2.6 Результаты механических испытаний

Результаты испытаний на растяжение образцов сталей 17Г1С, 17ГС, бывших в эксплуатации в течение 20 и 30 лет соответственно и стали 17ГС из труб аварийного запаса представлены в табл. 11.

Из таблицы видно, что в трубах из стали 17Г1С прочность находится на должном уровне, но происходит некоторое снижение пластичности δ=14%. Это связано с развитием стресс-коррозионных дефектов и деформационным старением стали. В тоже время металл труб из стали 17ГС за длительный период эксплуатации не претерпел существенных изменений.

Таблица 13

Характеристики механических свойств основного металла труб и их регламентируемые значения

Характеристика	Сталь 17Г1С
	Результаты испытаний	Значения по ТУ, не менее	Данные заводских сертификатов
σв, МПа	560-580	530	550-600
σ0,2, МПа	355-430	360	370-430
δ, %	14-20	20	21-29
Ψ, %	54-63	-	-
	Сталь 17ГС
σв, МПа	580-590	490	530-560
σ0,2, МПа	370-395	355	365-450
δ, %	24-28	20	24-32
Ψ, %	55-59	-	-
	Сталь 17ГС (аварийный запас)
σв, МПа	580-590	490	530-560
σ0,2, МПа	375-380	355	365-450
δ, %	24-29	20	24-32
Ψ, %	61-63	-	-

Факт снижение пластичности стали 17Г1С иллюстрируется диаграммами растяжения образцов исследованных сталей. На рис. представлены диаграммы растяжения образцов из стали 17ГС и 17Г1С. Видно, что на диаграмме растяжения стали 17ГС имеется площадка текучести, а на диаграмме растяжения образцов из 17Г1С площадка текучести отсутствует, хотя в исходном состоянии диаграммы растяжения сталей 17Г1С и 17ГС имеют площадки текучести. Этот факт также иллюстрирует снижение пластических свойств стали 17Г1С после длительной эксплуатации.

Рис. 16. Диаграммы растяжения исследованных сталей

Как результаты механических испытаний, так и металлографические исследования показали, что структура и механические свойства металла сохранились на высоком уровне и соответствуют требованиям ТУ. Полигонные испытания показали, что на несущую способность газопровода из стали 17ГС большее влияние оказывают утонения стенки конструкции вследствие коррозионного износа, а не механические повреждения в виде гофр и вмятин. При этом, если сравнить давления разрушения труб из стали 17Г1С и труб из стали 17ГС, то очевидным становится, что более опасными дефектами являются трещиноподобные (стресс-коррозионные) в отличие от коррозионных.

На основе проведенных исследований было выявлено; что трубы из стали 17ГС не имеют стресс-коррозионных дефектов, но при этом во многих местах наружная и внутренняя поверхности подверглись общей равномерной коррозии. Учитывая то, что эти трубы находятся в составе действующего газопровода гораздо более длительное время, то возникает вопрос, чем же отличаются они от труб из стали 17Г1С.

Если рассматривать природно-географическое влияние, то здесь нет каких-то особенных взаимодействий с окружающей средой по сравнению с другими действующими газопроводами, тоже по режимам эксплуатационного давления.

Исследуемые трубы отличаются типом изоляционного покрытия: на трубах из стали 17ГС оно битумно-резиновое, а трубы из стали 17Г1С имеют пленочную изоляцию, состояние, которой в большинстве случаев неудовлетворительное, и имеются многочисленные открытые участки «тела» трубы (рис. 16). Вероятно, и действие электрохимической защиты при различных типах изоляционных покрытий осуществляется по разному.

Процессы, происходящие в закрытых дефектах пленочного изоляционного покрытия и в открытых дефектах битумно-резиновой изоляции, значительно отличаются друг от друга. Под отслоившимся пленочным покрытием создаются более жесткие условия для наводороживания стали, по сравнению с трубами с битумной изоляцией и с зонами открытых дефектов. Существенно, что для достижения того же эффекта требуется значительно меньшая сила тока катодной поляризации, а роль кислорода в торможении наводороживания почти не проявляется. Все это указывает на реальную возможность интенсивного наводороживания стальной стенки подземных трубопроводов в зонах закрытых дефектов в пленочном защитном покрытии, особенно вблизи точки дренажа станций катодной защиты.

Выводы

Комплексное изучение металлургического качества металла труб из нормализованных сталей 17Г1С и 17ГС, имеющих разные сроки эксплуатации в составе действующих газопроводов, и труб аварийного запаса позволило установить следующее:

1. Химический состав сталей 17ГС и 17Г1С отвечает техническим условиям. В стали 17Г1С вблизи очагов разрушений выявлено повышенное содержание углерода и серы.

2. В стали 17Г1С наблюдается неравномерность распределения углерода, марганца и серы, которая влияет на сегрегацию легирующих элементов и образование ликвационных зон.

3. Структура стали 17ГС после длительной эксплуатации более однородна по всему объему и не содержит явных дефектов, таких как обезуглероживание, расслоения, несплошности и т.д.

4. Загрязненность стали 17Г1С неметаллическими включениями в очагах разрушений труб соответствует баллу 4-5, в основном металле трубы загрязненность меньше (2-3 балл). Сталь 17ГС более чистая (балл 1-2).

5. При металлографических исследованиях стали 17Г1С было выявлено большое количество расслоений, а также комбинированные дефекты в виде слияния поверхностных трещин с внутренним расслоением

6. Растрескиванию в наибольшей степени подвержены трубы из стали 17Г1С, имеющие пленочную изоляцию.

7. Стресс-коррозионные дефекты зарождаются в местах отслоения изоляционного покрытия и проникновения фунтового электролита к телу трубы, то есть в зонах, недоступных для защитных токов ЭХЗ. В данных условиях происходит активное анодное растворение металла, образуются дефекты в структуре, что снижает эксплуатационные характеристики стали, в первую очередь пластичность и способствует зарождению и развитию растрескивания. По мере увеличения срока эксплуатации газопровода в местах с дефектами изоляции происходит дальнейшее ухудшение механических свойств стали.

8. Трубы из стали 17Г1С с пленочной изоляцией сохранили высокий комплекс механических свойств только там, где нет дефектов в изоляционном покрытии и доступа грунтового электролита к телу трубы.

9. Исследованиями установлено, что трубы из стали 17ГС, отработавшие в составе действующего газопровода более 30 лет, покрытые битумной изоляцией, не претерпели заметных изменений, опасных для дальнейшей эксплуатации МГ и сохранили на должном уровне комплекс прочностных, структурных и пластических свойств.