ОЦЕНКА СТРУКТУРНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРЕДЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ К СРОКУ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЛЕКСНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ РАЗРУШЕНИЯ СИНЕРГЕТИКИ

Представлен обзор существующих известных гипотез и теорий, описывающих предельное состояние металла. Даны описания процессам, происходящим в металлах при приложенном напряжении (нагрузки). Описаны фазы процесса разрушения в структуре деформированного поликристалла. Представлено уравнение, связывающее предельную деформацию металла до разрушения со всеми характеристиками, определяющими его предельное состояние. Показаны уравнения комплексных двух и трех параметрических энергетических критериев разрушения, таких как энергоемкость, а также критерии зарождения трещин, распространения трещин, хрупкости и масштаба. Критерии разрушения могут быть применены для оценки качества структур и работоспособности металлов при эксплуатации магистральных трубопроводов. В качестве примера рассмотрен расчет критериев разрушения для конкретных образцов из стали Х70, отобранных из аварийных труб, бывших в эксплуатации 20 и 24 года, а также действующего магистрального трубопровода, бывшего в эксплуатации 5  лет. Выполнен сравнительный анализ значений комплексных критериев разрушения магистральных трубопроводов из стали Х70 после различного срока эксплуатации. Механические (прочностные) характеристика стали Х70 магистральных трубопроводов в процессе эксплуатации (после 5, 20 и 24 лет эксплуатации) практически не изменились. Изменение характеристик, определяемых по критериям разрушения, направлены в сторону их снижения от 21 до 48,5 %, причем наибольшее изменение наблюдается у критерия распространения трещин и у критерия хрупкости. Показана одинаковая природа зарождения трещин для всех классов сталей, лежащая на мезоуровне. Под действием эксплуатационных нагрузок энергоемкость, т.е. способность металла противостоять любым нагрузкам с увеличением срока эксплуатации, значительно снижается, что подтверждается изменением рассмотренных критериев разрушения. Показано, что критерии разрушения могут быть использованы для прогнозирования работоспособности сталей трубопроводов после длительной эксплуатации.

1. Эфрон Л.И. Материаловедение в большой металлургии. Трубные стали. – М.: Металлургиздат, 2012. – 696 с.

2. Методология выбора металлических сплавов и упрочняющих технологий в машиностроении: Учеб. пособие. – В 2-х томах. Т. 1. Стали и чугуны / М.А. Филиппов, В.Г. Бараз, М.А. Гервасьев, М.М. Розенбаум. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2013. – 232 с.

3. Куманин В.И., Соколова М.Л., Лунева С.В. Развитие повреждаемости в металлических материалах // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. № 4. С. 2 – 6.

4. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Машиностроение, 1981. – 272 с.

5. Архаров В.И. Мезоскопические явления в твердых телах // Проблемы современной физики: Сб. статей к 100- летию со дня рождения А.Ф. Иоффе. – Л.: Наука, 1980. С. 384 – 409.

6. Степанов В.А. Роль деформации в процессе разрушения твердых тел // Проблемы прочности и пластичности металлов: Сб. науч. тр. ЛТФИ. – Л.: Наука, 1979. С.10 – 26.

7. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. – М.: Металлургия, 1984. – 280 с.

8. Журков С.Н. Кинетическая теория прочности // Журнал технической физики. 1958. Т. 28. С. 17 – 19.

9. Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. – М.: Наука и жизнь, 1994. – 383 с.

10. Иванова В.С. Концепция Л. Жильмо предельной удельной энергии деформации с позиции синергетики // Известия АН ССР. Металлы. 1989. № 5. С. 179 – 179.

11. Скуднов В.А. Предельные пластические деформации металлов. – М.: Металлургия, 1989. – 187 с.

12. Скуднов В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении: Учеб. пособие. – Н. Новгород: НГТУ им Р.Е. Алексеева, 2011. – 198 с.

13. Скуднов В.А. Определение величины работоспособности материалов (сталей) деталей машин: Метод. указания для выполнения лабор. и науч.-исслед. работ студентами, магистрантами и аспирантами спец. 110500. – Н.Новгород: НГТУ, 2002. – 14 с.

14. Скуднов В.А., Богашев Ф.А. Закономерности изменения плотности металлов при ОМД // Изв. вуз. Черная металлургия. 1986. № 8. С. 38 – 45.

15. Скуднов В.А. Закономерности поведения энергоемкости металлов и новые энергетические критерии разрушения // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 1. С. 52 – 55.

16. Борздыка А.М., Гецов Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Металургия, 1978. – 256 с.

17. Маслов Л.И., Замолодчиков О.Г. Кунавин С.А. Использование параметров микрорельефа разрушения для оценки работоспособности конструктивных материалов / Известия АН ССР. Металлы. 1982. № 1. С. 196 – 201.

18. Тот Л., Ромвари П. Применение концепции удельной работы разрушения для оценки циклической трещиностойкости сталей // Проблемы прочности. 1986. № 1. С. 38 – 45.

19. Бетехин В.И. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел. Сообщение 1, 2 // Проблемы прочности. 1979. № 7. С. 38 – 45; 1979. № 8. С. 51 – 57.

20. Проблемы старения сталей магистральных трубопроводов / Под ред. Б.В. Будзуляка, А.Д. Седых, В.Н. Чувильдеева. – Н.Новгород: Университетская книга, 2006. – 220 с.

21. Новиков И.И. Термодинамические аспекты пластической деформации и разрушения металлов // Физико-механические и теплофизические свойства металлов: Сб. науч. тр. ИМЕТ. – М.: Наука, 1976. С. 170 – 179.

22. Artinger I. Conection between the fracture determining the Toughness of hot working tool steels // Proc. Conf. on dimensioning and dapest. Akadem. Kiado. 1974. Vol. 1. P. 215.

23. Ginstler Y. Retarding the crack initiation process during low cycle thermal shock fatigue // Proc. Conf. low cycle fatigue and elastoplastic behavior of materials (Minich. Sept. 7 – 11, 1987) / Ed. K.T.L. Rie. – N.Y.: Elsevier Appl. Sci., 1987. P. 643.

24. Пояркова Е.В. Эволюция структурно- механической неоднородности материалов сварных элементов конструкций в рамках концепции иерархического согласования масштабов: Автореф. дис. … док. техн. наук. – Уфа: Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т, 2015.

25. РД-23.040.00-КТН-115-11 Нефтепроводы и нефтепродуктопроводы магистральные. Определение прочности и долговечности труб и сварных соединений с дефектами. – М.: ОАО «АК«Транснефть», 2013. – 142 с.