Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення
Досліджено вплив повторної нормалізації експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб на її структуру, ріст втомних тріщин та фрактографічні особливості руйнування. Встановлено зниження швидкості росту тріщин та зникнення крихких елементів на зламах після усунення текстури феритних виділень та карбідів...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2014
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134439 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення / Є.І. Крижанівський, І.М. Гойсан, О.З. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 1. — С. 86-91. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134439 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Крижанівський, Є.І. Гойсан, І.М. Студент, О.З. 2018-06-13T13:58:42Z 2018-06-13T13:58:42Z 2014 Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення / Є.І. Крижанівський, І.М. Гойсан, О.З. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 1. — С. 86-91. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134439 621.325:669.539.43 Досліджено вплив повторної нормалізації експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб на її структуру, ріст втомних тріщин та фрактографічні особливості руйнування. Встановлено зниження швидкості росту тріщин та зникнення крихких елементів на зламах після усунення текстури феритних виділень та карбідів з меж зерен внаслідок повторного термічного оброблення сталі. Водночас на 5% всіх досліджених зразків не виявили позитивного впливу відновлювального термічного оброблення на швидкість росту втомної тріщини в експлуатованому металі, що свідчить про доцільність попереднього (перед термічним обробленням) контролю технічного стану металу за показниками, чутливими до розсіяної пошкодженості. Исследовано влияние повторной нормализации эксплуатированной стали 36Г2С бурильных труб на ее структуру, рост усталостных трещин и фрактографические особенности разрушения. Обнаружено снижение скорости роста усталостных трещин и исчезновение хрупких элементов на изломах после устранения текстуры ферритных выделений и карбидов с границ зерен вследствие повторной термической обработки стали. В то же время на 5% всех исследованных образцов не обнаружили положительного влияния восстановительной термической обработки на скорость роста усталостной трещины в эксплуатированном металле, что свидетельствует о целесообразности предварительного (перед термической обработкой) контроля технического состояния металла за показателями, чувствительными к рассеянной повреждаемости. The effect of repeated normalization of the operated 36Г2С steel of drilling pipes on its microstructure, fatigue crack growth and fractography features was investigated. The decrease of fatigue crack growth rate and disappearance of the brittle elements from fracture surfaces were revealed after removing ferrite texture and carbides from the grain boundaries as a result of repeated thermal treatment of the operated steel. The positive influence of the repeated normalisation was not revealed for the 5% investigated specimens. This proves the requirement of the technical state control of the drilling pipes metal using indices sensitive to dissipated damages. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення Особенности роста усталостных трещин в стали 36Г2С бурильных труб после восстановительной термической обработки Peculiarities of fatigue crack growth in 36Г2С steel of drilling pipes after restoration thermal treatment Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| spellingShingle |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення Крижанівський, Є.І. Гойсан, І.М. Студент, О.З. |
| title_short |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| title_full |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| title_fullStr |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| title_full_unstemmed |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| title_sort |
особливості росту втомних тріщин у сталі 36г2с бурильних труб після відновлювального термічного оброблення |
| author |
Крижанівський, Є.І. Гойсан, І.М. Студент, О.З. |
| author_facet |
Крижанівський, Є.І. Гойсан, І.М. Студент, О.З. |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особенности роста усталостных трещин в стали 36Г2С бурильных труб после восстановительной термической обработки Peculiarities of fatigue crack growth in 36Г2С steel of drilling pipes after restoration thermal treatment |
| description |
Досліджено вплив повторної нормалізації експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб на її структуру, ріст втомних тріщин та фрактографічні особливості руйнування. Встановлено зниження швидкості росту тріщин та зникнення крихких елементів на зламах після усунення текстури феритних виділень та карбідів з меж зерен внаслідок повторного термічного оброблення сталі. Водночас на 5% всіх досліджених зразків не виявили позитивного впливу відновлювального термічного оброблення на швидкість росту втомної тріщини в експлуатованому металі, що свідчить про доцільність попереднього (перед термічним обробленням) контролю технічного стану металу за показниками, чутливими до розсіяної пошкодженості.
Исследовано влияние повторной нормализации эксплуатированной стали 36Г2С бурильных труб на ее структуру, рост усталостных трещин и фрактографические особенности разрушения. Обнаружено снижение скорости роста усталостных трещин и исчезновение хрупких элементов на изломах после устранения текстуры ферритных выделений и карбидов с границ зерен вследствие повторной термической обработки стали. В то же время на 5% всех исследованных образцов не обнаружили положительного влияния восстановительной термической обработки на скорость роста усталостной трещины в эксплуатированном металле, что свидетельствует о целесообразности предварительного (перед термической обработкой) контроля технического состояния металла за показателями, чувствительными к рассеянной повреждаемости.
The effect of repeated normalization of the operated 36Г2С steel of drilling pipes on its microstructure, fatigue crack growth and fractography features was investigated. The decrease of fatigue crack growth rate and disappearance of the brittle elements from fracture surfaces were revealed after removing ferrite texture and carbides from the grain boundaries as a result of repeated thermal treatment of the operated steel. The positive influence of the repeated normalisation was not revealed for the 5% investigated specimens. This proves the requirement of the technical state control of the drilling pipes metal using indices sensitive to dissipated damages.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134439 |
| citation_txt |
Особливості росту втомних тріщин у сталі 36Г2С бурильних труб після відновлювального термічного оброблення / Є.І. Крижанівський, І.М. Гойсан, О.З. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 1. — С. 86-91. — Бібліогр.: 11 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT križanívsʹkiiêí osoblivostírostuvtomnihtríŝinustalí36g2sburilʹnihtrubpíslâvídnovlûvalʹnogotermíčnogoobroblennâ AT goisaním osoblivostírostuvtomnihtríŝinustalí36g2sburilʹnihtrubpíslâvídnovlûvalʹnogotermíčnogoobroblennâ AT studentoz osoblivostírostuvtomnihtríŝinustalí36g2sburilʹnihtrubpíslâvídnovlûvalʹnogotermíčnogoobroblennâ AT križanívsʹkiiêí osobennostirostaustalostnyhtreŝinvstali36g2sburilʹnyhtrubposlevosstanovitelʹnoitermičeskoiobrabotki AT goisaním osobennostirostaustalostnyhtreŝinvstali36g2sburilʹnyhtrubposlevosstanovitelʹnoitermičeskoiobrabotki AT studentoz osobennostirostaustalostnyhtreŝinvstali36g2sburilʹnyhtrubposlevosstanovitelʹnoitermičeskoiobrabotki AT križanívsʹkiiêí peculiaritiesoffatiguecrackgrowthin36g2ssteelofdrillingpipesafterrestorationthermaltreatment AT goisaním peculiaritiesoffatiguecrackgrowthin36g2ssteelofdrillingpipesafterrestorationthermaltreatment AT studentoz peculiaritiesoffatiguecrackgrowthin36g2ssteelofdrillingpipesafterrestorationthermaltreatment |
| first_indexed |
2025-11-25T20:40:28Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:40:28Z |
| _version_ |
1850530969892683776 |
| fulltext |
86
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2014. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 621.325:669.539.43
ОСОБЛИВОСТІ РОСТУ ВТОМНИХ ТРІЩИН У СТАЛІ 36Г2С
БУРИЛЬНИХ ТРУБ ПІСЛЯ ВІДНОВЛЮВАЛЬНОГО
ТЕРМІЧНОГО ОБРОБЛЕННЯ
Є. І. КРИЖАНІВСЬКИЙ 1, І. М. ГОЙСАН 1, О. З. СТУДЕНТ 2
1 Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу;
2 Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено вплив повторної нормалізації експлуатованої сталі 36Г2С бурильних
труб на її структуру, ріст втомних тріщин та фрактографічні особливості руйнуван-
ня. Встановлено зниження швидкості росту тріщин та зникнення крихких елементів
на зламах після усунення текстури феритних виділень та карбідів з меж зерен внас-
лідок повторного термічного оброблення сталі. Водночас на 5% всіх досліджених
зразків не виявили позитивного впливу відновлювального термічного оброблення на
швидкість росту втомної тріщини в експлуатованому металі, що свідчить про до-
цільність попереднього (перед термічним обробленням) контролю технічного стану
металу за показниками, чутливими до розсіяної пошкодженості.
Ключові слова: експлуатована сталь, бурильні труби, структура, фрактографічні
ознаки, швидкість росту втомних тріщин, розсіяна пошкодженість, високотемпе-
ратурна фазова перекристалізація, продовження ресурсу.
Особливість експлуатаційної деградації конструкцій тривалої експлуатації
проявляється у зниженні початкових фізико-механічних характеристик металу
[1–5]. Це стосується і свердловинного обладнання нафто- та газовидобувного
комплексу, зокрема бурильних колон, які працюють за впливу циклічних наван-
тажень, тому здатність матеріалу чинити опір накопиченню втомних пошко-
джень вважають однією з найважливіших властивостей. Досвід експлуатації бу-
рильних труб свідчить, що їх вихід із ладу значною мірою спричинений ростом
утомних тріщин [6], які зароджуються у місцях максимальної концентрації напру-
жень, а час до їх виникнення становить 10…20% від загального ресурсу труб [7].
Згідно з чинними нормативними документами бурильні труби з дефектами
глибиною 3…5 mm відбраковують [8]. Іноді через тріщини усі труби бурильної
колони повністю замінюють. Дефектоскопією відбракованих, але не зламаних
труб виявляють тріщини глибиною до 7 mm [9]. Макроаналіз зламів бурильних
труб свідчить, що значна частина площі їх поперечного перерізу припадає на зо-
ну втомного підростання тріщини, а швидкість та характер її росту суттєво зале-
жать від структури матеріалу.
Мета цього дослідження – виявити вплив повторної нормалізації попередньо
експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб на швидкість росту та фракто-
графічні особливості втомного руйнування та обґрунтувати можливість підви-
щення довговічності експлуатованих бурильних труб.
Матеріали та методики. Зразки для втомних досліджень вирізали з експлуа-
тованих бурильних труб ТБВ 140 (діаметром 140 mm) з висадженими всередину
кінцями зі сталі 36Г2С (0,35% С; 1,5 Mn; 0,6 Si; 0,045 P; 0,045% S) групи міцності Л
(σВ = 784, а σ0,2 = 637 MPa), які відпрацювали 30…45% свого ресурсу і відбракова-
Контактна особа: О. З. СТУДЕНТ, e-mail: student@ipm.lviv.ua
87
ні за результатами дефектостокопії [10]. Використали балкові зразки осьової
орієнтації (4×10×100 mm) з V-подібним (кут при вершині 60°) концентратором
напружень глибиною 1 mm та радіусом у вершині 0,1 mm, або зі заздалегідь на-
веденими втомними тріщинами довжиною 1 або 2 mm. Їх бічні поверхні шліфу-
вали, а в зоні поширення тріщини полірували. Напрям та площина поширення
утомної тріщини в зразках відповідали спостереженим на трубах, пошкоджених в
експлуатаційних умовах (колові тріщини в радіальному напрямі).
Зразки експлуатованої сталі повторно нормалізували від 850°С за витриму-
вання при тій же температурі 10 min та охолодження з піччю (9,5°C/min), забез-
печуючи так високотемпературну фазову перекристалізацію матеріалу. Їх цикліч-
но деформували консольним згином за жорсткої системи навантаження в пруж-
но-пластичній області навантаження (початкове напруження в брутто-перерізі
зразків 22,5 MPa) з частотою 24,2 Hz та асиметрією циклу 0,05. Підростання трі-
щини фіксували мікроскопом МБС 10 з точністю до 0,02 mm. Мікротвердість сталі
заміряли мікротвердоміром ПМТ-3. Для металографічних та фрактографічних
досліджень застосували сканівний електронний мікроскоп ZEISS EVO 40XVP.
Результати та їх обговорення. Металографічні дослідження. Як правило,
на завершальному етапі виготовлення бурильні труби зі сталі 36Г2С нормалізу-
ють від температури 850°С. За зміни товщини стінки труб від 7 до 30 mm трива-
лість їх нагрівання в печах коливається від 70 до 140 min, а час витримування –
від 10 до 25 min [11]. Внаслідок такого термічного оброблення в мікроструктурі
експлуатованої сталі зазвичай переважає сорбітоподібний перліт з виділеннями
фериту. Під час обстеження експлуатованого металу виявили стрічкоподібні ви-
ділення фериту та великі карбіди вздовж меж зерен (рис. 1а). Перші можуть свід-
чити про занижену температуру під час вальцювання труб на етапі їх виготовлен-
ня, або про порушення режиму їх охолодження під час нормалізації, а карбіди
вважали наслідком експлуатаційної деградації сталі, оскільки після нормалізації
їх не повинно було би бути на межах зерен.
Рис. 1. Структура експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб без (а) та після (b)
високотемпературної фазової перекристалізації; ×2500.
Fig. 1. Microstructure of the operated 36Г2C steel of drilling pipes without (a) and after (b)
high temperature phase recrystallization; ×2500.
Після повторної нормалізації експлуатованої сталі, внаслідок якої відбулася
її високотемпературна фазова перекристалізація, в структурі переважали сорбіто-
подібний перліт з виділеннями фериту без явного його текстурування, зросли
розміри зерен, а карбіди вздовж їх меж не ідентифікували (рис. 1b). Таку структу-
ру повинна була б мати сталь після первинної нормалізації. І те, що на лаборатор-
них зразках не виявили стрічковості розташування фериту, підтверджує важли-
вість дотримання регламенту температурного режиму вальцювання, швидкості
охолодження труб під час їх виготовлення та вхідного контролю структури сталі
перед допуском до експлуатації.
88
Результати механічних випроб.
Зміна структури сталі після повторної
нормалізації вплинула на її механічні
властивості. Зокрема, дещо знизилася
мікротвердість (від ∼2600 до ∼2450 MPa)
та підвищився опір втомному руйнуван-
ню. Після повторної нормалізації швид-
кість росту тріщини в експлуатованій
сталі знизилася до 5⋅10–9 m/cycle проти
2,4⋅10–8 m/cycle відразу після експлуатації
(рис. 2, криві 2 і 1 відповідно). Зростання
опору втомному руйнуванню пов’язали з
меншою дефектністю металу після попе-
редньої експлуатації та відновленням йо-
го пластичності. Такий ефект повторного
термічного оброблення проявився у зраз-
ках і з надрізами (крива 2), і з тріщинами
(криві 3, 5). За наявності заздалегідь на-
ведених утомних тріщин позитивний
ефект термічного оброблення дещо слаб-
шає (швидкість росту тріщини завдовж-
ки 1 mm у зразках з тріщиною знизилася
до 7,1⋅10–9 m/cycle, а довжиною 2 mm –
до 1,1⋅10–8 m/cycle), що пов’язали з не-
відповідністю напружено-деформовано-
го стану в околі тріщин і концентраторів
та, відповідно, розмірів зон передруйнування в їх околі. Причому, що коротша
тріщина у зразку, який підлягає повторному термічному обробленню, то сильні-
ший його позитивний вплив на загальну довговічність зразків (криві 3, 5).
Водночас зафіксували нестабільність такої закономірності, бо на 5% випро-
буваних зразків з тріщинами не виявили позитивного впливу повторного терміч-
ного оброблення на швидкість їх росту (крива 4). Це пов’язали з різною мірою
розсіяної пошкодженості і нерівномірністю її розподілу в експлуатованих трубах,
з яких вирізали зразки. Отже, існує певна критична міра розсіяної пошкоджено-
сті, яку не усуває високотемпературна фазова перекристалізація.
Результати фрактографічної експертизи зламів. Виявили зростання
рельєфності утомних макрозламів у термічно обробленій сталі на етапі зароджен-
ня тріщини від вершини надрізу. Сильнішу рельєфність зламів зазвичай пов’язу-
ють з більшими енергозатратами на руйнування. Отже, після термічного оброб-
лення енергозатрати на ріст утомної тріщини зросли, що узгоджується з резуль-
татами механічних випроб, за якими однакове підростання тріщини досягається в
термічно обробленій сталі після більшої кількості циклів навантаження, ніж у не-
обробленій (див. рис. 2, криві 1 і 2).
Зона зародження втомної тріщини від вершини надрізів зразків обох варіан-
тів (експлуатованого і відновленого) виявилася пошкодженою внаслідок контак-
тування берегів тріщини в циклі навантаження, спричиненого ефектом її закрит-
тя, що перешкоджало з’ясуванню особливостей механізму руйнування. Лише на
віддалі 0,5…0,7 mm від вершини надрізу вже можна було спостерігати фрагмен-
ти утомних борозенок за збереження істотного наклепу гребенів між суміжними
фестонами, які виступали над загалом плитким рельєфом.
За довжини тріщини понад ∼3 mm кількість неушкоджених фрагментів зла-
мів зросла і став можливим їх детальніший аналіз. Зафіксували велику кількість
Рис. 2. Ріст утомних тріщин у зразках
з концентратором (1, 2) та з попередньо
наведеними втомними тріщинами
довжиною 1 (3, 4) та 2 mm (5)
експлуатованої сталі 36Г2С без (1)
та після (2–5) повторної нормалізації.
Fig. 2. Fatigue crack growth in the speci-
mens with stress concentrators (1, 2)
and fatigue cracks of length 1 (3, 4)
and 2 mm (5) of the operated
36Г2С steel without (1)
and after re-normalization (2–5).
89
вторинних тріщин в експлуатованій сталі (рис. 3a), які практично відсутні на зла-
мах термічно обробленої. Крім того, після оброблення зростає фрагментованість
зламу в’язкими елементами витягування внаслідок затримок просування тріщини.
Рис. 3. Мікрофрактограми сталі 36Г2С після експлуатації (а, b) та подальшого
рекристалізаційного термічного оброблення (c–f) зразків з надрізом (а–c) та з утомними
тріщинами довжиною 1 (d) та 2 mm (e, f) на віддалі ∼3,0 mm від вершини концентратора.
Fig. 3. Microphractograms of 36Г2С steel after exploitation (a, b) and after following
recrystallization thermal treatment (c–f) of the specimens with mechanical notch (a–c) and
fatigue cracks of length 1 (d) and 2 mm (e, f) at the distance ∼3.0 mm from the notch tip.
За вищої роздільної здатності в обох випадках рельєф формують утомні бо-
розенки, орієнтовані перпендикулярно до напряму росту тріщини. В необробле-
ній сталі вони декоровані вторинними мікротріщинами і тому їх класифікували
як крихкі (рис. 3b). Тоді як після оброблення вторинне розтріскування практично
відсутнє і очевидна істотна пластична деформація металу під час формування бо-
розенок (рис. 3c). Зі зростанням довжини тріщини в обох варіантах сталі всі опи-
сані особливості руйнування зберігаються, але зростають крок утомних борозе-
нок і їх рельєфність, що є ознакою поступового підвищення швидкості росту трі-
щин. За підростання тріщини до 5 mm в необробленій сталі все ще домінує фес-
тонна будова зламу з крихкими утомними борозенками, а в обробленій в’язкі бо-
розенки практично вироджуються і на зламі переважають ділянки зі слідами
значного пластичного деформування, перемежовані елементами квазівідколу. Ця
особливість домінує в обох варіантах сталі, коли тріщина досягає критичного
розміру, після чого зразки спонтанно руйнуються. Сліди контактування спряже-
них поверхонь зламів у вигляді вм’ятин та затирів уздовж меж розділу суміжних
фестонів все ще залишаються характерними фрактографічними елементами
утомного руйнування.
Як і в зразках з концентратором, на зламах термічно оброблених з втомними
тріщинами (ними моделювали можливі тріщини в реальних бурильних трубах
перед їх термічним обробленням) крихкі борозенки майже зникають, а натомість
з’являються в’язкі (рис. 3c, d). Істотно зменшились кількість і розкриття вторин-
них тріщин, які декорують утомні борозенки, та суттєво підвищилась кількість
в’язких елементів. На ділянках, де ще збереглися крихкі борозенки (рис. 3f), їх
кількість, густина і розкриття вторинних мікротріщин, що декорують їх, істотно
зменшились проти спостережених у необробленій сталі. Тому вважали, що
дефекти в перерізі труб розподілені нерівномірно і за наявності в експлуатованих
трубах тріщин не слід сподіватися на повне усунення їх впливу після рекристалі-
зації. Це підтвердили результати досліджень 5% зразків з тріщинами, на яких по-
90
зитивний ефект термічного оброблення практично знівельовано. Зрозуміло, що за
відсутності впливу термічного оброблення на швидкість росту втомної тріщини
фрактографічні ознаки рельєфу практично повторювали спостережені на зразках
без оброблення. Але попри це, на зламах траплялися також ділянки з в’язкими
борозенками, яких не було на зламах необроблених зразків. Крім того, у цьому
випадку зберігається велика кількість довгих і широко розкритих вторинних трі-
щин (рис. 3f). Можливо, ці тріщини виникли ще на етапі експлуатації труб і тер-
мічне оброблення не могло усунути їх. Тому припустили, що існує критичний рі-
вень розпорошеної пошкодженості бурильних труб, за досягнення якої позитив-
ний ефект термічного оброблення не досягається навіть за високотемпературної
фазової перекристалізації сталі.
Отримані результати дають підстави рекомендувати рекристалізаційне об-
роблення труб як перспективний спосіб продовження їх ресурсу. Однак необ-
хідний неруйнівний контроль стану металу, який давав би можливість відбраку-
вати труби з критичним рівнем пошкоджень, які неможливо усунути термічним
обробленням.
ВИСНОВКИ
У структурі експлуатованої сталі 36Г2С бурильних труб виявили сорбітопо-
дібний перліт зі стрічковим розташуванням фериту та великими карбідами
вздовж меж зерен. Внаслідок повторної нормалізації експлуатованої сталі зросли
розміри зерен сорбітоподібного перліту, зникли текстурування фериту та карбіди
вздовж їх меж. Цим аргументували потребу вхідного контролю структури бу-
рильних труб.
Швидкість росту тріщини у повторно нормалізованій після експлуатації
сталі знизилася порівняно з визначеною відразу після її експлуатації (в ∼4,5 рази
у зразках з надрізом та в 3,4 і в 2,2 рази – у зразках з тріщиною довжиною 1 і 2 mm
відповідно), що відкриває непогані перспективи повторного термічного оброб-
лення, щоб відновити роботоздатність бурильних труб. На зразках з попередньо
наведеними утомними тріщинами позитивний ефект повторного термічного об-
роблення дещо слабший, ніж на зразках з надрізами. Що коротша тріщина в зраз-
ку, то сильніший його позитивний вплив.
Повторна нормалізація експлуатованої сталі впливає на фрактографічні оз-
наки утомного руйнування: зникають елементи вторинного розтріскування, а
квазікрихкий відрив з формуванням крихких утомних борозенок з гостро окрес-
леними гребенями, декорованих вторинними тріщинами, змінюється на квазів’яз-
кий з формуванням в’язких утомних борозенок, утворення яких супроводжується
істотним пластичним деформуванням.
Позитивний вплив повторної нормалізації не виявили на 5% з усіх дослідже-
них зразків. Тому виникає низка проблем, пов’язаних з необхідністю заздалегідь
(перед термічним обробленням) контролювати технічний стан металу за мірою
розсіяної пошкодженості.
РЕЗЮМЕ. Исследовано влияние повторной нормализации эксплуатированной стали
36Г2С бурильных труб на ее структуру, рост усталостных трещин и фрактографические
особенности разрушения. Обнаружено снижение скорости роста усталостных трещин и
исчезновение хрупких элементов на изломах после устранения текстуры ферритных вы-
делений и карбидов с границ зерен вследствие повторной термической обработки стали.
В то же время на 5% всех исследованных образцов не обнаружили положительного влия-
ния восстановительной термической обработки на скорость роста усталостной трещины в
эксплуатированном металле, что свидетельствует о целесообразности предварительного
(перед термической обработкой) контроля технического состояния металла за показателя-
ми, чувствительными к рассеянной повреждаемости.
91
SUMMARY. The effect of repeated normalization of the operated 36Г2С steel of drilling
pipes on its microstructure, fatigue crack growth and fractography features was investigated.
The decrease of fatigue crack growth rate and disappearance of the brittle elements from fracture
surfaces were revealed after removing ferrite texture and carbides from the grain boundaries as a
result of repeated thermal treatment of the operated steel. The positive influence of the repeated
normalisation was not revealed for the 5% investigated specimens. This proves the requirement
of the technical state control of the drilling pipes metal using indices sensitive to dissipated
damages.
1. Осташ О. П., Андрейко І. М., Головатюк Ю. В. Деградація матеріалів і втомна довго-
вічність тривало експлуатованих авіаконструкцій // Фіз.-хім. механіка матеріалів.
– 2006. – 42, № 4. – С. 5–17.
(Ostash O. P., Andreiko I. M., and Holovatyuk Yu. V. Degradation of materials and fatigue
durability of aircraft constructions after long-term operation // Materials Science – 2006.
– 42, № 4. – P. 427–429.)
2. Оцінювання впливу зупинок технологічного процесу на зміну технічного стану металу
головних парогонів ТЕС / Г. М. Никифорчин, О. З. Студент, Г. В. Кречковська,
А. Д. Марков // Там же. – 2010. – 46, № 2. – С. 42–54.
(Nykyforchyn H. M., Student O. Z., Krechkovs’ka H. V., and Markov A. D. Evaluation of the
influence of shutdowns of a technological process on changes in the in-service state of the
metal of main steam pipelines of thermal power plants // Materials Science. – 2010. – 46,
№ 2. – P. 177–189.)
3. Environmentally assisted “in-bulk” steel degradation of long term service gas trunkline
/ H. Nykyforchyn, E. Lunarska, O. Tsyrul’nyk et al. // Engng. Failure Analysis. – 2010. – 17,
№ 3. – P. 624–632.
4. Крижанівський Є. І., Никифорчин Г. М. Особливості корозійно-водневої деградації
сталей нафтогазопроводів і резервуарів зберігання нафти // Фіз.-хiм. механiка матерiа-
лiв. – 2011. – 47, № 2. – С. 11–20.
(Kryzhanivs’kyi E. І. and Nykyforchyn H. M. Specific features of hydrogen-induced corro-
sion degradation of steels of gas and oil pipelines and oil storage reservoirs // Materials
Science. – 2011. – 47, № 2. – P. 127–138).
5. Студент О. З., Свірська Л. М., Дзіоба І. Р. Вплив тривалої експлуатації сталі 12Х1МФ
з різних зон гину парогону ТЕС на її механічні характеристики // Там же. – 2012. – 48,
№ 2. – С. 111–118.
(Student O. Z., Svirs’ka L. M., Dzioba I. R. Influence of the long-term operation of 12Х1МФ
steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mecha-
nical characteristics // Materials Science. – 2012. – 48, № 2. – P. 239–246.)
6. Кортунов А. Бурильные колонны – проблемы и решения // Бурение и нефть. – 2006.
– № 3. – С. 43–44.
7. Механіка руйнування і міцність матеріалів: Довідн. пос. / Під заг. ред. В. В. Панасюка.
– К.: Наук. думка, 1988. – Т. 10: Міцність та довговічність нафтогазового обладнання
/ Під ред. В. І. Похмурського, Є. І. Крижанівського. – Львів; Івано-Франківськ: ФМІ
НАН України та ІФНТУНГ, 2006. – 1192 с.
8. РД-39-013-90. Инструкция по эксплуатации бурильных труб: ВНИИ разраб. и эксплуа-
тации нефтепромысловых труб. – Куйбышев: ВНИИТнефть, 1990. – 226 с.
9. Ляпков А. А. Исследование долговечности бурильной трубы с усталостными трещина-
ми при различных запасах прочности // Разведка и охрана недр. – 1982. – № 5. – С. 5–7.
10. Артим В. І., Гойсан І. М. Дослідження втомної довговічності натурних зразків буриль-
них труб за багатоступеневого навантажування // Розвідка та розробка нафтових і га-
зових родовищ: Держ. мідвід. наук.-техн. зб. ІФНТУНГ. – 2010. – № 1. – С. 46–52.
11. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. в 3-х т. / Под ред. М. Л. Берн-
штейна, А. Г. Рахштадта. Т. 3: Термическая обработка металлопродукции / М. Л. Берн-
штейн, Ю. М. Брунзель, С. А. Голованенко и др. – М.: Металлургия, 1983. – 214 с.
Одержано 30.04.2013
|