RU2530486C1 - Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel - Google Patents

Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel Download PDF

Info

Publication number
RU2530486C1
RU2530486C1 RU2013125535/28A RU2013125535A RU2530486C1 RU 2530486 C1 RU2530486 C1 RU 2530486C1 RU 2013125535/28 A RU2013125535/28 A RU 2013125535/28A RU 2013125535 A RU2013125535 A RU 2013125535A RU 2530486 C1 RU2530486 C1 RU 2530486C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
resistance
samples
value
stress corrosion
Prior art date
Application number
RU2013125535/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Зайцев
Ирина Гавриловна Родионова
Ольга Николаевна Бакланова
Галина Владимировна Брюнина
Александр Владимирович Гришин
Таймураз Сулейманович Есиев
Илья Викторович Ряховских
Наталия Васильевна Скоморохова
Кирилл Анатольевич Удод
Инна Аипхановна Шумакова
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
Priority to RU2013125535/28A priority Critical patent/RU2530486C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530486C1 publication Critical patent/RU2530486C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel comprises preparing cylindrically shaped samples, applying voltage and exposing said samples to the testing medium; wherein the samples are subjected to preliminary tensile deformation with stretch ratio of 1-10%; applying a load, the value of which is 50-80% of the yield point, and placing the samples into the testing medium with pH 2.5-5 for 180-360 hours; breaking down the samples on air by stretching on a breaking machine, and judging stress corrosion cracking resistance from the difference in mechanical properties of steel in the initial state and after testing; wherein stress corrosion cracking resistance is judged from the degree of change in plasticity, which is calculated using the formula: ξ = δ 5 0 δ 5 H δ 5 0 100 % ,
Figure 00000006
where δ 5 0
Figure 00000007
is relative elongation in the initial state; δ 5 H
Figure 00000005
is relative elongation after testing, wherein steel for which the value ξ ranges from 0 to +10% is assigned class 1 resistance, steel for which the value ξ is greater than +10% or ranges from minus 10% to 0% is assigned class 2 resistance and steel for which the value ξ is minus 10% is assigned class 3 resistance.
EFFECT: high information value and reliability while shortening the duration of testing for stress corrosion cracking resistance, taking into account the susceptibility of steel to nonuniform plastic deformation, and enabling the classification of steel according to stress corrosion cracking resistance.
2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области контроля качества стальных изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, оказывающих коррозионное воздействие на металлы.The invention relates to the field of quality control of steel products intended for use in aggressive environments that have a corrosive effect on metals.

Одним из наиболее повреждаемых в результате коррозионного воздействия объектов является оборудование, подвергающееся воздействию агрессивных сред, составной частью которых является водород (свободный, несвязанный) и др. агрессивные компоненты. К такому оборудованию относятся трубопроводы для транспортировки нефти и газа, в том числе магистральные, а также внутрипромысловые, резервуары, скважинное и др. виды оборудования (в том числе для химической и нефтеперерабатывающей промышленности).One of the most damaged objects as a result of corrosion is equipment exposed to aggressive environments, of which hydrogen (free, unbound) and other aggressive components are a component. Such equipment includes pipelines for transporting oil and gas, including trunk pipelines, as well as infield, tanks, downhole and other types of equipment (including for the chemical and oil refining industries).

Одним из главных видов коррозионного разрушения такого оборудования является коррозионное растрескивание под напряжением (КРН, стресс-коррозия).One of the main types of corrosion failure of such equipment is stress corrosion cracking (SCC, stress corrosion).

Применительно к стальным магистральным газопроводам важными стадиями данного вида разрушения являются:In relation to steel gas pipelines, the important stages of this type of destruction are:

- возникновение очагов локальной коррозии на поверхности трубы при ее контакте с грунтовым электролитом по классическому электрохимическому механизму с последующим зарождением стресс-коррозионных трещин,- the occurrence of foci of local corrosion on the surface of the pipe upon its contact with the soil electrolyte according to the classical electrochemical mechanism with the subsequent generation of stress-corrosion cracks,

- развитие трещин КРН по механизму анодного растворения металла в устье трещины или водородного охрупчивания (из-за поступления в сталь водорода из коррозионной среды), которое на определенной стадии может получить аномальное ускорение и привести к сквозному протяженному разрушению трубопровода.- development of SCC cracks by the mechanism of anodic dissolution of the metal at the mouth of the crack or hydrogen embrittlement (due to the ingress of hydrogen into the steel from the corrosive medium), which at a certain stage can receive anomalous acceleration and lead to through long-term destruction of the pipeline.

Данные представления о процессе КРН недостаточно полно учитывают роль напряженно-деформированного состояния, а также процессов пластической микродеформации поверхностных, а затем и более глубоких слоев металла, приводящие к исчерпанию запаса пластичности отдельных участков, к возникновению и развитию трещин.These ideas about the SCC process do not fully take into account the role of the stress-strain state, as well as the processes of plastic microdeformation of the surface and then deeper layers of the metal, which lead to the exhaustion of the ductility reserve of individual sections, to the appearance and development of cracks.

Так, основным условием протекания первой стадии КРН - зарождения трещин, является наличие на поверхности труб аномалий, вызывающих неоднородное распределение напряжений в сечении труб: разброс механических свойств металла, разнотолщинность листовой заготовки, вмятины, смещение кромок в зоне сварного шва и т.д. Другие аномальные участки, которые формируются на поверхности в результате контакта имеющихся на ней структурных элементов металла, проявляющих коррозионную активность в водных средах (неметаллических включений, структурной и сегрегационной неоднородности), с грунтовым электролитом, представляют собой очаги коррозии.So, the main condition for the occurrence of the first stage of CSF - the initiation of cracks, is the presence of anomalies on the surface of the pipes that cause an inhomogeneous stress distribution in the pipe section: the spread of the mechanical properties of the metal, the thickness of the sheet blank, dents, the displacement of the edges in the weld zone, etc. Other abnormal areas that form on the surface as a result of the contact of the metal structural elements present on it, exhibiting corrosive activity in aqueous media (non-metallic inclusions, structural and segregation heterogeneity), with a soil electrolyte, are foci of corrosion.

В процессе длительного пребывания под нагрузкой (при эксплуатации трубопровода) металла с аномальными участками на поверхности происходит неизбежное выравнивание поля напряжений, реализующееся путем медленно протекающей пластической деформации металла в местах аномалий. Следствием исчерпания запаса пластичности металла в отдельных микрообъемах становится зарождение микротрещин.During a long stay under load (during pipeline operation) of metal with abnormal areas on the surface, an inevitable leveling of the stress field occurs, which is realized by slowly proceeding plastic deformation of the metal in places of anomalies. The result of the exhaustion of the reserve of ductility of metal in individual microvolumes is the nucleation of microcracks.

Условиями развития второй стадии КРН, кроме наличия на поверхности металла зародышевых трещин, являются доступ коррозионной среды к поверхности металла, а также выделение водорода из коррозионной среды в результате химических и электрохимических процессов. Эта стадия предполагает последовательное чередование двух процессов: локального анодного растворения (ЛАР) и водородного охрупчивания (ВО) при том, что оба процесса подготавливаются и сопровождаются активно идущей пластической деформацией. Процесс микропластических деформаций слоя интенсифицируется под действием водорода. Вопреки распространенному мнению о том, что в водородосодержащих средах происходит процесс охрупчивания, в начальный период при малых концентрациях водород может способствовать микропластическим деформациям. Но эти микропластические деформации, так же как и процессы охрупчивания, приводят к исчерпанию запаса пластичности и к ускоренному развитию процесса КРН.The conditions for the development of the second stage of SCC, in addition to the presence of germ cracks on the metal surface, are access of the corrosive medium to the metal surface, as well as hydrogen evolution from the corrosive medium as a result of chemical and electrochemical processes. This stage involves the sequential alternation of two processes: local anodic dissolution (LAR) and hydrogen embrittlement (VO), while both processes are prepared and accompanied by an active plastic deformation. The process of microplastic deformation of the layer is intensified by the action of hydrogen. Contrary to the widespread belief that embrittlement takes place in hydrogen-containing media, in the initial period at low concentrations, hydrogen can contribute to microplastic deformations. But these microplastic deformations, as well as embrittlement processes, lead to the exhaustion of the plasticity reserve and to the accelerated development of the SCC process.

Представленные модельные представления о процессе КРН свидетельствуют о существенной роли в его развитии склонности стали к неравномерности микродеформации при контакте со средой и о целесообразности ее определения для оценки стойкости стали к КРН.The presented model ideas about the SCC process indicate a significant role in its development of steel’s propensity for uneven microdeformation in contact with the medium and the feasibility of its determination to assess the resistance of steel to SCC.

Известен способ оценки склонности трубных марок сталей к стресс-коррозии, включающий воздействие на испытуемый образец водородсодержащей коррозионной среды, при том, что предварительно на испытуемый образец алмазом наносят отпечатки, прикладывают нагрузку в пределах 0,85-0,95 от предела текучести стали, определяют коэффициент неравномерности поверхностной микродеформации (Кн) по формуле:A known method for assessing the tendency of pipe grades of steel to stress corrosion, including exposure to a test sample of a hydrogen-containing corrosive medium, while previously prints are applied to the test sample with diamond, a load is applied within 0.85-0.95 of the yield strength of the steel, determine the coefficient of non-uniformity of surface microdeformation (K n ) according to the formula:

K H = р а з б i = 1 n Δ l i

Figure 00000001
, K H = R but s b i = one n Δ l i
Figure 00000001
,

где разб - общая сумма разброса деформации участков между отпечатками,where scatter - the total amount of the spread of deformation of the sections between the prints,

Δli - относительное удлинение между отпечатками, Δ l i - the elongation between the prints,

i = 1 n Δ l i

Figure 00000002
- общая сумма удлиненных участков между отпечатками, и по коэффициенту Кн оценивают склонность стали к стресс-коррозии: при значении Кн в пределах 0,05÷0,12, марка трубной стали не склонна к КРН, при значении Кн в пределах 0,12÷0,17 на трубной стали появляются стресс-коррозионные повреждения, не представляющие опасности в условиях длительной эксплуатации, а при значении Кн более 0,17 марка трубной стали склонна к КРН, а в качестве водородсодержащей коррозионной среды используют 3% раствор хлорида натрия, подкисленный соляной кислотой до pH 2-2,3. Способ позволяет повысить коррозионную стойкость магистральных трубопроводов в условиях, вызывающих стресс-коррозию. (патент RU2299420, МПК G01N 17/00, опубликован 20.05.2007). i = one n Δ l i
Figure 00000002
- the total amount of elongated sections between the prints, and the coefficient of K n assess the tendency of steel to stress corrosion: when the value of K n in the range of 0.05 ÷ 0.12, the grade of pipe steel is not prone to SCC, when the value of K n within 0 12 ÷ 0,17 appear on the tubular steel stress-corrosion damage, not dangerous in conditions of prolonged operation, and a value of more than 0.17 K n stamp pipe steel is prone to SCC as well as hydrogen-containing corrosive medium using 3% chloride sodium acidified with hydrochloric acid to a pH of 2-2.3. The method improves the corrosion resistance of pipelines in conditions that cause stress corrosion. (patent RU2299420, IPC G01N 17/00, published May 20, 2007).

Недостаток известного способа заключается в необходимости проведения большого количества измерений, проводимых ручным инструментом, в ходе которых возможно появление погрешности. Кроме того, способ позволяет оценивать неравномерность поверхностной микродеформации только в локальных участках, тогда как реальные стали характеризуются существенной неоднородностью микроструктуры.The disadvantage of this method is the need for a large number of measurements carried out with a hand tool, during which errors may occur. In addition, the method allows to assess the unevenness of surface microdeformation only in local areas, while real steels are characterized by significant heterogeneity of the microstructure.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ оценки стойкости стали против коррозионного растрескивания под напряжением, заключающийся в том, что от изделий отбирают пробы, изготавливают образцы цилиндрической формы, к которым прикладывают напряжение и подвергают воздействию агрессивной среды. Образец выдерживают в агрессивной среде под постоянной нагрузкой в течение 720 часов. Уровень приложенного напряжения находится в интервале от 0,6 до 0,95 от предела текучести стали, в зависимости от требований нормативной документации. Критерием стойкости стали может быть максимальное значение приложенного напряжения, при котором образец не разрушился в течение 720 часов, или сам факт отсутствия разрушения при определенной фиксированной нагрузке (чаще всего 0,8 от предела текучести стали), также после выдержки в агрессивной среде в течение 720 часов (Метод по NACE Standard TM 0198-98. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p.1 - 16 - прототип).The closest analogue of the claimed invention is a method for assessing the resistance of steel against stress corrosion cracking, which consists in the fact that samples are taken from the products, cylindrical samples are made to which stress is applied and exposed to an aggressive environment. The sample is kept in an aggressive environment under constant load for 720 hours. The level of applied stress is in the range from 0.6 to 0.95 of the yield strength of steel, depending on the requirements of regulatory documentation. The criterion for the resistance of steel may be the maximum value of the applied stress at which the sample did not fail within 720 hours, or the fact of the absence of failure at a certain fixed load (most often 0.8 of the yield strength of steel), also after exposure to aggressive environment for 720 hours (NACE Standard TM 0198-98 method. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p.1 - 16 - prototype).

Недостатком способа является невысокая чувствительность, большая длительность испытаний и невозможность ранжировать близкие по механическим характеристикам стали, содержащие разные по эффективности ловушки водорода, которые во многом определяют стойкость стали против стресс-коррозии. Кроме того, при указанных условиях испытаний для ряда сталей могут не развиться процессы микропластической деформации, что также снижает достоверность оценки стойкости против КРН.The disadvantage of this method is its low sensitivity, long test duration and the inability to rank steels close in mechanical characteristics, containing hydrogen traps of different efficiencies, which largely determine the steel's resistance to stress corrosion. In addition, under the specified test conditions, for some steels, the processes of microplastic deformation may not develop, which also reduces the reliability of the assessment of resistance against SCC.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа контроля стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением сталей, предназначенных для труб магистральных газопроводов и других видов оборудования, эксплуатирующегося в условиях, приводящих к поступлению в металл водорода.The problem to which the invention is directed, is to create a method for controlling the resistance to stress corrosion cracking under stress of steels intended for pipes of gas mains and other types of equipment operating under conditions leading to the ingress of hydrogen into the metal.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение информативности и достоверности при снижении длительности проведения контроля на стойкость против коррозионного растрескивания с учетом склонности стали к неоднородности пластической деформации, а также возможность ранжирования сталей по классам стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением.The technical result of the present invention is to increase the information content and reliability while reducing the duration of the test for resistance to corrosion cracking, taking into account the tendency of steel to inhomogeneity of plastic deformation, as well as the possibility of ranking steels according to resistance classes against stress corrosion cracking.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением, заключающемся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы, к которым прикладывают напряжение и подвергают воздействию испытательной среды, согласно изобретению образцы подвергают предварительной деформации растяжением со степенями 1-10%, затем прикладывают нагрузку, величина которой составляет 50-80% от предела текучести, и помещают образцы в испытательную среду со значением pH в пределах 2,5-5 на 180-360 часов, после чего образцы разрушают на воздухе методом растяжения на разрывной машине, а о стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по разнице механических свойств сталей в исходном состоянии и после испытаний. О стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по степени изменения пластичности, которую вычисляют по формуле:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for controlling the resistance of pipe steels against stress corrosion cracking, which consists in producing cylindrical samples to which stress is applied and subjected to a test medium, according to the invention, the samples are subjected to preliminary tensile deformation with degrees 1- 10%, then a load is applied, the value of which is 50-80% of the yield strength, and the samples are placed in a test medium with a pH value of within 2.5-5 for 180-360 hours, after which the samples are destroyed in air by tensile testing on a tensile testing machine, and resistance to stress corrosion cracking is judged by the difference in the mechanical properties of the steels in the initial state and after testing. About resistance to stress corrosion cracking is judged by the degree of change in ductility, which is calculated by the formula:

ξ = δ 5 0 δ 5 H δ 5 0 100 %

Figure 00000003
, ξ = δ 5 0 - δ 5 H δ 5 0 one hundred %
Figure 00000003
,

где - δ 5 0

Figure 00000004
- относительное удлинение в исходном состоянии;where - δ 5 0
Figure 00000004
- elongation in the initial state;

δ 5 H

Figure 00000005
- относительное удлинение после испытаний, δ 5 H
Figure 00000005
- elongation after testing,

при этом стали, для которых значение ξ составляет от 0 до +10%; относят к 1-му классу стойкости,steel, for which the value of ξ is from 0 to + 10%; belong to the 1st class of resistance,

стали, для которых значение ξ составляет более +10% или от минус 10% до 0%, относят ко 2-му классу стойкости,steels for which the ξ value is more than + 10% or from minus 10% to 0% are assigned to the 2nd resistance class,

стали, для которых значение ξ составляет менее минус 10%; относят к 3-му классу стойкости.steels for which the ξ value is less than minus 10%; belong to the 3rd class of resistance.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что проводится имитация двух процессов, присущих эксплуатации магистральных газопроводов: локального анодного растворения (ЛАР) и водородного охрупчивания (ВО), при том, что оба процесса подготавливаются и сопровождаются активно идущей пластической деформацией. Участками локализации микропластических деформаций могут быть несовершенства кристаллической решетки, металлургическая неоднородность стали.The essence of the claimed invention lies in the fact that there is a simulation of two processes inherent in the operation of gas pipelines: local anode dissolution (LAR) and hydrogen embrittlement (VO), while both processes are prepared and accompanied by an active plastic deformation. The localization sites of microplastic deformations can be imperfections of the crystal lattice, metallurgical heterogeneity of steel.

Предварительная деформация растяжением с общей степенью 1-10% необходима для интенсификации пластического течения в наиболее напряженных участках металла еще до поступления в металл водорода, что характерно для начала первой стадии КРН. При степени деформации менее 1% пластическая деформация будет реализована неравномерно по объему только в отдельных участках металла. Увеличение степени деформации свыше 10% превысит реально возможные степени деформации, которые могут возникать в трубопроводе до поступления в сталь водорода.Preliminary tensile deformation with a total degree of 1-10% is necessary to intensify the plastic flow in the most stressed sections of the metal even before hydrogen enters the metal, which is typical for the beginning of the first stage of SCC. When the degree of deformation is less than 1%, plastic deformation will be realized unevenly in volume only in certain sections of the metal. An increase in the degree of deformation of more than 10% will exceed the actually possible degrees of deformation that can occur in the pipeline before hydrogen enters the steel.

Приложение нагрузки, величина которой составляет 50-80% от предела текучести, необходимо для создания напряженно-деформированного состояния, характерного для стадий зарождения и развития трещин КРН. Именно исходя из требований обеспечения нагрузок в трубопроводе не более 80% от предела текучести выбирается сталь для трубопровода, рассчитываются его диаметр и толщина стенки трубы для конкретных условий эксплуатации. Нагрузка менее 50% от предела текучести не обеспечивает средний уровень напряжений, характерных для условий эксплуатации трубопровода.The application of a load, the value of which is 50-80% of the yield strength, is necessary to create a stress-strain state characteristic of the nucleation and development stages of SCC cracks. It is precisely on the basis of the requirements for providing loads in the pipeline of not more than 80% of the yield strength that steel is selected for the pipeline, its diameter and wall thickness of the pipe are calculated for specific operating conditions. A load of less than 50% of the yield strength does not provide an average level of stress characteristic of the operating conditions of the pipeline.

Выдержка образцов в испытательной среде со значением pH в пределах 2,5-5 в течение 180-360 часов обеспечивает поступление в сталь водорода при испытаниях, достаточное для создания напряженно-деформированного состояния в участках металла со структурными элементами, являющимися ловушками для водорода. При значении pH более 5, при данной продолжительности испытаний, а также при продолжительности испытаний менее 180 часов, развитие процессов деградации стали, связанных с поступлением в сталь водорода и развития микропластических деформаций, будет недостаточным для оценки стойкости стали к КРН. При значении pH менее 2,5 механизмы разрушения стали изменяются, становятся характерными для сред с повышенным содержанием сероводорода. При этом решающую роль в разрушении, которое начинает происходить по механизму водородного растрескивания, начинают играть другие структурные элементы, чем в процессах КРН, что снижает достоверность получаемых результатов.Exposure of samples in a test medium with a pH value in the range of 2.5-5 for 180-360 hours ensures that hydrogen enters the steel during testing, sufficient to create a stress-strain state in metal areas with structural elements that are traps for hydrogen. At a pH value of more than 5, for a given test duration, and also for a test duration of less than 180 hours, the development of steel degradation processes associated with hydrogen entering the steel and the development of microplastic deformations will not be sufficient to assess the steel's resistance to SCC. At a pH value of less than 2.5, the mechanisms of steel destruction change and become characteristic of environments with a high content of hydrogen sulfide. In this case, other structural elements begin to play a decisive role in the destruction, which begins to occur by the mechanism of hydrogen cracking, than in the SCC processes, which reduces the reliability of the results.

Заявленные отличительные признаки (параметр «изменение относительного удлинения») и критерии ранжирования результатов определены на основе многочисленных экспериментов эмпирическим путем.The claimed distinguishing features (parameter "change in elongation") and criteria for ranking the results are determined on the basis of numerous experiments empirically.

Примеры реализации изобретенияExamples of the invention

Из трубных сталей марок, К60-К65, химический состав которых приведен в таблице 1, изготавливали цилиндрические образцы размером 90×5 мм, по 7 штук на каждый вариант стали. По одному образцу от варианта испытывали сразу для определения относительного удлинения в исходном состоянии. Каждый из оставшихся образцов подвергали предварительной деформации растяжением от 1 до 5% соответственно. Далее образцы помещались в закрытую ячейку с раствором 5% NaCl, 0,4% уксусной кислоты, pH 2,9. На образцы подавалась нагрузка 80% от предела текучести. Испытания проводились 240 часов. Затем образцы разрушали на воздухе методом растяжения и определяли относительное удлинение для каждого образца одного варианта и сравнивали со значением этого параметра в исходном состоянии. О стойкости стали к КРН судили по наибольшему изменению относительного удлинения.Также проводили испытания образцов по прототипу (Метод по NACE Standard ТМ 0198-98. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p.1-16). Для этого брали по одному цилиндрическому образцу от каждого варианта и испытывали под нагрузкой 80% от предела текучести в течение 720 часов в агрессивной среде NACE. Критерием стойкости стали к КРН является факт разрушения образца в процессе выдержки. Результаты испытаний образцов по разработанной методике и прототипу приведены в таблице 2. Испытания проводили на трубных сталях марок К60-К65, химический состав которых приведен в таблице 1.From pipe steels of grades K60-K65, the chemical composition of which is given in Table 1, cylindrical samples 90 × 5 mm in size were made, 7 pieces per each steel variant. One sample from the variant was tested immediately to determine elongation in the initial state. Each of the remaining samples was subjected to preliminary deformation by stretching from 1 to 5%, respectively. Next, the samples were placed in a closed cell with a solution of 5% NaCl, 0.4% acetic acid, pH 2.9. A load of 80% of the yield strength was applied to the samples. Tests were conducted 240 hours. Then, the samples were destroyed in air by a tensile method and the relative elongation was determined for each sample of one variant and compared with the value of this parameter in the initial state. The steel resistance to SCC was judged by the largest change in elongation. We also tested the samples according to the prototype (NACE Standard ТМ 0198-98 method. Standard Test Method Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys (CRAs) for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, p.1-16). For this, one cylindrical sample was taken from each variant and tested under a load of 80% of the yield strength for 720 hours in an aggressive NACE environment. The criterion of steel resistance to SCC is the fact of the destruction of the sample during aging. The test results of the samples according to the developed methodology and prototype are shown in table 2. The tests were carried out on pipe steels of grades K60-K65, the chemical composition of which is shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Химический состав исследуемых сталейThe chemical composition of the studied steels No. СтальSteel Содержание элементов, масс.%The content of elements, wt.% СFROM SiSi MnMn PP SS CrCr NiNi AlAl TiTi VV NbNb 1one К60K60 0,0900,090 0,260.26 1,521,52 0,0090.009 0,0020.002 0,0360,036 0,030,03 0,0370,037 0,0190.019 0,060.06 0,040.04 22 К65K65 0,0630,063 0,220.22 1,691,69 0,0080.008 0,0020.002 0,240.24 0,230.23 0,0340,034 0,0170.017 0,040.04 0,0660,066 33 К60K60 0,0650,065 0,260.26 1,581,58 0,0080.008 0,0020.002 0,0190.019 0,170.17 0,0380,038 0,0150.015 0,030,03 0,0450,045 4four К65K65 0,0590.059 0,250.25 1,531,53 0,0080.008 0,0020.002 0,220.22 0,200.20 0,0410,041 0,0250,025 0,020.02 0,0550,055

Таблица 2table 2 Результаты испытаний образцов по методике оценки склонности трубных марок сталей к коррозионно-механической повреждаемости при неоднородности поверхностной микродеформации и по прототипу.The test results of the samples according to the methodology for assessing the tendency of pipe grades of steel to corrosion and mechanical damage with heterogeneity of surface microdeformation and the prototype. № обрArr No. Факт разрушения образца (испытания по способу-прототипу)The fact of the destruction of the sample (test method prototype) Величина предварительной деформации, %The value of the preliminary deformation,% Относительное удлинение в исходном состоянии, %The relative elongation in the initial state,% Остаточное относительное удлинение после испытаний, %Residual elongation after testing,% Степень изменения удлинения %The degree of change in elongation% Класс стойкости по изменению удлиненияElongation Resistance Class 1one ДаYes 22 1919 2222 -18,9-18.9 33 22 НетNo 22 20twenty 2121 -6.4-6.4 22 33 НетNo 22 2626 2121 +18+18 22 4four НетNo 33 1717 1717 00 1one

Установлено, что стали составов 3 и 4 имеют принципиально отличающийся от составов 1 и 2 характер изменения свойств в процессе наводороживания. В первом случае наблюдается увеличение, а во втором снижение относительного удлинения, что может быть связано с накоплением в металле неблагоприятных форм присутствия водорода. Однако, как показано выше, и снижение и увеличение значения относительного удлинения после испытаний являются неблагоприятными факторам для развития КРН.It was established that the steels of compositions 3 and 4 have a fundamentally different character of changes in properties in the hydrogenation process from compositions 1 and 2. In the first case, an increase is observed, and in the second, a decrease in elongation, which may be due to the accumulation of unfavorable forms of hydrogen in the metal. However, as shown above, both a decrease and an increase in the relative elongation after testing are unfavorable factors for the development of SCC.

По степени изменения относительного удлинения наиболее высокую стойкость показала сталь К65 состава 4 - класс 1, наиболее низкую - сталь К60 состава 1 - класс 3, стали составов 2 и 3 показали промежуточный класс стойкости - класс 2.The degree of change in elongation showed the highest resistance of steel K65 of composition 4 - class 1, the lowest - steel K60 of composition 1 - class 3, steels of compositions 2 and 3 showed an intermediate resistance class - class 2.

Результаты испытаний, проведенных по способу-прототипу, частично, коррелируют с результатами по предлагаемой методике. Образец стали №1 разрушился при испытаниях по прототипу и показал 3 класс стойкости по разработанной методике. Образцы сталей №2-4 не разрушились при испытаниях по прототипу, однако по разработанной методике показали разные классы стойкости. Разработанная методика позволяет четче ранжировать стали по стойкости к КРН.The results of the tests carried out by the prototype method, in part, correlate with the results of the proposed method. The steel sample No. 1 was destroyed during the tests on the prototype and showed the 3rd resistance class according to the developed technique. Samples of steels No. 2-4 did not collapse when tested according to the prototype, however, according to the developed method, they showed different resistance classes. The developed technique makes it possible to more accurately rank steel in terms of resistance to SCC.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение информативности и достоверности при снижении длительности проведения контроля на стойкость против коррозионного растрескивания с учетом склонности стали к неоднородности пластической деформации, а также возможность ранжирования сталей по классам стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением.Thus, the invention provides an increase in information content and reliability while reducing the duration of testing for resistance to corrosion cracking, taking into account the tendency of steel to inhomogeneity of plastic deformation, as well as the possibility of ranking steels according to resistance classes against stress corrosion cracking.

Claims (2)

1. Способ контроля стойкости трубных сталей против коррозионного растрескивания под напряжением, заключающийся в том, что изготавливают образцы цилиндрической формы, к которым прикладывают напряжение и подвергают воздействию испытательной среды, отличающийся тем, что образцы подвергают предварительной деформации растяжением со степенями 1-10%, затем прикладывают нагрузку, величина которой составляет 50-80% от предела текучести, и помещают образцы в испытательную среду со значением pH в пределах 2,5-5 на 180-360 часов, после чего образцы разрушают на воздухе методом растяжения, а о стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по разнице механических свойств сталей в исходном состоянии и после испытаний.1. A method of controlling the resistance of pipe steels against stress corrosion cracking, which consists in the manufacture of cylindrical samples to which stress is applied and subjected to a test environment, characterized in that the samples are subjected to preliminary tensile deformation with degrees of 1-10%, then apply a load, the value of which is 50-80% of the yield strength, and place the samples in a test medium with a pH value in the range of 2.5-5 for 180-360 hours, after which the samples are destroyed air stretching method, and a resistance to stress corrosion cracking is judged by the difference in mechanical properties of the steels in the initial state and after the test. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением судят по степени изменения пластичности, которую вычисляют по формуле:
ξ = δ 5 0 δ 5 H δ 5 0 100 %
Figure 00000003
,
где - δ 5 0
Figure 00000004
- относительное удлинение в исходном состоянии;
δ 5 H
Figure 00000005
- относительное удлинение после испытаний,
при этом стали, для которых значение ξ составляет от 0 до +10%, относят к 1-му классу стойкости,
стали, для которых значение ξ составляет более +10% или от -10% до 0%, относят ко 2-му классу стойкости,
стали, для которых значение ξ составляет менее минус 10%, относят к 3-му классу стойкости.
2. The method according to claim 1, characterized in that the resistance to stress corrosion cracking is judged by the degree of change in ductility, which is calculated by the formula:
ξ = δ 5 0 - δ 5 H δ 5 0 one hundred %
Figure 00000003
,
where - δ 5 0
Figure 00000004
- elongation in the initial state;
δ 5 H
Figure 00000005
- elongation after testing,
steel, for which the value of ξ is from 0 to + 10%, is assigned to the 1st resistance class,
steels for which the ξ value is more than + 10% or from -10% to 0% are assigned to the 2nd resistance class,
steel, for which the value of ξ is less than minus 10%, belong to the 3rd class of resistance.
RU2013125535/28A 2013-06-03 2013-06-03 Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel RU2530486C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125535/28A RU2530486C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125535/28A RU2530486C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2530486C1 true RU2530486C1 (en) 2014-10-10

Family

ID=53381679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125535/28A RU2530486C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530486C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582911C1 (en) * 2015-04-02 2016-04-27 Публичное акционерное общество "ГАЗПРОМ" (ПАО "ГАЗПРОМ") Method of testing pipe steels for stress corrosion cracking
RU2611699C1 (en) * 2015-12-30 2017-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" Evaluation method of stress corrosion cracking resistance of low-alloyed pipe steels
RU2666161C1 (en) * 2017-10-20 2018-09-06 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method of testing tube steels on stress corrosion cracking and device for its implementation
RU200782U1 (en) * 2020-06-10 2020-11-11 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" A device for monitoring the developing underfilm corrosion of pipelines
RU2763514C1 (en) * 2020-12-28 2021-12-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" Pipeline corrosion monitoring device
RU2770844C1 (en) * 2021-09-24 2022-04-22 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for evaluating the protective efficiency of compositions inhibiting stress corrosion cracking in pipe steels
CN115144259A (en) * 2022-08-30 2022-10-04 张家港广大特材股份有限公司 Method and system for detecting deformation resistance of steel

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2368888C1 (en) * 2008-03-28 2009-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет Method to check pipes for antirust strength
RU2410669C1 (en) * 2009-12-04 2011-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Method to detect disposition of steels to general corrosion
US20110136239A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 National Oilwell Varco, L.P. Corrosion testing apparatus and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2368888C1 (en) * 2008-03-28 2009-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет Method to check pipes for antirust strength
RU2410669C1 (en) * 2009-12-04 2011-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Method to detect disposition of steels to general corrosion
US20110136239A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 National Oilwell Varco, L.P. Corrosion testing apparatus and methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NACE International Standard Test Method, Slow Strain Rate Test Method for Screening Corrosion-Resistant Alloys for Stress Corrosion Cracking in Sour Oilfield Service, NACE International, стр. 1-16, 1998. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582911C1 (en) * 2015-04-02 2016-04-27 Публичное акционерное общество "ГАЗПРОМ" (ПАО "ГАЗПРОМ") Method of testing pipe steels for stress corrosion cracking
RU2611699C1 (en) * 2015-12-30 2017-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" Evaluation method of stress corrosion cracking resistance of low-alloyed pipe steels
RU2666161C1 (en) * 2017-10-20 2018-09-06 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method of testing tube steels on stress corrosion cracking and device for its implementation
RU200782U1 (en) * 2020-06-10 2020-11-11 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" A device for monitoring the developing underfilm corrosion of pipelines
RU2763514C1 (en) * 2020-12-28 2021-12-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" Pipeline corrosion monitoring device
RU2770844C1 (en) * 2021-09-24 2022-04-22 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for evaluating the protective efficiency of compositions inhibiting stress corrosion cracking in pipe steels
CN115144259A (en) * 2022-08-30 2022-10-04 张家港广大特材股份有限公司 Method and system for detecting deformation resistance of steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2530486C1 (en) Method of inspecting stress corrosion cracking resistance of pipe steel
Wasim et al. Influence of hydrogen-enhanced plasticity and decohesion mechanisms of hydrogen embrittlement on the fracture resistance of steel
Wang Effects of hydrogen on the fracture toughness of a X70 pipeline steel
Vandermaat et al. Examination of rockbolt stress corrosion cracking utilising full size rockbolts in a controlled mine environment
Nykyforchyn et al. Non-destructive evaluation of brittle fracture resistance of operated gas pipeline steel using electrochemical fracture surface analysis
JP2009069008A (en) Test piece for steel sheet hydrogen embrittlement evaluation, and steel sheet hydrogen embrittlement evaluation method
Folena et al. Assessment of hydrogen embrittlement severity of an API 5LX80 steel in H2S environments by integrated methodologies
JP2016057163A (en) Evaluation method of hydrogen embrittlement characteristic of steel material
Cayón et al. Hydrogen embrittlement processes in microalloyed steel notched tensile samples
RU2611699C1 (en) Evaluation method of stress corrosion cracking resistance of low-alloyed pipe steels
Dang et al. Experiments on static and fatigue behaviour of corroded Q235B and 42CrMo steels
Serafim et al. Stress corrosion cracking behavior of selected stainless steels in saturated potash brine solution at different temperatures
Maruschak et al. Effect of long-term operation on steels of main gas pipeline: Structural and mechanical degradation
Arroyo et al. Time optimization of the step loading technique in hydrogen embrittlement small punch tests
Adasooriya et al. Environment-assisted corrosion damage of steel bridges: a conceptual framework for structural integrity
Krechkovska et al. Substantiation of the critical structural and mechanical state of low-alloy heat-resistant steel from steam pipelines of thermal power plant
Kim et al. A failure analysis of fillet joint cracking in an oil storage tank
Panico et al. Effect of testing variables on fracture toughness in sour environment
US11105729B2 (en) Sensor for measuring the embrittlement of steels by hydrogen in an aggressive environment, said sensor comprising a metal cavity connected to a pressure-measuring device
Grondin et al. Fatigue of drill pipe
Chalfoun et al. The Role of Nickel in Low Alloy Steels Exposed to H2S Containing Environments. Part II: Effect of the Electrochemical Potential and Stress Level on Trench Formation
Chalfoun et al. Sulfide Stress Cracking of Low Alloy Steels for Oil and Gas Production: Revisiting the Effect of Ni as an Alloying Element
Chandra et al. Fatigue and Static Crack Growth Rate Study of X-65 Line Pipe Steel in Gas Transmission Pipeline Applications
de Oliveira et al. Comparative Assessment of Environment‐Assisted Cracking Susceptibility of Different Grade API 5L Steels in CO2, CO2/H2S, and H2S Environments
Asmara et al. Effects Pre-strain of Carbon Steel on Stress-Strain Diagram in CO2 Environment with the Presence of H2S

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180604