СОСТАВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА СТОЙКОСТЬ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ К КОРРОЗИОННОМУ РАСТРЕСКИВАНИЮ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ Российский патент 1997 года по МПК G01N17/00 

Изобретение предназначено для использования в газовой и нефтяной промышленности и позволяет оценивать стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) металла труб, предназначенных для использования в грунтах, где происходит разрушение трубопроводов по причине данного вида коррозионного разрушения.

Известен состав для этой цели, представляющий собой 3% водный раствор хлорида натрия, насыщенный сероводородом при давлении 0,1 МПа. Этот раствор имеет величину водородного показателя 4,2 [1]
При испытании сталей в данном составе в течение первых шести часов испытаний, значение pH быстро изменяется и достигает значений 5,5 единиц, что приводит к недостоверности полученных экспериментальных данных.

Наиболее близким к предлагаемому раствору по технической сущности и достигаемым результатам является состав для испытания сталей на сероводородное растрескивание, представляющий собой насыщенный сероводородом водный раствор муравьиной кислоты и муравьинокислого натрия со следующим соотношением компонентов, г/дм³:
муравьиная кислота 20 50;
муравьинокислый натрий 60 140;
вода до 1 дм³;
сероводород до насыщения в условиях опытов (0,1 МПа) [2]
Разрушение стали в данной среде связано с тем, что при взаимодействии с раствором сероводорода происходит ее наводороживание.

Состав имеет низкое значение водородного показателя (pH-4,0) и может моделировать условия воздействия на трубные стали только сероводорода, содержащегося в почвенном электролите.

При низких значениях pH происходит значительная общая коррозия, которая в ряде случаев влияет на достоверность результатов проводимых испытаний.

Механизм разрушения трубных сталей в грунтах, в которых наблюдаются отказы магистральных газопроводов отличен от механизма разрушения в среде, взятой в качестве прототипа.

Разрушение в реальных грунтах связано с физико-химическим взаимодействием, т. е. с потерей пластических свойств и избирательным разрушением сталей по структурной составляющей, скорость общей коррозии при этом может не превышать 0,01 мм/год.

Авторами установлено, что основное влияние на потерю пластических свойств оказывают роданиды, входящие в состав почвенных электролитов.

Целью изобретения является создание состава для оценки стойкости к КРН металла труб, применяемых при строительстве магистральных трубопроводов и повышение достоверности получаемых результатов.

Данная цель достигается тем, что в водном растворе муравьиной кислоты и муравьинокислого натрия в качестве восстановителя используются роданиды при следующих соотношениях компонентов:
муравьиная кислота 0,46 2,3 г/дм³;
муравьинокислый натрий 13,6 68,0 г/дм³;
роданиды 2,7 13,5 г/дм³;
вода до 1,0 дм³.

Введение, например, роданистого аммония (NH₄CNS) приводит к тому, что характер разрушения трубных сталей в прелагаемом составе сходен с характером разрушения сталей в грунтах.

Действие состава основано на том, что при взаимодействии испытуемой стали с данным раствором происходит изменение механических свойств, вызванное понижением уровня свободной поверхностной энергии, вследствие адсорбции поверхностно-активных веществ.

Молекулы или ионы в процессе деформации проникают в зону предразрушения и взаимодействуя с поверхностью стали в момент разрыва или перестройки их связей у конца трещины, облегчают процесс разрушения.

Кроме того, при взаимодействии со сталью происходит ее избирательное разрушение по структурной составляющей. При взаимодействии с грунтами также происходит разрушение стали по структурной составляющей.

То же происходит при введении роданистого калия.

В качестве метода испытаний был выбран метод медленной деформации с постоянной скоростью, поскольку при проведении испытаний методом статического одноосного нагружения, образцы стали 17Г1С, Х-70, изготовленные из металла труб, разрушившихся по причине КРН выдержали базовое время испытаний (720 часов).

Предлагаемый состав для проведения испытаний на стойкость трубных сталей к КРН получают следующим образом. Вводят реагенты в воду по общепринятой при химических работах технологии приготовления водных растворов [3] помещают полученный раствор в ячейку, в которой испытывают образцы.

Испытания на стойкость трубной стали 17Г1С проводили методом медленной деформации с постоянной скоростью перемещения активного захвата 1,8•10^-8 м/с на разрывной машине МР 5 8М при потенциалах коррозии.

Образцы для испытаний изготовлены согласно "Методике ускоренных испытаний сталей на стойкость против сероводородного растрескивания при постоянной скорости деформации" (МСКР 01 85).

После изготовления образцов измеряют размеры их рабочей части и наносят размерные метки для последующего определения относительного удлинения и сужения образцов после их испытания.

Образцы обезжиривают органическим растворителем, устанавливают их в коррозионные ячейки и заполняют испытательным раствором.

Образцы в ячейках с рабочим раствором выдерживали в течение 72 часов и затем задавали необходимую скорость деформации.

Испытания на стойкость к КРН проводили в каждой среде не менее, чем на 4 образцах.

При разрыве образца испытания прекращались. Записывалось время разрушения.

Измерение pH раствора проводили до и после испытаний.

Испытание считалось не состоявшимся, если разрыв произошел в захватах испытательной машины, по дефектам металлургического производства или по меткам, нанесенным для определения относительного удлинения.

Стойкость к КРН оценивалась по относительному изменению свойств металла, испытанного на воздухе и в коррозионных средах.

Относительное удлинение и относительное сужение образцов после испытаний определяли по ГОСТ 1497-84 и рассчитывали по формулам:
δ=l_k-l_o/l_o•100,
где l_о начальная расчетная длина образца, мм;
l_k расчетная длина образца после разрыва, мм.

ψ=S_k-S_o/S_o•100,
где S_o начальная площадь поперечного сечения образца, мм²;
S_k минимальная площадь поперечного сечения после разрыва, мм².

Результаты испытаний представлены в таблицах 1, 2, 3, 4.

Результаты испытаний показали, что характер разрушения трубных сталей в предлагаемом составе сходен с характером разрушения в грунтах, отобранных с места отказов по причине КРН магистральных газопроводов (Таблицы 1, 2, 3, 4).

Данный состав имеет величину pH близкой к величине pH грунтов, вызывающих КРН.

В ходе испытаний были выбраны оптимальные концентрации ингредиентов. Так при снижении концентрации ингредиентов коррозионного растрескивания сталей не происходит. Увеличение концентрации приводит к перерасходу веществ. Кроме того, будет изменяться pH раствора. (Таблица 1).

Таким образом, данный состав позволяет оценивать стойкость к КРН металла труб, предназначенных для использования в грунтах, в которых происходят разрушения по данной причине.

Состав для проведения испытаний на стойкость трубных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением содержит муравьиную кислоту в количестве 0,48 - 2,2 г/дм³, муравьинокислый натрий в количестве 13,5 - 58,0 г/дм³, роданиды в количестве 2,7 - 13,5 г/дм³ и воду до 1,0 дм³.

Состав для проведения испытаний на стойкость трубных сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением, содержащий муравьиную кислоту, муравьинокислый натрий, восстановитель и воду, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют роданиды при следующем сочетании ингредиентов, г/дм³:
Муравьиная кислота 0,48 2,3
Муравьинокислый натрий 13,6 68,0
Роданиды 2,7 13,5
Вода, дм³ До 1и