Аннотації

Експериментальні дослідження впливу водню і сірки на сульфідно-корозійне руйнування під напруженням трубопроводів

Автор(и):
Макаренко В.Д., Гоц В.І., Макаренко Ю.В., Чигиринець О.Е. , Савенко В.І
Автор(и) (англ)
Makarenko V.D., Gots V.I., Makarenko Y.V., Chygyrynets’ O.E., Savenko V.I.
Дата публікації:

25.04.2024

Анотація (укр):

Уперше проведені комплексні експериментальні дослідження впливу водню і сірки на сульфідно-корозійне руйнування під напруженням (СКРН) трубних сталей в корозійно-агресивному середовищі NАСЕ В дослідженнях використовували дослідні сталі марок 06Г2БА і 08ХМЧА які широко використовують на будівництві трубопроводів різного призначення Для успішної реалізації поставлених задач спеціально була розроблена і апробована в лабораторних умовах аналітична система (аналізатор нестаціонарних процесів –АНП), в яку була інтегрована установка для випробувань на корозійно-механічне розтріскування під напруженням. Уперше проведені комплексні експериментальні дослідження зразків трубних сталей марок 06Г2БА і 08ХМЧА під впливом сірки і водню, що дозволило розвинути уявлення стосовно механізмів СКРН і воднем ініційоване руйнування (ВІР). Уперше проведені експериментальні дослідження кінетики корозії сталей 06Г2БА і 08ХМЧА в залежності від терміну випробувань в модельному середовищі NАСЕ, при цьому визначені три періоди формування продуктів корозії. Встановлено, що на швидкість росту корозійних тріщин СКРН сильний вплив здійснюють сірка і водень, які розчинені в трубних дослідних сталях, що дозволило визначити оптимальний вміст сірки і водню в сталі 06Г2БА. Показано на базі результатів експериментальних досліджень, що для забезпечення високої тріщиностійкості трубних сталей в умовах статичного і циклічного навантажень як на повітрі, так і в умовах корозійно-агресивних середовищ вміст сірки не повинен перевищувати 0.015-0.020%, а розчиненого водню – 2-3 ppm. Отримані результати дозволяють удосконалювати трубні сталі в процесі їх виплавки на металургійних підприємствах завдяки використання економного модифікування ніобієм, хромом, церієм та іншими домішками, які сприяють роздрібненню структури і зменшують вміст неметалевих включень та шкідливих домішок.

Анотація (рус):

Анотація (англ):

For the first time, comprehensive experimental studies of the influence of hydrogen and sulfur on sulphide stress corrosion cracking (SCR) of pipe steels in a corrosive-aggressive environment of NACE were carried out. In the research, experimental steels of the 06G2BA and 08KHMCHA brands, which are widely used in the construction of pipelines for various purposes, were used an analytical system (analyzer of non-stationary processes – ANP) was developed and tested in laboratory conditions, into which the installation for tests on corrosion-mechanical cracking under stress was integrated. For the first time, comprehensive experimental studies of pipe steel samples of grades 06G2BA and 08KHMCHA under the influence of sulfur and hydrogen were carried out, which made it possible to develop an understanding of the mechanisms of SCDS (sulphide-corrosion destruction under stress) and HID (hydrogen-initiated destruction). For the first time, experimental studies of the corrosion kinetics of 06G2BA and 08KHMCHA steels were carried out depending on the duration of the tests in the NACE model environment, while three periods of the formation of corrosion products were determined. It was found that sulfur and hydrogen, which are dissolved in test pipe steels, have a strong influence on the growth rate of corrosion cracks of SCDS, which made it possible to determine the optimal content of sulfur and hydrogen in steel 06G2BA. It is shown on the basis of the results of experimental studies that to ensure high crack resistance of pipe steels under conditions of static and cyclic loads both in air and in conditions of corrosive-aggressive environments, the sulfur content should not exceed 0.015-0.020%, and the dissolved hydrogen content should not exceed 2-3 ppm . The obtained results make it possible to improve pipe steels in the process of their smelting at metallurgical enterprises thanks to the use of economical modification with niobium, chromium, cerium and other impurities, which contribute to the fragmentation of the structure and reduce the content of non-metallic inclusions and harmful impurities.

Література:

 

  1. Макаренко В.Д., Гоц В.І., Савенко В.І., Владимиров О.В., Макаренко Ю.В. Експериментальні дослідження кінетики росту тріщин та несучої здатності трубних сталей підземних систем водовідведення // Опір матеріалів і теорія споруд: Вип. №110.- 2023, С.469-482.
  2. Макаренко Ю.В., Савенко В.І., Горлач О.М., Задорожнікова О.В., Чигиринець О.Е., Победа С.С. Дослідження кінетики росту тріщин під дією статичних і динамічних навантажень трубних сталей в корозійно-агресивному середовищіNAСЕ // Опір мате5ріалів і теорія споруд: Вип. №110.- 2023. С. 520-532.
  3. NACE Standard TM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments // NACE. – Houston. P.O. BOX 218340.1990.-22 p.
  4. Okada T., Hattori S. Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carrbon Structural Steel, Fukui Univeersity, Япония: Теоретические основы инженерных расчетов (Труды Американского общества инженеров-механиков);  изд-воМир, 1985, №3,S.98-107.
  5. Макаренко В.Д., Крижанівський Є.І., Чернов В.Ю. Проблеми корозійної стійкості промислових трубопроводів// Нафтова і газова промисловість. -2002.-№6.-С.42-44.
  6. Самойленко М.І. Функціональна надійність трубопровідних транспортних систем// Харків: ХНАМП. – 2009.-184с
  7. Насоніна Н.Г., Антоненко С.Є. Аналіз пошкодженості водопровідних і каналізаційних мереж// Сучасне промислове та цивільне будівництво. -2019.-Том15.-№1.-С23-34
  8. Макаренко В.Д., Гоц В.І., Аргатенко Т.В. і ін. Дослідження аварійних трубопроводів // Проблеми водопостачання,  водовідведення та гідравліки, вип. 42. -2023.-С.49-58.
  9. Бриду А., Лафранс М., Прову И. Разработка новых сортов стали с повышенными характеристиками для транспорта кислого газа и нефти// Нефтегаз-Франция –ЮзичорАсье, 1986. -19с.
  10. Порівняльний аналіз корозійно-механічних властивостей вітчизняної трубної сталі 20ЮЧ з іноземними аналогами/ О. Чапля, О. Радкевич, О. П’ясецький, Я. Cпектор // Машинознавство. -1999.-№8.- С52-56.
  11. Oсновнi закономiрностi наводнювання та поверхневого пухирiння трубної сталi в сiрководневих середовищах / О. Радкевич, Г. Чумало, I. Доминюк i iн. // Фiз.-хiм. мexaнiкaматерiалiв. - 2004. - Спец. вип. № 4, т. 1. - С. 446-449.
  12. Tyson W.R. Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Dislocation Interactions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.
  13. Ford F.P.Stress Corrosion Crackinq in Advances in Corrosions Science-1, Ed., R.N.Parkins, Applied Seience  Publishers, 2002.
  14. Кавакубо Т., Хісида М. Розрахунок прискореного навколишнім середовищем росту тріщини для неіржавіючої сталі у воді високої температури на основі механіки пружно-пластичного руйнування // Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107, p.240-245.
  15. Макаренко В.Д. Експериментальні випробування трубопроводів // Ніжин:НДУ ім.Миколи Гоголя, 2020.-543с.
  16. Макаренко В.Д., Стогній O.В., Гоц В.І. і ін. Полігонні випробування газопроводів. Монографія// Ніжин: НДУ ім. М. Гоголя. -2023. – 160 с.
  17. Макаренко В.Д., Білик С.І., Чигиринець О.Е. і ін. Кінетика тріщино утворення в сталевих конструкціях// Київ:НУБіП України. -2023. -248 с.
  18. Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальних конструкцій // Киев: Наукова думка. -1981.-284 с.
  19. Макаренко В.Д., Стогній O.В., Гоц В.І. і ін. Натурні випробування трубопроводів. Монографія// Ніжин: НДУ ім. М.Гоголя. -2023. – 154 с.
  20. Влияние водорода на хрупкость конструкционных сталей и сварных соединений / И.К. Походня, В.И.Швачко, С.А. Котречко и др. // Автомат сварка. – 1989.- №5. – С. 1 – 4.
  21. Коррозионно-механическое разрушение сварных конструкций / В.И. Похмурский,Р.К. Мелехов, Г.М. Круцан и др.// Киев: Наукова думка.- 1995. – 391 с.
 

References:

  1. Makarenko V.D., Gots V.I., Savenko V.I., Vladimirov O.V., Makarenko Yu.V. Eksperymentalni doslidzhennia kinetyky rostu trishchyn ta nesuchoi zdatnosti trubnykh stalei pidzemnykh system vodovidvedennia (Experimental studies of crack growth kinetics and bearing capacity of pipe steels of underground drainage systems) // Opir materialiv i teoriia sporud: Vyp. №110.- 2023, S. 469-482.
  2. Makarenko Yu.V, Savenko V.I, Gorlach O.M, Zadorozhnikova O.V., Chygyrynets O.E., Pobeda S.S. Doslidzhennia kinetyky rostu trishchyn pid diieiu statychnykh i dynamichnykh navantazhen trubnykh stalei v koroziino-ahresyvnomu seredovyshchi NASE (Study of the kinetics of crack growth under the action of static and dynamic loads of pipe steels in a corrosive-aggressive environment NACE) // Opir materialiv i teoriia sporud: Vyp. №110.- 2023, S. 520-532.
  3. NACE Standard TM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments // NACE. – Houston. P.O. BOX 218340.1990.-22 p.
  4. Okada T., Hattori S. Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carbon Structural Steel, Fukui University, Yaponiia: Teoretychni osnovy inzhenernykh rozrakhunkiv (Pratsi Amerykanskoho tovarystva inzheneriv-mekhanikiv); yzd-vo Myr, 1985, №3, S. 98-107.
  5. Makarenko V.D., Kryzhanivskyi E.I., Chernov V.Yu. Problemy koroziinoi stiikosti promyslovykh truboprovodiv  (Problems of corrosion resistance of industrial pipelines) // Naftova i hazova promyslovist. -2002.-№6.-S. 42-44.
  6. Samoilenko M.I. Funktsionalna nadiinist truboprovidnykh transportnykh system  (Functional reliability of pipeline transport systems) // Kharkiv: KhNAMP. – 2009.-184s.
  7. Nasonina N.G., Antonenko S.E. Analiz poshkodzhenosti vodoprovidnykh i kanalizatsiinykh merezh (Damage analysis of water supply and sewage networks) // Suchasne promyslove ta tsyvilne budivnytstvo. -2019.-Tom15.-№1.-S. 23-34.
  8. Makarenko V.D., Gots V.I., Argatenko T.V. Doslidzhennia avariinykh truboprovodiv (Investigation of emergency pipelines) // Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta hidravliky, vyp. 42. -2023.-S. 49-58.
  9. Bridu A., Lafrance M., Provo I. Rozrobka novykh sortiv staly z pidvyshchenymy kharakterystykamy dlia transportu kysloho hazu ta nafty (Development of new grades of steel with increased characteristics for the transport of acid gas and oil) // Naftohaz-Frantsiia-YuzichorAsie, 1986. - 19 s.
  10. Chaplya O., Radkevich O., Pyasetskyi O., Spector Ya. Porivnialnyi analiz koroziino-mekhanichnykh vlastyvostei vitchyznianoi trubnoi stali 20YuCh z inozemnymy analohamy (Comparative analysis of corrosion-mechanical properties of domestic pipe steel 20YCH with foreign analogues )//Mashynoznavstvo. -1999.-№8. – S. 52-56.
  11. Radkevich O., Chumalo G., Dominyuk I. and others. Osnovni zakonomirnosti navodniuvannia ta poverkhnevoho pukhyrinnia trubnoi stali v sirkovodnevykh seredovyshchakh (Basic patterns of waterlogging and surface blistering of pipe steel in hydrogen sulfide environments) // Fiz.-khim. mexanikamaterialiv. - 2004. - Spets. vyp. № 4, t. 1. - S. 446-449.
  12. Tyson W.R. Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Dislocation Interactions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.
  13. Ford F.P.Stress Corrosion Crackinq in Advances in Corrosions Science-1, Ed., R.N.Parkins, Applied Seience  Publishers, 2002.
  14. Kawakubo T., Hisida M. Rozrakhunok pryskorenoho navkolyshnim seredovyshchem rostu trishchyny dlia neirzhaviiuchoi stali u vodi vysokoi temperatury na osnovi mekhaniky pruzhno-plastychnoho ruinuvannia (Calculation of environmentally accelerated crack growth for stainless steel in high-temperature water based on elastic-plastic fracture mechanics) //Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107, p. 240-245.
  15. Makarenko V.D. Eksperymentalni vyprobuvannia truboprovodiv  (Experimental testing of pipelines) // Nizhyn:NDU im.Mykoly Hoholia, 2020.-543s.
  16. Makarenko V.D., Stognii O.V., Gots V.I. Polihonni vyprobuvannia hazoprovodiv  (Polygon tests of gas pipelines) Monohrafiia// Nizhyn: NDU im. M.Hoholia. -2023. – 160 s.
  17. Makarenko V.D., Bilyk S.I., Chihyrynets O.E. Kinetyka trishchyno utvorennia v stalevykh konstruktsiiakh  (Kinetics of crack formation in steel structures) // Kyiv:NUBiP Ukrainy. -2023. -248 s.
  18. Meshkov Yu.Ya. Fizychni zasady ruinuvannia stalevykh konstruktsii (Physical principles of destruction of steel structures) // Kyiv: Naukova dumka. -1981.-284 s.
  19. Makarenko V.D., Stognii O.V., Gots V.I. Naturni vyprobuvannia truboprovodiv (Field tests of pipelines) Monohrafiia// Nizhyn: NDU im. M.Hoholia. -2023. – 154 s.
  20. Pokhodnia I.K., Shvachko V.I., Kotrechko S.A. Vplyv vodniu na krykhkist konstruktsiinykh stalei ta zvarnykh ziednan (The effect of hydrogen on the brittleness of structural steels and welded joints) // Avtomat zvariuvannia. - 1989. - №5. - S. 1 - 4.
  21. Pokhmurskyi V.I., Melekhov R.K., Krutsan H.M. Koroziino-mekhanichne ruinuvannia zvarnykh konstruktsii (Corrosion-mechanical destruction of welded structures) // Kyiv: Naukova dumka. - 1995. - 391 s.