426 мм может дохо­дить до 32 МПа, а в трубопроводах диаметром от 530 мм и выше — до 10 МПа.

От внутреннего давления в металле трубы возникают рабочие напряжения, которые суммируются с дополнительными, связанными со строительством и эксплуатацией.

Особенно усложняется напряженное состояние трубопровода при его строитель­стве и эксплуатации в условиях Крайнего Севера при температуре до ми­нус 50-60°С, которые увеличивают склонность металла труб к хрупкому раз­рушению из-за явления хладноломкости.

Способность металла трубы принимать различные нагрузки без разрушения называется несущей способностью трубопровода. На несущую способность трубопроводов большое влияние оказывают:

металлургические факторы, (ликвация, расслое­ния, газовые пузыри, неметаллические включения, полосчатость, пле­ны);

технологические факторы, связанные с технологическим процессом формования труб из заготовок (локальные деформации, наклеп), приводящие к изменению механических свойств металла;

строительные факторы, связанные с нарушением технологического процесса сварки и укладки трубопроводов. При транспортировке труб и их многократной переброске (выгрузка и погрузка на трубовозы, сбор­ка на стеллажах, сварка и последующая погрузка, и разгрузка на трассе) на поверхности труб образуется большое число мелких и крупных ри­сок, задиров и вмятин. При неправильном подъеме сваренного трубо­провода могут образоваться местные вмятины, переломы в местах рас­положения на трубе захватов и т.д.

Для обеспечения высокой несущей способности трубопроводов к трубам для газонефтепроводов предъявляют комплекс технических тре­бований: по механическим свойствам, химическому составу, технологи­ческим свойствам, точности размеров, качеству поверхности и прочности при гидравлическом испытании. При этом сталь должна быть недефицит­ной и обладать невысокой стоимостью, так как стоимость стали составляет значительную часть стоимости газонефтепроводов.

Марки стали для газонефтепроводов назначают от их диаметров и температурных условий монтажа и эксплуатации.

По диаметру газонефтепроводов трубы условно подразделяются на трубы малых ≤530 мм, средних 530, 720, 820 и больших диаметров – 1020,1220, 1420 мм. В зависимости от минимальных температур строительства и эксплуатации трубы изготавливают в обычном и северном исполнении (добавляют упрочняющую т/о, предусматривают многослойную трубу, шлаковый переплав и т.д).

Механические свойства трубной стали характеризуются гарантиро­ванными показателями прочности – σ_в и σ_т, пластичности - δ, определяемыми при испытании на растяжение, а также ударной вяз­костью, по которой оценивают склонность, стали к хрупкому разруше­нию. Последнее приобретает большое значение на строительстве газо­нефтепроводов в северных условиях.

Трубы изготавливают из стали, имеющей отношение σ_т/σ_в не более: 0,75 для углеродистой стали; 0,8 для низколегированной нормализован­ной стали; 0,85 для дисперсионно-твердеющей нормализованной и тер­мически упрочненной стали; 0,9 для стали контролируемой прокатки.

В зависимости от механических свойств, сталь для газонефтепроводов подразделяют по временному сопротивлению на классы прочности: К34, К38, К42, К50, К52, К55, К60.Бесшовные горячекатаные трубы изготавливают из углеродистой конструкционной качественной стали марок 10,15, 20 (для обычных условий), по классам прочности К34, К38, К42 или из низколегированной стали, для северных условий марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2 по классам прочности К50.

Электросварные прямошовные трубы Ф≤530 мм изготавливают из углеродистой стали обыкновенного качества ст3сп, ст4сп, ст2сп, а также качественной стали 10 и 20.

Для труб Ф530 – 1420 мм применяется низколегированная сталь повышенной и высокой прочности.

Спиральношовные трубы изготавливают из низколегированных сталей марки 17Г1С, или 17Г27Ф, 09Г2ФБ, Ф820, 1020и 1220 мм по К60и 17Г1С-у Ф1420 мм с К65 для северных условий. Обечаечные трубы изготавливают из горячекатаной рулонной стали марки 09Г2СФ.

Для трубной стали га­рантируют: ударную вязкость KCU на образцах типа Менаже с полукруглым концентратом U, ударную вязкость KCV на образцах типа Шарпи с острым концентратом V и процент волокна в изломе на образцах ДВТТ при минималь­ной температуре эксплуатации (до -60С). При изменении толщины стенки труб в пределах 6-45мм KCU находится в пределах от 29 до 49 Дж/см². При изменении диаметра труб от 500-1400мм KCV изменяется от 24 до 108 Дж/см², а процент волокна от 50 до 85%.

Химический состав стали бесшовных горячекатаных труб, определя­ют на специально отобранных пробах.

У сварных труб химический состав стали допускается при­нимать по сертификату завода-изготовителя листовой стали, из которой выполнены трубы.

Для изготовления бесшовных горячекатаных и сварных труб диа­метром не более 426 мм применяют углеродистые стали обычной проч­ности, для изготовления сварных труб диаметром 530, 720 и 820 мм — низколегированные стали повышенной прочности, для изготовления сварных труб диаметром 1020, 1220 и 1420 мм — низколегированные стали высокой прочности в термически- или термомеханически упрочнен­ном (контролируемая прокатка) состоянии.

Технологические свойства характеризуют способность трубной стали выдерживать различные воздействия при изготовлении труб на заводе, а также при монтажно-сварочных операциях трубопроводов на трассе без существенного нарушения исходных механических и других рабочих свойств. К технологическим свойствам труб относят, прежде всего, их способность к пластической деформации и свариваемость.

Для сварных труб технологическое испытание проводят на изгиб на образцах, вырезанных из листов и полос, идущих на изготовление труб. Образцы подвергают испытанию на изгиб в холодном состоянии. Бесшовные горячекатаные, а также сварные трубы малого диаметра испытывают в холодном состоя­нии обычно на раздачу, сплющивание, изгиб и бортование по соответст­вующим стандартам. ЗАКОНЧИТЬ

Прочность труб при гидравлическом испытании. Гидравлическому испытанию подвергают каждую трубу, предназначенную для сооружения газонефтепроводов.

Заводское испытательное давление не должно превышать определяе­мого по формуле

P = 200Rs /D_вн

где s — минимальная толщина стенки трубы (за вычетом минусового до-пуска); R — расчетное напряжение (R = 0,95σ_т); D_вн — внутренний диаметр трубы.

Трубы подвергают гидравлическому испытанию под давлением р не менее 20с. В процессе испытания трубу обстукивают. Труба считается выдержавшей испытание, если при этом не будет обнаружено течи или остаточной деформации, превышающей пределы допускаемых отклонений по диаметру труб.

Углеродистые качественные стали

Содержат меньше, чем у сталей обыкновенно­го качества, вредных примесей и неметаллических включе­ний. Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (табл. 9.3).

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп».

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойства­ми.

Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на две под­группы.

1. Малопрочные и высокопластичные стали 08, 10. Из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки различных изделий. В горячекатаном состоянии эти ста­ли используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изгота­вливаемых холодной деформацией и сваркой.

2. Цементуемые — стали 15, 20, 25. Предназначены они для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Эти стали применяют также для изготовления бесшовных горячекатаных труб диаметром до 500 мм для газонефтепроводов.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 отличаются боль­шей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые (см. табл.)

После улучшения стали применяют для изготовления деталей неболь­шого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубча­тые колеса, маховики, оси и т.п.).

Для изготовления более крупных деталей, работающих при циклических и контактных нагрузках, используют, стали 40, 45, 50.

Легированные стали

Легированными называются, стали, в которые кроме железа и углерода вводят легирующие добавки для придания сталям специальных свойств.

Легированные стали производят и поставляют качественными, высо­кокачественными и особовысококачественными.

Маркировка легированных сталей

Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обо­значающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром — X, никель — Н, марганец — Г, кремний — С, молибден — М, вольфрам — В, титан — Т, ванадий — Ф, алюминий — Ю, медь — Д, ниобий — Б, бор — Р, кобальт — К. Число, стоящее после буквы, указы­вает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1 %.

Число в начале марки конструкционной легированной стали пока­зывает содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20ХНЗА в среднем содержит 0,20 % С, 1 % Сг и 3 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали (например, после электрошлакового переплава) имеют в конце марки букву Ш, например ЗОХГС-Ш.

Легированные стали делятся на низколегированные (с сод. до 2,5% лег. элементов), среднелегированные от 2,5 до 10% лег, элементов, высоколегированные – боле 10 % лег. элементов.

Низколегированные строительные стали

Общая характеристика

Эту группа сталей предназначается для изготовления резервуаров, газгольдеров, газонефтепроводов и т.д. Ста­ли должны обладать достаточной прочностью и пластичностью, малой склонностью к хрупким разрушениям, хорошей технологичностью (сва­риваемостью, способностью к деформации правке и. т.п.) и хладостойкостью.

Основными характеристиками металлоконструкций яв­ляются временное сопротивление и предел текучести.

Низколегированные стали содержат до 0,2%С, 2-3% легирующих элементов (Si, Mn) и микродобавки V, Nb, Ti, Al, N. Стали используют в основном в горячекатаном состоянии с ферритно-перлитной структурой.

Низколегированные строительные стали разделяют на стали по­вышенной прочности (σ_т ≥285 МПа) и высокопрочные стали (σ_т ≥440 МПа). Использование этих сталей вместо углеродистой СтЗ (сталь нормальной прочности σ_т ≥ 234 МПа) обеспечивает повышение предела текучести в 1,3 - 1,8 раза. Благодаря этому достигается снижение массы металлоконструкции и сокращение расхода металла на 30 - 50 %. Низкий порог хладноломкости (от -70 до -40 °С) этих сталей дает возможность использовать их в районах с низкими климатическими температурами (в Сибири, на Крайнем Севере), где из-за хладноломкости, не применимы углеродистые стали.