2.1.3. Влияние слоистости стали на сопротивляемость разрушению металла труб
С изменением методов разливки и прокатки сталей для труб современных магистральных трубопроводов изменился и вид вязкого излома при разрушении. Увеличились шероховатость поверхности и размеры волокнистости в изломе. Характерной особенностью стало образование слоистости, ориентированной параллельно поверхности излома. Слоистость образуется как в среднем по толщине стенки трубы сечении, так и в приповерхностных зонах. В изломах труб наблюдаются: слоистые вырывы длиной 10—15 мм, глубиной до 5 мм с максимальным раскрытием до 1,5 мм. Слоистость в изломе выявляется также при ударных испытаниях полнотолщинных образцов DWTT и стандартных по Шарпи.
Испытания образцов различного типа из сталей контролируемой прокатки показали, что изломы полнотолщинных образцов наиболее близко соответствуют изломам в трубах по характеру слоистости и количеству расслоений на единицу поверхности излома. Склонность стали к образованию слоистости в изломе определяют по результатам испытаний образцов DWTT согласно формуле
,
где С — индекс слоистости (1/мм); li — длина каждого расслоения более 1 мм; S— площадь излома образца, мм2.
Вопрос о взаимосвязи образующейся в изломе труб слоистости и сопротивляемости вязким разрушениям трактовался исследователями неоднозначно.
Чтобы установить, является ли образование слоистости дефектом стали или, наоборот, фактором, повышающим сопротивление разрушению, ряд фирм по производству труб провел специальные натурные испытания отрезков газопроводов. Исследовали стали контролируемой прокатки, склонные к образованию слоистого излома, и термообработанные (закалка с отпуском) высокопрочные вязкие стали, разрушающиеся без образования слоистости. Испытания отрезков газопроводов проводили по методике, изложенной в гл. 1.
По результатам испытаний (рис. 6) видно, что сопротивляемость вязким разрушениям, характеризуемая средней скоростью распространения трещины, в трубах из исследуемых сталей примерно одинакова при одинаковой вязкости металла. При среднем значении ударной вязкости KCV2/3 0,55— 0,6 МДж/м2 в трубах 1 испытываемого отрезка среднее значение скорости v составляет 260—275 м/с. При KCV2/3 = 0,85 МДж/м2 в трубе 3 из стали контролируемой прокатки и в трубе 2 из термообработанной стали v=180 м/с.
Рис. 6. Изменение скорости распространения разрушения при испытании отрезка газопровода 1420x17 мм длиной 200 м из стали Х-70 контролируемой прокатки и стали Х-80 термообработанной; давление разрушения рр = 8 МПа; ПИ — пределы изменения КСУ; ЛР — линия разрыва
Слоистость проявляется только в процессе динамического разрушения труб или образцов и не связана с нарушением цельности сечения при производстве листовой стали. В этом случае, как показали приведенные выше исследования, образование слоистости при разрушении не оказывает отрицательного влияния на сопротивление металла труб разрушению в магистральных газопроводах. Так как слоистость изломов металла труб все же связана с определенным несовершенством структуры, металлургические мероприятия, направленные на снижение склонности сталей контролируемой прокатки к слоистости, обеспечат дальнейшее повышение качества стали и стабильности свойств.