Концентраторам напряжения

Затухание амплитуды приводит к неспособности осциллирующей системы удерживать частицы в точках минимумов волновой функции. Это в определенной мере объясняет привязку очагов КР к компрессорным станциям, а также к местам поворотов трассы, где возможна генерация дополнительных колебаний. Указанный подход позволяет также объяснить отсутствие жесткой привязки коррозионных трещин к имеющимся в очаговых зонах концентраторам напряжений, а также ряд других особенностей КР, рассмотренных выше.

иметь в виду, что при переменных нагрузках чувствительность к концентраторам напряжений зависит также от характеристики цикла г и числа нагружений. Это обстоятельство находит отражение в нормативном материале Госстроя (1982г.) СНиП 11-23—81, ч. III, гл. 23. Здесь даже при концентраторе невысокой остроты допускаемые напряжения при заданных значениях г и числе нагружений в большинстве случаев вне зависимости от марки низкоуглеродистой и низколегированной сталей с пределом текучести в диапазоне 215...590 МПа принимаются одинаковыми.

Испытание образцов с надрезом. В некоторых случаях, для определения чувствительности металла к концентраторам напряжений, проводят испытание на растяжение образцов с надрезом; надрез способствует хрупкому разрушению. Чем больше глубина и острота надреза, тем легче получить хрупкое разрушение. Для характеристики чувствительности к надрезу пользуются отношением а„ для гладкого образца к а" для образца с надрезом (ап/о"). Для хрупкого материала а[)''°[' > 1, а для пластичных меньше единицы.

Предел выносливости снижается при наличии концентраторов напряжения. Чувствительность он к концентраторам напряжений

Чувствительность к концентраторам напряжений резко снижается, а предел выносливости возрастает при создании на поверхности остаточных напряжений сжатия путем упрочнения химико-термической или другой обработкой. Коррозия понижает предел выносливости на 40—60 % .

Графит, нарушая сплошность металлической основы, делает чугун малочувствительным к всевозможным концентраторам напряжений (дефектам поверхности, надрезам, выточкам и т. д.). Вследствие этого серый чугун имеет примерно одинаковую конструктив ную прочность в отливках простой формы или с ровной поверхностью и сложной формы с надрезами или плохо обработанной поверхностью. Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного «смазывающего» действия и повышения прочности пленки смазки. Очень важно, что графит улучшает обрабатываемость резанием, делая стружку ломкой.

Величина зерна стали не оказывает существенного влияния на стандартный комплекс механических свойств, получаемых при испытании на статическое растяжение (ав, а0>.>, 6, \з) и твердость, но с ростом зерна резко снижается ударная вязкость, уменьшается работа распространения трещины и повышается порог хладноломкости. Значение /Cic с увеличением размера зерна возрастает (эффект очистки границ зерен от примесей). Чем крупнее зерно, тем более сталь склонна к закалочным трещинам и деформациям. Все это следует учитывать при выборе режимов термической обработки. Разнозерни-стость сильно снижает конструктивную прочность, вызывая охруп-чиванпе в зонах, прилегающих к концентраторам напряжений.

Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3—0,5 % С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Однако износостойкость улучшенной стали вследствие ее пониженной твердости не высокая.

Цементация с последующей термической обработкой повышает предел выносливости стальных изделий вследствие образования в поверхностном слое значительных остаточных напряжений сжатия (до 400—500 МПа) и резко понижает чувствительность к концентраторам напряжений при условии непрерывной протяженности упрочненного слоя по всей упрочняемой поверхности детали. Так, после цементации на глубину 1000 мкм, закалки и отпуска хромоникелевой стали (0,12 % С; 1,3 % Сг; 3,5 % Ni) предел выносливости образцов без концентраторов напряжений увеличился от 560 до 750 АШа, з при наличии надреза —- от 220 до 560 МПа. Цементованная стиль обладает высокой износостойкостью и контактной прочностью, которая достигает 2000 МПа.

Никель повышает сопротивление хрупкому разрушению стали, увеличивая пластичность и вязкость, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости. При содержании в стали 1,0 % Ni порог хладноломкости снижается на 60—80 °С, дальнейшее увеличение концентрации никеля до 3—4 % вызывает менее сильное, но все же снижение порога хладноломкости. Повышая запас вязкости, никель увеличивает о,, и К,с- Введение 3—4 % Ni рекомендуется для обеспечения глубокой прокаливаемости. Никель — дорогой металл, поэтому чаще в конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими элементами, при этом в предельно минимальном количестве. В сложнолегированных сталях никель также обеспечи вает высокое сопротивление хрупкому разрушению.

вытает работу распространения трещины ар и уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. При большом содержании этих элементов прокаливаемость и сопротивление стали хрупкому разрушению уменьшается из-за выделения большого количества карбидов (VC, TiC" и др.) по границам зерен.

Коррозионному растрескиванию подвергается как основной металл труб, так и сварные соединения. При этом трещина как бы не "замечает" наличия сварного соединения. Поэтому одной из отличительных черт отказов по причине КР является отсутствие жесткой привязки коррозионных трещин к имеющимся геометрическим концентраторам напряжения (сварные швы, задиры, царапины), как это имеет место в случае коррозионной малоцикловой усталости, которая зарождается и развивается только в концентра-

Как показывает проведенный анализ известных на сегодняшний день причин возникновения коррозионного растрескивания, до настоящего времени не выявлены все факторы, вызывающие этот вид отказов магистральных газопроводов. В частности, нет объяснения отсутствия жесткой привязки трещин к концентраторам напряжения геометрического и физического происхождений, таким, как вмятины, задиры, царапины, сварные швы, неметаллические включения, что характерно для других известных видов КМР (например, коррозионная усталость). Трещины, как правило, зарождаются на практически бездефектной поверхности металла. Случаи КР имеют место только на магистральных газопроводах и не наблюдаются на магистральных трубопроводах, построенных из таких же труб для транспорта жидких углеводородов (нефтепроводы, продуктопроводы и др.), даже если они проложены в одном технологическом коридоре. Это, очевидно, связано с разным характером нагружения этих трубопроводных систем ("жесткое" -для магистральных нефте- и продуктопроводов, "мягкое" - для магистральных газопроводов).

Предложенный механизм объясняет наблюдаемое отсутствие жесткой привязки зарождения трещин к поверхностным концентраторам напряжения и признаков интенсивной общей коррозии в очаговых зонах разрушения. Он же объясняет причины развития

Коррозионно-усталостные трещины имеют жесткую привязку к концентраторам напряжения в виде царапин, вмятин, сварных швов и т.д. Вместе с тем явление КР проявляется при специфическом воздействии карбонат-бикарбонатной среды, катодной поляризации и статически приложенных нагрузок на участках трубопровода с поврежденной изоляцией и усугубляется воздействием вибрации. Причем в результате изучения очагов разрушения по причине КР не наблюдалось привязки трещин к концентраторам

Чугунами называются сплавы железа с углеродом при содержании углерода более 2%. Машиностроительные чугуны обладают хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью, прочностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжения.

кой привлеки короозионных трещин к имеющийся геометрическим концентраторам напряжения (сварные швы, задиры, царапины), что отличает данный вид разрушения от коррозионной малоцикловой усталости (на МТ зарождается и разливается только в концентраторах напряли. -ния). Более того, в ряде случаев наблюдалось растворение таких концентраторов напряжения, как риски в очаге резрушения (МГ "Урен гой - Ц^нтр I"), и трещины зарождались в стороне от концелтрато-ров. Данный факт, очевидно, может быть объяснен тем, что критические напряжения, необходимые для протекания этого вида коррози-онно - механического разрушения - КР, имеют небольшие значения и находятся ниже величин расчетных рабочих напряжений в стенке трубы (не превышают предела текучести стали). Следует отметить, что при расчете МТ не учитываются внутренние напряжения первого и второго рода, возникающие при производства труб, к.торые, как это было показано в УГНТУ, имеюа достаточно высокие значения. Поэтому трещины зарождаются в очаге разрушения бее видимых дефектов на меаалле , имеющем достаточный уровень напряжений для протекания КР (физические каиэнтраторь напряжения).

ческой труба испытывает циклически изменяющуюся нагрузку с широким спектром частот. При этом, кроме высокочастотной составляющей спектра, обусловленно. работой компрессорных станций, присутствуют низкочастотные колебания, возникающие в результате изменения температуры стенки трубы, биений, изменения режимов перекачки и т. д.. что может вызва1., малоцикловую коррозионную усталость труб (МКУ). Причем корровионно - усталостные трещины имеют жесткую привязку к концентраторам напряжения в виде царапин, вмятин, сварных швов и т.д. Вместе с тем явление КР проявляется при оиеиифическом воздействии карбонат - бикарбонатной среды, катодной поляризации и статически приложенных нагрузок на участках трубопровода с поврежденной изоляцией. Причем в результате изучения очагов разрушения по причине КР не наблюдалось привязки трещин к концентраторам напряжения, хотя по своей топографии трещины КР и коррозионной усталости близки. Более того, в ряде случаев в очагах разрушения наблюдалось даже растворение концентраторов напряжения в виде царапин. Несмотря на этот очевидный факт вопрос о КР как о самостоятельном явлении продолжает оставаться открытым. Поэтому в целях идентификации явления КР, в лабораторных условиях УГНТУ и были проведены МКУ исследования на образцах труиной стали 17Г1С в карбонат - бикарбонатной среде.

В то же время, как показали наши опыты, алитирование является эффективным методом повышения коррозионно-усталост-ной прочности стали в нейтральном электролите (3% NaCl). В этом случае условный предел коррозионной усталостной прочности повышается почти в 3 раза и резко уменьшается чувствительность к концентраторам напряжения. Повышение температуры испытания до 250° С мало влияет на усталостную прочность стали (рис. 2, б), однако при этом наблюдается несколько большее

Применительно к испытаниям на усталость характеристики неупругости используются для оценки чувствительности, материала к концентраторам напряжения, косвенной оценки предела выносливости, построения кривой усталости по трещинообразованию.

Влияние коррозионной среды на стадию зарождения и развитие разрушения определяется также общей коррозионной стойкостью материала и его чувствительностью к концентраторам напряжения, в данном случае к коррозионным кавернам, язвам и т. д.

Термическая и термохимическая обработка стальной поверхности, а также гальванические покрытия изменяют химические и механические свойства поверхностного слоя. В результате закаливания токами высокой частоты на поверхности образуется мартенситный слой, который повышает прочность при нормальных условиях и в коррозионной среде, а также понижает чувствительность к концентраторам напряжения. Однако при нарушении закаленного слоя детали становятся менее прочными по сравнению с незакаленными.