РАЗРУШЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ПРИ ДЕФЕКТЕ РАСКАТНОЙ ПРИГАР

В отечественных магистральных трубопроводах используются трубы большого диаметра − прямошовные, двухшовные и спиральношовные различного способа изготовления (диаметр труб до1420 мм, класс прочности до К65 по стандарту API). Новейшими мировыми инновационными технологиями производства прямошовных одношовных сварных труб большого диаметра 1020, 1220 и1420 ммиз сталей класса прочностей К38 − К65 и Х42 − Х80 с толщиной стенки до52 мм, длиной до18 ми рабочим давлением до 22,15 МПа являются процессы, разработанные немецкой фирмой SMS Meer, основу которых составляет процесс прессовой пошаговой формовки по схеме JСОE. Технологии SMS Meer широко используют российские трубные заводы − АО «Выксунский металлургический завод», АО «Ижорский трубный завод», ПАО «Челябинский трубопрокатный завод», а также заводы Германии, Китая и Индии. Однако статистика аварий российских трубопроводов показывает, что стресс-коррозия металла стенок труб в основном происходит именно на трубопроводах большого диаметра 700 −1420 мм. Причем свыше 80 % разрушений трубопроводов с признаками стресс-коррозии наблюдаются на трубопроводах диаметром 1020 –1420 мм. Основной причиной коррозионно-механического растрескивания металла стенок труб является совместное действие трех факторов: 1) низкое сталеплавильное качество металла и заводские дефекты труб − большие остаточные напряжения, микротрещины и микрорасслоения металла после формовки трубной заготовки, гофры, риски, раскатные пригары, несплавления сварного шва и так далее; 2) наличие коррозионно-активной среды и ее доступ к поверхности металла; 3) многоцикловая усталость и разрушение металла из-за пульсаций внутритрубных рабочих давлений и гидроударов. На отечественных нефтепроводах почти в два раза больше чем в США и Европе отказов из-за заводских дефектов и брака строительно-монтажных работ. Поэтому необходимо тщательно изучать причины известных случаев отказа трубопроводов из-за производственного брака. В настоящей работе получен математический критерий определения критического внутритрубного давления, при котором происходит упругопластическое разрушение стенки трубы при дефекте раскатной пригар с риской на внешней поверхности трубы. Результаты исследования могут быть использованы при диагностике причин разрушения стальных труб большого и среднего диаметров на магистральных и межпромысловых трубопроводах. 

1. Qin Y. Micromanufacturing engineering and technology. – William Andrew, 2015. – 858 p.

2. Klocke F. Manufacturing processes 4. Forming. – Springer, 2013. – 516 p.

3. Lin J., Balint D., Pietrzyk M. Microstructure evolution in metal forming processes. - Woodhead Publishing, 2012. – 416 p.

4. Banabic D. Sheet metal forming processes. Constitutive modelling and numerical simulation. – Springer, 2010. – 301 p.

5. Rees D. Basic engineering plasticity. An introduction with engineering and manufacturing applications. – Butterworth-Heinemann, 2006. – 528 p.

6. Chakrabarty J. Theory of plasticity. – Butterworth-Heinemann, 2006. – 896 p.

7. Kang S.-J. Sintering. Densification, grain growth and microstructure. – Butterworth-Heinemann, 2004. – 280 p.

8. Bhattacharyya D. Composite sheet forming. Vol. 11. – Elsevier Science, 1997. – 530 p.

9. Predeleanu M., Gilormini P. Advanced methods in materials processing defects. Vol. 45. – Elsevier Science, 1997. – 422 p.

10. Abe T., Tsuruta T. Advances in engineering plasticity and its applications (AEPA ‘96). – Pergamon, 1996. – 938 p.

11. Predeleanu M., Ghosh S. K. Materials processing defects. Vol. 43. – Elsevier Science, 1995. – 434 p.

12. Belsky S.M., Mazur I.P., Lezhnev S.N., Panin E.A. A two-zone model of browdening during rolling // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2017. Vol. 52. No. 2. Р. 180 – 185.

13. Muhin U., Belskij S., Makarov E., Koynov T. Simulation of accelerated strip cooling on the hot rolling mill run-out roller table // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 37. Р. 305 – 311.

14. Muhin U., Belskij S., Makarov E., Koynov T. Application of between- stand cooling in the production hot-rolled strips // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 37. Р. 312 – 317.

15. Muhin U., Belskij S., Koynov T. Study of the influence between the strength of antibending of working rolls on the widening during hot rolling of thin sheet metal // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 37. Р. 318 – 324.

16. Mazur I.P., Bel’skii S.M. The St Venant zone extent of the self-balancing longitudinal elastic stress // Materials Science Forum. 2012. Vol. 704 – 705. Р. 33 – 39.

17. Mukhin Yu.A., Mazur I.P., Bel’skii S.M. Determining the boundaries of the St Venant zone for the self-balancing stress // Steel in Translation. 2007. Vol. 37. No. 9. Р. 733 – 736.

18. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 1. Р. 61 – 66.

19. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Elastoplastic shaping of metal in an edge-bending press in the manufacture of large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. Р. 528 – 531.

20. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55. No. 11-12. Р. 833 – 840.

21. Shinkin V.N. The mathematical model of the thick steel sheet flattening on the twelve-roller sheet-straightening machine. Message 1. Curvature of sheet // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 12. Р. 37 – 40.

22. Shinkin V.N. The mathematical model of the thick steel sheet flattening on the twelve-roller sheet-straightening machine. Message 2. Forces and moments // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 12. Р. 40 – 44.

23. Shinkin V.N. Geometry of steel sheet in a seven-roller straightening machine // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 11. Р. 776 – 780.

24. Shinkin V.N. Preliminary straightening of thick steel sheet in a seven-roller machine // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 12. Р. 836 – 840.

25. Maksimov E.A., Shatalov R.L. Asymmetric deformation of metal and front flexure of thick sheet in rolling. Part 2 // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 6. Р. 521 – 525.

26. Matrosov Yu.I., Levchenko V.I., Loskutov A.Yu., Volodarskii V. V., Kolyasnikova N. V., Talanov O. P. Influence of pipe processing on the mechanical properties of K60 steel sheet // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 6. Р. 536 – 540.

27. Maksimov E.A., Shatalov R.L. Asymmetric deformation of metal and front flexure of thick sheet in rolling. Part 1 // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 5. Р. 442 – 446.

28. Groshkova A.L., Polulyakh L.A., Travyanov A.Ya., Dashevskii VYa., Yusfin Yu.S. Phosphorus distribution between phases in smelting high-carbon ferromanganese in the blast furnace. Steel in Translation. 2007, vol. 37, no. 11, pp. 904 – 907.

29. Podgorodetskii G.S., Yusfin Yu.S., Sazhin A.Yu., Gorbunov V.B., Polulyakh L.A. Production of generator gas from solid fuels. Steel in Translation. 2015, vol. 45, no. 6, pp. 395 – 402.

30. Orelkina O.A., Petelin A.L., Polulyakh L.A. Distribution of secondary gas emissions around steel plants. Steel in Translation. 2015, vol. 45, no. 11, pp. 811 – 814.

31. Polulyakh L.A., Dashevskii V.Ya., Yusfin Yu.S. Manganese-ferroalloy production from Russian manganese ore. Steel in Translation. 2014, vol. 44, no. 9, pp. 617 – 624.

32. Kovalev A.I., Vainshtein D.L., Rashkovskii A.Yu., Khlusova E.I., Orlov V.V. Features of structural changes through the cross section of sheet rolled from high strength skelp steels // Metallurgist. 2011. Vol. 55. No. 1-2. Р. 34 – 45.

33. Morozov Yu.D., Naumenko A.A., Lyasotskii I.V. Effect of rolling heating and deformation and accelerated cooling regimes on mechanical property formation for rolled steel sheet of strength class Kh80 // Metallurgist. 2011. Vol. 54. No. 9-10. Р. 686 – 695.

34. Manzhurin I.P., Sidorina E.A. Dependence of the surface deformation of strip on the parameters of its shaping // Metallurgist. 2012. Vol. 56. No. 1-2. Р. 37 – 42.

35. Nikitin G.S., Galkin M.P., Zhikharev P.Yu. Effect of noncontact zones on the deforming forces in metal-shaping operations // Metallurgist. 2013. Vol. 56. No. 9-10. Р. 766 – 772.

36. Salganik V.M., Chikishev D.N., Pustovoitov D.O., Denisov S.V., Stekanov P.A. Developing regimes for the asymmetric rolling of low-alloy steel plates to minimize bending of the ends of the plate // Metallurgist. 2014. Vol. 57. No. 11-12. Р. 1005 – 1008.