Металловедение стенки нефтяного аппарата

В случае необходимости изготовления аппарата нестандартного материального исполнения из металла, не входящего в перечень ГОСТов, необходимо обратиться в институт-разработчик ГОСТа с письмом с просьбой разрешения на применение необходимого материала. В случае положительного ответа, нестандартный материал может быть применен.

Для нестандартного материала требуется выполнить испытания со снятием всех характеристик, приведенных для стандартных материалов для предоставления вместе с письмом запроса в проектный институт.

Применение нового материала должно иметь техническое обоснование. При выборе материала по возможности необходимо руководствоваться списком материалов, указанных в стандартах.

__

Корпуса нефтяных аппаратов до 21МПа, предназначенных для сравнительно простых условий эксплуатации, изготавливают из маргацовокремнистой стали 09Г2С. Находят применение сталь 16ГС и котельные сталь 20К, 22К.

Иностранные аналоги для этих сталей по ASME сталь SA 350 LF2.

Для корпусов нефтяных аппаратов высокого давления до 130 МПа, предназначенных для температур около 500°С применяют легированные хромомом и молибденом стали марок 10Х2М1А, 12ХМ, 12Х1МФ, 12МХ, 12Х2МФА.

Иностранные аналоги этих сталей по ASME стали SA336 FIIcl.2, SA336 F22.

Наиболее подробно проблема выбора материалов рассмотрена в монографии Солнцева и Титовой на примере изготовителя «Ижорские заводы» [7,с.278]. В этой работе рассмотрены иностранные стали и требования лицензиаров. Работа является современной монографией по рассмотрению проблем применения материалов. В настоящее время работа [7] показывает современный достигнутый уровень металловедения в изготовлении сложный оболочек нефтяных аппаратов.

Размер зерна стали не влияет на характеристики статического растяжения и твердость, однако влияет на ударную вязкость стали, порог хладноломкости, работу распространения трещины (с ростом зерна эти три параметра ухудшаются). Также крупные зерна склонны к закалочным трещинам и деформациям. Наличие стали с зернами разной величины в зонах концентрации напряжений увеличит охрупчивание.

__

Сплав железа с углеродом

Диаграмма железо-углерод по данным справочника [16]:

Диаграмма «железо-углерод» обозначает границы по температуре и концентрации существования форм кристаллических решеток (структур) железоуглеродистых сталей.

На диаграмме линии стабильного равновесия C’D’, E’C’, S’E’, P’S’K’, P’Q’. Устойчивые растворы углерода в железе выше линии ABC’D’. Линия AHN ограничивает однофазную область твердого раствора углерода в α-, γ-, δ-железе. Линия NIE’SG соответствует твердому γ-раствору, линия GP’Q’ соответствует твердому α-раствору. Оставшиеся области на диаграмме соответствуют двухфазным сплавам. ABH – жидкий сплав и δ-феррит (твердый раствор), HJN – γ-аустенит и δ-феррит (твердые растворы), JBCE – жидкий сплав и γ-твердый раствор (аустенит), DCF – жидкий сплав и цементит, ECFKS – аустенит (γ-твердый раствор) и цементит, GSP – феррит и аустенит (α- и γ-твердые растворы), QPSK – феррит (α-твердый раствор) и цементит. На линии HJB для перекритической температуры три фазы – жидкость, δ-феррит, аустенит. На линии E’C’F’ для эвтектической температуры в стабильном равновесном состоянии фазы жидкости, аустенита, графита, в метастабильном состоянии по линии ECF фазы жидкости, аустенита и цементита. На линии PSK при эвтектоидной температуре (метастабильное равновесие) фазы состоят из аустенита, феррита и цементита, на линии P’S’K’ при эвтектоидной температуре (стабильное равновесие) фазы состоят из аустенита, феррита, графита. На диаграмме магнитному превращению феррита и цементита соответствуют горизонтальные линии при 768 и 210°С. Феррит имеет ферримагнитные свойства ниже 768°С, выше феррит парамагнитен. Цементит свыше 210°С (точка Кюри) переходит в парамагнитное состояние из ферримагнитного состояния.

Сплавы, содержащие до 0,5% углерода, кристаллизуются при температурах по линии АВ. Сплавы, содержащие от 0,1 до 0,5% углерода, кристаллизуются с первоначальным образованием δ-твердого раствора, который при охлаждении до линии HJB (перекритическая температура) переходит в γ-твердый раствор аустенита (за счет взаимодействия расплава и δ-твердого раствора). Сплавы, содержащие до 0,1% углерода, кристаллизуются в δ-твердый раствор.

Сплавы, содержащие от 0,5 до 2% углерода, кристаллизуются в γ-твердый раствор, начало кристаллизации на линии BC, окончание на линии JE. Равновесными структурами стали считаются структуры, которые при нормальной температуре состоят из фаз феррита, цементита или перлита.