tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2024-6-136-145tumnig-1275Research ArticleМАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИMATERIALS AND STRUCTURES IN THE OIL AND GAS INDUSTRYВлияние точечных дефектов на межкристаллитное разрушение сталиInfluence of point defects on intergranular fracture of steelПахаруковЮ. В.PakharukovYu. V.

Пахаруков Юрий Вавилович, доктор физико-математических наук, профессор

г. Тюмень

Yuri V. Pakharukov, Doctor of Physics and Mathematics, Professor at the Department of Physics, Methods of Control and Diagnostics

Tyumen

ЧехуноваА. М.ChekhunovaA. M.

Чехунова Анна Михайловна, старший преподаватель

г. Тюмень

Anna M. Chekhunova, Senior lecturer

Tyumen

chehunovaam@tyuiu.ruМоревA. B.MorevA. V.

Морев Александр Валентинович, доктор физико-математических наук, профессор

г. Тюмень

Aleksandr V. Morev, Doctor of Physics and Mathematics, Professor at the Department of Physics

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation20242812202406126145Copyright © Пахаруков Ю.В., Чехунова А.М., Морев A.B., 20242024Пахаруков Ю.В., Чехунова А.М., Морев A.B.Pakharukov Y.V., Chekhunova A.M., Morev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1275

К настоящему времени установлено, что процесс старения трубной стали является многостадийным. Первая стадия выражается в выделении атомов углерода из зерен металла. Вторая стадия определяется выносом междоузельных атомов к границам зерен. Механизм выноса связан с диффузией углерода по междоузельному пространству с участием точечных дефектов — вакансий. Самые оптимистические оценки дают нереально большое время процесса старения стали. Таким образом, механизм диффузии остается неясным.

Цель исследования заключается в построении такого механизма, который бы адекватно описывал явление. По мнению авторов, такой механизм должен быть связан с точечными дефектами.

Ведущим методом избран теоретический анализ, в результате которого предложен эффективный путь влияния точечных дефектов на межкристаллитное коррозионное разрушение стали. В условиях восходящей диффузии в линейном приближении массоперенос развивается медленно и не может обогатить прилегающие слои границ зерен примесями. Присутствие дефектов делает диффузию нелинейной. В работе рассматривались термодефекты, генерированные градиентом температуры. По изменению магнитных свойств образцов сделаны выводы о формировании структуры с участием примесей углерода, вытесненных в процессе внедрения водорода.

Результаты работы могут быть использованы в разработке методов повышения сроков эксплуатации трубных сталей.

At present, it has been established that the ageing process of pipe steel is multistage. The first stage is characterized by the release of carbon atoms from the metal grains. The second stage is determined by the removal of inter-nodal atoms to the grain boundaries. This removal mechanism is related to the diffusion of carbon through the inter-domain space, facilitated by point defects such as vacancies. The most optimistic estimates give an unrealistically long time of the ageing process of steel. Thus the diffusion mechanism remains unclear.

The aim of this study is to construct a mechanism that would adequately describes this phenomenon. The authors believe such a mechanism should be related to point defects (vacancies). The leading method used in this research is theoretical analysis, which has led to the proposal of an effective way of influence of point defects in intergranular corrosion failure of steel is proposed.Under conditions of uphill diffusion in the linear approximation, mass transfer develops slowly and cannot enrich the adjacent grain boundary layers with impurities. The presence of defects makes the diffusion nonlinear.This study considers thermodefects generated by a temperature gradient. Based on changes in the magnetic properties of the samples, conclusions about the formation of the structure with the participation of carbon impurities displaced in the process of hydrogen introduction were made.

The results of this study can be used in the development of methods of increase of service life of pipe steels.

граница зеренразрушение сталиточечные дефектыпримесивнедрение углеродаgrain boundarysteel fracturepoint defectsimpuritiescarbon embeddingReferencesКоннов, Д. В. Прогнозирование коррозионных дефектов в нефтяных трубопроводах / Д. В. Коннов. – DOI 10.32743/UniTech.2023.115.10.16180. – Текст : непосредственный // Universum: технические науки. – 2023. – № 10–5(115).– С. 22–32.D. Konnov, D. V. (2023). Prediction of corrosion defects in oil pipelines / D. V. Konnov // Universum: Technical Sciences, 10-5(115), рр. 22-32. (In Russian). DOI: 10.32743/UniTech.2023.115.10.16180.Мардамшин, В. Р. К вопросу оценки опасности стресс-коррозионных трещин в металле стального газопровода / В. Р. Мардамшин. – DOI 10.33285/19996934-2022-3(129)-51-56. – Текст : непосредственный // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 3(129). – С. 51–56.Mardamshin, V. R. (2022). On the issue of assessing the risk of stress-corrosion cracks in the metal of a steel gas pipeline. Equipment and technologies for oil and gas complex, 3(129), рр. 51-56. (In Russian). DOI: 10.33285/1999-6934-2022-3(129)-51-56.Применение метода коэрцитиметрии для оценки уровня остаточных напряжений, возникающих при термической обработке железнодорожных колес / В. И. Криворотов, С. А. Шмелев, А. В. Богданов [и др.]. – DOI 10.34641/SP.2021.1039.6.028. – Текст : непосредственный // Сварочное производство. – 2021. – № 6. – С. 42–50.Krivorotov, V. I. Shmelev, S. A., Bogdanov, A. V., Muratov, R. Ch., Grezev, N. V., & Zaitsev, L. V. (2021). Application of the method of coercimetry for assessing the level of residual stresses arising during the heat treat-ment of railway wheels. Svarochnoe Proizvodstvo, (6), pp. 42-50. (In Russian). DOI: 10.34641/SP.2021.1039.6.028.Чехунова, А. М. Неравномерное распределение углерода при мартенситном превращении / А. М. Чехунова, Ю. В. Пахаруков. – DOI 10.24411/2500- 0101-2019-14412. – Текст : непосредственный // Челябинский физико-математический журнал. – 2019. – Т. 4, № 4. – С. 487–493.Chekhunova, A. M., & Pakharukov Yu. V. (2019). Carbon maldistribution during the martensitic transformation // Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal, 4 (4), pp. 487-493. (In Russian). DOI: 10.24411/2500-0101-2019-14412.Мониторинг напряжений (деформаций) протяженной металлоконструкции в динамически напряженных зонах / А. В. Радченко, В. Ф. Новиков, К. Р. Муратов [и др.]. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2010. – № 2(80). – С. 11–18.Radchenko, A. V., Novikov, V. F., Muratov, K. R., Martynov, O. S., & Loginov, V. V. (2010). Onitoring of stresses (deformations) of the extended metal construction in dynamically tense zone (DTZ). Oil and gas studies, 2(80), pp. 11-18. (In Russian).Пахаруков, Ю. В. Дефекты в конденсированных средах и проблем старения трубных сталей : учебное пособие / Ю. В. Пахаруков. – Тюмень : Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2015. – 74 с. – Текст : непосредственный.Pakharukov, Yu. V. Defekty v kondensirovannykh sredakh i problem stareniya trub-nykh staley. Tyumen, Tyumen State Oil and Gas University, 74 p. (In Russian).Назаров, В. В. Математическая модель коррозии при осесимметричном плоском деформировании цилиндрической стальной трубы под воздействием внутреннего давления водородосодержащей среды и высокой температуры / В. В. Назаров. – Текст : непосредственный // Лазерные, плазменные исследования и технологии. ЛАПЛАЗ-2022 : сборник научных трудов VIII Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения лауреата нобелевской премии по физике Басова Н. Г., Москва, 22–25 марта 2022 г. – Москва: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2022. – С. 111.Nazarov, V. V. (2022). Matematicheskaya model' korrozii pri osesimmetrich-nom ploskom deformirovanii tsilindricheskoy stal'noy truby pod vozdeystviem vnutrennego davleniya vodorodosoderzhashchey sredy i vysokoy temperatury. Lazernye, plazmennye issledovaniya i tekhnologii. LAPLAZ-2022: sbornik nauchnykh trudov VIII Mezhdunarodnoy konferentsii, posvyashchennoy 100-letiyu so dnya rozhdeniya laureata nobelevskoy premii po fizike Basova N. G. Mosсow, Natsional'nyy issledovatel'skiy yadernyy universitet "MIFI", р. 111. (In Russian).Савенок, О. В. Анализ коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов нефтегазопромыслового оборудования / О. В. Савенок, А. Н. Горпинченко, П. П. Порывкин. – Текст : непосредственный // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). – 2022. – № 3. – С. 133–147.Savenok, O. V. Gorpinchenko, A. N., & Poryvkin, P. P. (2022). Analysis of corrosion-mechanical fault of structural materials of oil and gas production equipment. Science. Engineering. Technologie (Polytechnic Bulletin), (3), pp. 133-147. (In Russian).Совершенствование методов контроля и диагностики свойств металлоконструкций в условиях коррозионного воздействия / М. Н. Ерофеев, А. И. Чмыхало, В. В. Спирягин [и др.]. – DOI 10.31044/1684-2499-2022-0-7-40-53. – Текст : непосредственный // Технология металлов. – 2022. – № 7. – С. 40–53.Erofeev, M. N., Chmykhalo, A. I., Spiryagin, V. V., Kravchenko,I. N., Galinovsky, A. L., & Velichko, S. A. (2022) Improvement of methods for monitoring and diagnostics of properties of metal structures under corrosion. Tehnologia metallov, (7), pp. 40-53. (In Russian). DOI: 10.31044/1684-2499-2022-0-7-40-53.Прохоров, А. П. Анализ влияния низкотемпературного нейтронного облучения на межкристаллитное разрушение аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т / А. П. Прохоров. – Текст : непосредственный // Инновационный потенциал развития общества : взгляд молодых ученых : сборник научных статей 2-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок, Курск, 01 декабря 2021 г. Том 5. – Курск : Юго-Западный государственный университет, 2021. – С. 125–127.Prokhorov, A. P. (2021). Analiz vliyaniya nizkotemperaturnogo neytronnogo oblucheniya na mezhkristallitnoe razrushenie austenitnoy nerzhaveyushchey stali 08KH18N10T. Innovatsionnyy potentsial razvitiya obshchestva: vzglyad molodykh uchenykh: sbornik nauchnykh statey 2-y Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii perspektivnykh razrabotok, Tom 5. Kursk, Yugo-Zapadnyy gosudarstvennyy universitet, рр. 125-127. (In Russian).Нечаев, Ю. С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов / Ю. С. Нечаев. – Текст : непосредственный // Успехи физических наук. – 2008. – Т. 178, № 7. – С. 709–726.Nechaev, Yu. S. (2008). Metallic materials for the hydrogen energy indus- try and main gas pipelines: complex physical problems of aging, embrittlement, and fail- ure. Physics Uspekhi, (51(7)), рр. 681-697. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.