Металловедение стенки нефтяного аппарата

Раствором внедрения углерода в гранецентрированной решетке ?-железе является аустенит.

Стали для арктических нефтяных аппаратов

В условиях холода снижается срок службы металлоконструкций.

Применение стали с достаточным уровнем ударной вязкости не является основанием для отсутствия хрупкого разрушения конструкции [7,с.17]. Трещины начинаются от первичных дефектов в виде непроваров, подрезов, шлаковых включений и др. От точки дефекта начинается процесс хрупкого разрушения, состоящий в искажении кристаллической решетки металла и отрыва по плоскости, перпендикулярной действующим кольцевым усилиям в корпусе. При вязком разрушении происходит сдвиг плоскостей от касательных напряжений. Для стали хрупкое и вязкое разрушение происходят одновременно. Более подробно можно ознакомиться в работах Беляева [8], Ильюшина [9], Работнова [10]. Хрупкое разрушение состоит из образования трещины, роста до критического значения и переход трещины через соседние зерна по листу.

При низких температурах для деформация, соответствующей нормальной температуре, необходимы высокие напряжения так как пластическая деформация активируется термически. При низкой температуре предел текучести повышается, в результате чего надежность снижается.

В работе [11] указано, что структура аустенита для низких температур обеспечивает наилучшее сочетание прочности и пластичности. Малая чувствительность предела текучести к температуре обеспечивают надежность в эксплуатации.

__

В работе [11,с.296] указано о разработке стали марки 09Г2С-А-А для условий холода. Для сопротивления хрупкому разрушению необходима мелкозернистая структура феррита с выделением перлита в небольшом количестве. В стали 09Г2СА ударная вязкость повышена введением небольших количеств алюминия, уменьшением содержания углерода, марганца и кремния.

Рекомендуется при проектировании аппаратов для холодного климата применять сталь 09Г2С-А-А, являющуюся развитием стали 09Г2С для Севера и Арктического холодного климата.

Листовая сталь

Требование сваривать корпуса аппаратов только стыковыми сварными швами можно объяснить наличием расслоения по толщине и необходимостью проплавления всей толщины листа для задействования всех слоев в восприятие нагрузки.

Листы имеют зернистую структуру. Для зернистой структуры прочность ниже по сравнению с монокристаллической структурой. Для зернистой структуры протекает межкристаллитная коррозия, для совершенного кристалла монокристаллической структуры межкристаллитная коррозия будет отсутствовать.

Таким образом в будущем необходимо разработать соответствующие технологии и перейти на изготовление аппаратов из стали монокристаллической структуры.

Схема процесса получения листовой заготовки [11,с.18]:

Металл из расплава подается на валки с образованием клиновидной ванны расплава (расплав перегрет на несколько градусов). Затем расплав замораживается на их поверхностях упруго прижатых валков и происходит кристаллизация металла. Условия кристаллизации должны обеспечить заданную прочность листа на выходе и соответствие физико-химическим параметрам. Затвердевшие слои металла на двух валках вступают во взаимное соприкосновение и свариваются давлением в один сплошной лист. Здесь необходимо получать лист высокой сплошности [11]. Толщина листа определяется зазором между валками, который в свою очередь зависит от скорости вращения валков и времени контакта расплава (жидкого металла) с валками.

Схема затвердевания металла расплава с образованием листа [11]:

Теплообменные процессы протекают в верхней зоне и нижней, в которой происходит кристаллизация жидкого металла.

Требование по сплошности отличает котельный лист от общепромышленного листа, так как структура котельного листа по сплошности больше применима к изготовлению корпусов нефтяных и химических аппаратов. Общепромышленный лист может использоваться для оболочек, не работающих под давлением. Вместе с тем во избежание путаницы и пересортировки на складе, рекомендуется покупать листы только по котельному стандарту.