Ю.С. Ткаченко

ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

И ТРУБОПРОВОДОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Часть 1

Учебное пособие

Воронеж 2007

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Ю.С. Ткаченко

ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

И ТРУБОПРОВОДОСТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Часть 1

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2007

УДК 621.643:622.69

Ткаченко Ю.С. Технология металлов и трубопроводостроительных материалов: учебное пособие // Ю.С. Ткаченко Воронеж: «ГОУВПО Воронежский государственный технический университет», 2007 с. Ч.1 111с.

В первой части учебного пособия представлены разделы курса «Технология металлов и трубопроводостроительных материалов», включающие вопросы по работоспособности металлов труб газонефтепроводов и методам оценки сопротивления металла труб разрушению, сталям для труб магистральных газонефтепроводов, конструкциям и методам изготовления труб для газонефтепроводов.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» дисциплине «Технология металлов и трубопроводостроительных материалов».

Пособие предназначено студентам естественно-технического профиля очной и заочной форма обучения, изучающих указанную дисциплину, а также может использоваться при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде

в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле ТМ и ТСМ Ч1.doc.

Табл. 12. Ил. 17. Библиогр.: 9 назв.

Научный редактор профессор В.М. Пачевский

Рецензенты: кафедра нефтегазового оборудования и транспортировки Воронежского государственного технического университета (зам. зав. кафедрой д-р. техн. наук, проф. Ю.А. Булыгин);

д-р. техн. наук, проф. Ю.А. Василенко

©Ткаченко Ю.С.,2007

© Оформление. «ГОУВПО Воронежский государственный технический университет», 2007

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение объема добычи и транспортировки нефти и газа по трубопроводам, систематическое повышение мощности сооружаемых газонефтепроводов, рост их протяженности определяют большую металлоемкость нефтяной и газовой промышленности, которая ежегодно расходует несколько миллионов тонн стали, в основном в виде труб. Необходимость стабильного обеспечения промышленности сырьем и топливом и жесткие требования к обеспечению работоспособности трубопроводов определили не только большой расход металла для производства труб, но и применение для этой цели сталей с весьма высокими свойствами. Ежегодная потребность стали только для производства труб большого диаметра составляет примерно 3 млн. т. В связи с этим при разработке стали для труб наряду с требованием высокой надежности в эксплуатации стоит вопрос обеспечения минимальной их стоимости при высокой прочности, вязкости и хладостойкости, т. е. максимального снижения металлоемкости газонефтепроводов.

За короткий срок диаметр применяемых труб повысился с 325—520 мм (на одних из первых газопроводах Саратов — Москва, Дашава — Киев — Брянск—Москва) до 1220—1420 мм на современных газонефтепроводах. Резко возросли требования к прочности трубной стали (с 480—500 до 600—700 МПа) при одновременном повышении ее вязкости и свариваемости в полевых условиях. Требования к ударной вязкости металла труб с факультативных значений 0,3 МДж/м² на стандартных образцах с круглым надрезом (Менаже) повысились до 0,8— 1,2 МДж/м² на образцах с острым надрезом (Шарпи). Все это вызвало интенсивное развитие научных исследований в металлургической и трубной отраслях промышленности.

Решить поставленные задачи на базе обычных низколегированных нормализованных сталей уже не представлялось возможным, так как при таком производстве повышение прочности стали неизбежно приводит к снижению ее вязкости и ухудшению свариваемости.

За последние 15-20 лет было организовано производство нового типа малоперлитных или бесперлитных сталей, получаемых методом контролируемой прокатки. Высокие свойства этого типа сталей достигаются при минимальном легировании (микролегирование карбонитридными элементами) за счет максимального измельчения её структуры при прокатке и контролируемом охлаждении. Повышение пластичности и вязкости стали обеспечивается благодаря формированию однородной структуры и субструктуры, пониженному содержанию вредных примесей и неметаллических включений, снижению уровня локальных внутренних напряжений. Успех металлургов в этой области можно показать на примере снижения содержания серы в металле—с 0,04 до 0,002—0,006%, балла зерна —с 7—8 номера до 12—14. Физический смысл нового типа стали для труб состоит в формировании возможно более однородной и дисперсной структуры. Такой тип стали может быть получен путем применения различных режимов контролируемой прокатки или термического улучшения. Указанные вопросы будут рассмотрены в настоящей книге.

Рост мощности трубопроводов и снижение температуры перекачки газа вызвали необходимость разработки новых кон­струкций труб и новой технологии их производства, появились многослойные трубы из витых обечаек, двухслойные спиралешовные, бесшовные трубы из полых заготовок, получаемые методом непрерывной разливки и др.

На данном этапе стоит задача не только продолжать сооружение мощных и сверхмощных газонефтепроводов, но и строить широкую сеть некрупных продуктопроводов, а также развитую систему промысловых, сборных сетей различных диаметров и давлений вплоть до высоких (Порядка 12—35 МПа). Следовательно, в зависимости от рабочих параметров газонефтепроводов и промысловых сетей должны выпускаться типы труб, различающиеся как по диаметру и конструкции, так и, главное, по типу стали. Классификация труб в настоящее время в значительной степени уже определилась. Вот примерная схематическая спецификация типов труб и сталей для газонефтепроводов, которые будут рассмотрены в данном пособии;

для трубопроводов диаметром менее 500 мм применяют бесшовные и сварные трубы из простых углеродистых горячекатаных и термоупрочненных сталей; отдельно стоит вопрос о трубах указанного диаметра, но рассчитанных на работу под давлением 10—35 МПа;

для трубопроводов 500—1020 мм используют сварные трубы из простых низколегированных сталей типа 17Г1С в горячекатаном, нормализованном или термоупрочненном состоянии;

для трубопроводов диаметром 1020—1420 мм, предназначенных для работы под высоким давлением, применяют сварные трубы из сталей контролируемой прокатки и низколегированной термоупрочненой стали, а также трубы специальных конструкций.

Трубы — главный конструктивный элемент любых трубопроводов. Их качество, свойства металла и сварных соединений в значительной степени определяют возможные отказы, остановки и аварии на газонефтепроводах, а также размеры и последствия отказов и аварий.

Предметом курса «Технология металлов и трубопроводно строительные материалы» являются современные рациональные и распространенным в промышленности прогрессивные методы форма образования заготовок детали машин методами литья и пластического деформирования; технологические процессы изготовления деталей машин; классификация способов и основы технологии сварки и пайки, в том числе трубопроводостроительных материалов; факторы, влияющие на показатели качества и работоспособность газонефтепроводов.

В первой части пособия содержится информация о трубопроводостроительных материалов высокой прочности, пластичности, технологичности; трубах, полученных различными методами; факторов, влияющих на выбор трубопроводостроительных материалов для магистральных газопроводах; методах определения их работоспосности.