Сопротивление распространению вязких трещин в газопроводах является наиболее важным свойством, определяющим возможности применения особо прочных трубных сталей при высоких эксплуатационных давлениях. На протяжении последних десятилетий достигнуто понимание, что существующие методы оценки требуемой вязкости трубных сталей текущего производства достаточно надежны, однако их применимость для высокопрочных материалов нового поколения требует дополнительного анализа. К настоящему времени предпринято немало усилий для изучения особенностей поведения особо прочных сталей при высоком давлении и разработки более корректных методов оценок минимально необходимой вязкости. Тем не менее, новые методы находятся на стадиях, достаточно далеких от завершения и принятия инженерным сообществом. В качестве промежуточного решения многие исследователи предлагают экспериментально найденные корректировки или уточнения для вновь разрабатываемых групп прочности трубных сталей. Такой подход не затрагивает коренным образом фундаментальные вопросы, связанные с остановкой протяженного вязкого разрушения, но даёт определенные возможности для анализа и принятия предварительных инженерных решений.
Фактически анализ первых протяженных разрушений, имевших место в США, явился отправной точкой в формировании требований к трубным сталям, методам их испытаний и в соответствующей эволюции технологий производства. Вопросы обеспечения трещиностойкости газопроводных труб категории прочности до К60 (Х70) включительно были успешно решены в СССР, а надежность разработанных решений нашла практическое подтверждение при многолетней эксплуатации российской системы дальнего транспорта газа. Разработка стратегий предотвращения лавинного разрушения является одним из ключевых вопросов разработки и применения новых поколений газопроводов с повышенным рабочим давлением из более прочных сталей.
Традиционно предотвращение возможности протяженных разрушений обеспечивалось выбором материала труб, гарантирующим вязкое поведение в заданном температурном интервале и способность останавливать протяженное разрушение в случае его инициирования Ниже приведены моменты, определившие направления эволюции сталей для газопроводов с учетом явления протяженного разрушения:
После открытия в 1943 г. явления хрупко-вязкого перехода в углеродистых сталях требования к величине ударной вязкости было применено к ряду свариваемых сталей, включая трубопроводные. Позднее для определения температуры хрупко-вязкого перехода DBTT (Ductile-to-Brittle Transition Temperature) и обеспечения гарантированного вязкого поведения в полноразмерном сечении институтом Бателли была разработана и введена в промышленную практику методика испытания падающим грузом (ИПО-DWTT (Drop Weight Tear Test), которая по условиям, прежде всего по скорости распространения, напряженному и деформированному состоянию, была максимально приближена к условиям разрушения газопровода, что позволяло точнее определять характер поведения стали, чем при испытаниях на ударную вязкость.
Следует отметить, что на протяжении истории разработки сталей с повышенной прочностью методы определения их трещиностойкости совершенствовались и развивались. В разное время наиболее популярными в исследованиях и применимыми на практике динамические методы Шарпи, Менаже, Бэтелли, Пеллини, Робертсона. Заметны были разработки и в области определения статической трещиностойкости или вязкости разрушения при статическом нагружении. Методы испытания образцов продолжают развиваться, что обусловлено их определенными несовершенствами по отношению к реальным объектам, особенно из новых классов материалов.
На основе анализа вязких разрушений газопроводов в конце 60-х годов прошлого века были сформированы подходы, основанные на величине энергии разрушения стандартных ударных образцов с острым надрезом по Шарпи Они получили признание в результате практического применения при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов, построенных на протяжении 30-40 лет. Прямой перенос методологии на новые особо высокопрочные трубы не дал положительных результатов, что подтверждено рядом полноразмерных испытаний групп прочности Х100 и Х120.
Многообразие используемых методов испытаний является следствием отсутствия универсальной концепции определения трещиностойкости, справедливой для всех случаев. Традиционно для оценки трещиностойкости трубных сталей используется стандартизированный и широко применяемый для многих видов металлопродукции метод Шарпи ударного изгиба компактного образца с острым V-образным надрезом. Привлечение данного метода к оценке трещиностойкости основного металла трубных сталей на основе теоретических представлений и эмпирического подхода по связи энергии по Шарпи с сопротивлением распространению трещины было обосновано многими исследователями. (Продолжение следует).
