CC BY
54
Мацалада алюминий вндiрiсiндегi цалдыцтардан ванадий шламын цайта вндеу тшмдшп жэне зерттеу нэтижеЫ кврсетшген.
The article contains the results of research and efficiency of processing vanadium sludge from aluminum production waste.
УДК 62.07.5
А. С. САКАНОВА, А. Т. КАНАЕВ
ОСНОВНЫЕ КРИТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗО - И НЕФТЕПРОВОДОВ
В статье представлены результаты исследований критических факторов качества стальных труб в зависимости от технологии трубопрокатного производства.
Известно, к критическим факторам металлургического качества стальных труб с учетом интересов потребителей относятся свариваемость, прокаливаемость, хладостойкость и несклонность к старению.
На трубопрокатных заводах трубы сворачивают из толстого листа (рулона) вдоль или спиралью и сваривают. Длину отгружаемой трубы ограничивает длина вагона, далее они свариваются на месте, причем при любой погоде, нередко при отрицательных температурах. Отсюда следует, чем меньше швов в трубе, тем меньше риска в ее эксплуатации.
Исходя из указанных критических факторов, к металлургическому качеству (ликвации, S, P, N и содержанию других примесей) сталей, предназначенных для магистральных газопроводов, предъявляются особо жесткие требования.
Одним из таких жестких требований к стальным трубам является свариваемость - возможность получать сварной шов без трещин, который по прочности и вязкости не хуже основного металла.
С точки зрения металлургии дуговая, контактная, точечная электросварки заключаются в расплавлении и быстрой кристаллизации стали, что равносильно закалке из жидкого состояния. Неравное тепловое расширение зоны сварки создает высокие сварочные напряжения в шве и около него как во время кристаллизации, так и после охлаждения.
67
Термические напряжения в ходе сварки вызывают в шве горячие трещины и риск их появления тем вероятнее, чем шире интервал кристаллизации, т.е. чем больше в стали углерода. Критерий риска горячих трещин определяется выражением:
ИСБ = 330 [С ]•{[ 5 ] + [ Р] + [ Зг ]} /25 [Мп]
Для углеродистых сталей нет риска при HCS < 4. Риск растет пропорционально росту суммы содержаний серы и фосфора.
В быстро остывающем шве, а также нагревавшейся вплоть до температуры плавления околошовной зоне может появиться хрупкая
ТЛ " и
структурная составляющая - мартенсит. В такой охрупченной зоне сварочные напряжения вызывают появление холодных трещин. Чем больше углерода в стали, тем хрупче мартенсит. Поэтому чем больше углерода, тем хуже свариваемость. Одним из важнейших технологических показателей свариваемости является углеродный эквивалент. который по ГОСТ 27772-88 вычисляется по химическому составу:
Сэке = С + Мп/6 + Зг/24 + Сг/5 + N/40 + Си/13 + V/14 + Р/2 ^
Для качественной сварки стальных магистральных трубопроводов углеродный эквивалент нормирован на уровне Сэкв < 0,37 %.
Особые требования предъявляются к стальным трубам для перекачки (от скважины до газоочистительного завода) газа, содержащего сероводород, а также сернистой нефти. Порог сероводородного растрескивания не ниже 0,8ут получали при содержании S < 0,002 %, Р < 0,005 % [1].
В трубах стандартного диаметра 1420 мм давление составляет 75 ат. При таком давлении потенциальная энергия сжатого газа эквивалентна нескольким килограммам тротила на метр длины трубы. При малейшей течи в трубе энергия высвобождается взрывом: трещина бежит со скоростью более 500 м/с «распаривая» газопровод на целые километры. Отсюда набор жестких требований к ударной вязкости стальных труб. На стандартных образцах сечением 10 х 10 мм нормативные документы устанавливают значение KCV > 0,80 МДж/м2 при температуре эксплуатации и КСУ > 0,50 МДж/м2 при температуре строительства.
Следует отметить, что требования к вязкости для стальных магистральных газопроводов гораздо жестче, чем для толстого листа, используемого в строительстве и судостроении. Так, в стали типа 08Г2Б,
68
содержащей S=0,004% после контролируемой прокатки ударная вязкость КСЕ = 120 Дж., а в почти такой же стали 07Г2ФБ, но содержащей S = 0,002% значение показателей вязкости вдвое больше (КСЕ = 220Дж.), а при S = 0,001% вязкость составляет 270Дж. При этом во всех случаях предел текучести ут одинаков и составляет 490 МПа.
Кроме того, в международных стандартах существует испытание падающим грузом (Drop Weight Tear Test, DWTT) при различных температурах. Широкий (75 мм) натурный образец, т.е. на всю толщину листа, надрезают с одного ребра. После удара по другому ребру в полученном изломе длиной 75 мм измеряют долю площади, где разрушение вязкое: DWTT-40 = 80 %. Такое испытание DWTT при ударе натурного образца лучше всего согласуются с результатами пневматических испытаний на взрыв трубы газом.
Опасным является охрупчивание стали по причине старения околошовной зоны сварки магистральных труб, где металл, как отмечалось выше, нагревался до температуры плавления и быстро остывал. При этом феррит может растворить предельное (по диаграмме состояния Fe-Fe3C) количество углерода (0,025% при температуре 723 0С) и сохранить его при охлаждении, что ведет к термическому старению и охрупчиванию стали.
Чтобы предотвратить старение, необходимо, чтобы углерод и азот были либо совсем удалены из стали, либо связаны в нерастворимых соединениях - карбидах и нитридах. На практике азот и углерод связывают микролегированием - введением в сталь металла, образующего прочное соединение, обычно - V, Al.
Причина, по которым требуется заданная прокаливаемость, заключается в том, что такое технологическое свойство как прокаливаемость гарантирует нужную структуру в необходимом сечении, следовательно, и соответствующие однородные механические свойства - прочность и вязкость. Для этого имеется надежный и вместе с тем трудно осуществляемый способ - сужение допусков на химический состав (селект-марки), особенно по углероду. Так, в легированной стали, поставляемой по ГОСТ 4543-91 разбег составляет 0,06 - 0,08 %. Прокаливаемость стали возрастает по мере роста содержания углерода и легирующих элементов. Отсюда следует, что условия хорошей свариваемости стали обычно противоречат требованиям прокаливаемости.
Не менее важным фактором, определяющим экспериментальную надежность магистральных газопроводов, является их склонность к хрупким разрушениям, наиболее часто характеризуемая температурой перехода из вязкого в хрупкое состояние, так называемый порог хладноломкости. Этот фактор определяет не только надежность
69
газопровода при эксплуатации в условиях отрицательных климатических температур, но он также показывает запас вязкости конструкции, работающей при комнатной и близкой к ней температурах.
В таблицах 1 и 2 приведены для сравнения требования к металлургическому качеству труб для магистральных газо и нефтепроводов по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, ГОСТ 10706 и ГОСТ 52079 и аналогичных международных стандартов серии ИСО 3183.
Наряду с технологическими факторами выплавки, разливки и прокатки стали важнейшим фактором, характеризующим металлургическое качество стали, являются неметаллические включения. Относительно высокий уровень содержания S, Р и других вредных примесей существенно влияют на качество и свойства стальных труб, их эксплуатационные характеристики в зависимости от их природы, количества, формы, размера и характера распределения. Сера сильно изменяет вязкость стали и ее анизотропию в направлениях вдоль и поперек прокатки. Вредное действие фосфора на свойства стальных труб усугубляется из-за сильной склонности его с ликвации.
Таблица 1 - Требования к металлургическому качеству стальных труб для магистральных газо и нефтепроводов по по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, ГОСТ 10706 и ГОСТ 52079
Требования к металлургическому качеству стали Соответствуют металлургическим технологиям 70-80 годов прошлого века. Относительно высокий уровень содержания S, Р и других вредных примесей. Существенное отличие требований в многочисленных ТУ на трубы для газовой и нефтяной промышленности.
Способ достижения повышенной прочности Без определенных требований, за исключением sT/sB, противоречащего современным эффективным методам упрочнения
Специальные свойства сталей Не предусмотрена поставка стальных труб, стойких к кислым средам.
Таблица 2 - Требования к стальным трубам для магистральных газо и нефтепроводов в международных стандартах серии ИСО 3183
Требования к металлургическому качеству стали
Отражает развитие современных металлургических технологий.
Жесткие требования по содержанию S, Р и других вредных примесей для хладкостойких сталей и «кислых» сред. Применение только кислородно-конверторной или электропечной стали для кислых сред, морского применения и др.
70
Способ достижения повышенной прочности Детерминация требований по составу и способам обработки для различного применения и групп прочности.
Специальные свойства сталей Предусмотрены все современные тесты для металла и сварных соединений, включая ВР, СКРН, СР и др.
В 2004 году в Казахстане были приняты разработанные на основе ISO 3183 государственные стандарты:
1. СТ РК ИСО 3183- 1- 2004 «Трубы стальные для трубопроводов. Технические условия. Часть 1. Требования к трубам класса А», идентичный международному стандарту ISO 3183-1- 1996.
2. СТ РК ИСО 3183-2-2004 «Трубы стальные для трубопроводов. Технические условия. Часть 2. Требования к трубам класса В», идентичный международному стандарту ISO 3183-2- 1996.
3. СТ РК ИСО 3183-3-2004 «Трубы стальные для трубопроводов. Технические условия. Часть 3. Требования к трубам класса С», идентичный международному стандарту ISO 3183-3- 1996.
Позже были внесены изменения в эти стандарты, а затем в 2007 году они были объединены в один стандарт, что требует рассмотрения новых требований стандарта к металлургическому качеству стальных труб для магистральных газо и нефтепроводов.
Как известно, с начала июля 2010 года на территориях республики Беларусь, Российской Федерации и Республики Казахстан начал действовать Таможенный союз. Учитывая тот факт, что Российскими металлургическими заводами в Казахстан импортируется большое количество и различные по сортаменту стальные трубы, важно знать требования к металлургическому качеству, заложенные в национальных стандартах Российской Федерации, их необходимо рассмотреть и адаптировать к нашим условиям.
Для выполнения требований международных стандартов, в частности, повышения прочности и пластичности стальных труб, разработан метод деформационно-термической обработки, совмещающий пластическую деформацию с последующей упрочняющей термической обработкой [2,3]. В результате такой обработки предел текучести низкоуглеродистой стали повышается с 300 МПа до 600 МПа. В таблице 3 приведены механические свойства стальных труб для магистральных нефте и газопроводов после термической обработки по режиму: температура нагрева под закалку труб из стали 17Г2АФ - 895-925 0С, из стали 17Г1С - 900-940 0С. Охлаждение в интервале температур 800-400 0С в спрейере с интенсивностью 45 0С/с. Температура отпуска труб из стали 17Г2АФ - 700-730 0С, из стали 17Г1С - 630-645 0С.
71
Таблица 3 - Механические свойства стальных труб для магистральных газо и нефтепроводов
Марка стали Размер труб D х 1, мм Основной металл Сварное соединение
Ув Мпа Ут д5, % Ш,% RCU-50, МДж/м2 Ув, МПа RCU-50, МДж/м2
17Г1С 1020х9 666804 411725 10,030,0 31,068,0 0,27 -0,72 588784 0,390,83
17Г2Ф 1020х9 627931 392647 14,031,0 30,064,0 0,240,83 608833 0,410,88
Для сварных швов труб большого диаметра разработаны также режимы локальной деформационно-термической обработки, обеспечивающие равнопрочность основного металла и сварного соединения. Технология локальной деформационно-термической обработки предусматривает нагрев сварного соединения до 950 -1060 0С, деформацию шва на 20 % до толщины стенки трубы из основного металла, закалку с определенной скоростью и отпуск при температурах 650-700 0С с кратковременной выдержкой около 5 мин. Кроме обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения, локальная деформационно-термическая обработка позволяет снизить критическую температуру хрупкости металла шва.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Дурнев, В. Д., Сапунов, С. В., Федюкин, В. К. Экспертиза и управление качеством промышленных материалов. - СПб. : Питер, 2000.
- 254 с.
2 Башнин, Ю. А., Ушаков, Б. К., Секей, А. Г. Технология термической обработки. - М. : Металлургия, 1986. - 424 с.
3 Канаев, А. Т. Повышение качества сортового проката совмещенной деформационно-термической обработкой. - Астана. : «Арман-ТВ», 2009.
- 180 с.
Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина, г. Астана.
Материал поступил в редакцию 12.09.2012.
72
А. С. Саканова, А. Т. Канаев
Магистральды газ-мунай кубырлары Yшiн болат кубырынын металлургиялык сапасынын критикалык фактор Heri3i
С. Сейфуллин атындаFы ^азак агротехникалык университет^ Астана к.
Материал 12.09.12 баспаFа тYстi.
A. S. Sakanova, A. T. Kanaev
The key critical factors of metallurgical quality of steel pipes for main gas and oil pipelines
S. Seifullin Kazakh Agro Technical University.
Material received on 12.09.12.
Бул мацалада болаттыц цубырларды жасау eHÖipicmщ технологиясына байланысты шектi факторларыныщ зерттеу нэтижелерi корсетшген.
The article presents the results of studies of critical factors of quality of steel pipes depending on technology of rolling production
УДК 64.024.5
Л. С. САТЫБАЛДИНА
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК, ФОТОГРАММЕТРИИ И 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ
В настоящей статье автор дает анализ особенностей и преимуществ применения современных методов аэрофото и -космической съемок, фотограмметрической обработки данных и цифрового моделирования земной поверхности.
Современные методы и технологии аэрофото и -космической съемок, фотограмметрической обработки снимков для создания цифровых топографических карт и планов, применения наземной фотограмметрии и перспективной съемки местности при решении задач архитектуры, строительства, также новые технологии и инновации 3D-моделирования активно развиваются и совершенствуются, имеют огромные перспективы во внедрении в производство!
На сегодняшний день дистанционное зондирование Земли обеспечивают множество космических съёмочных систем как
