Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

В. Н. Шинкин, профессор кафедры физики, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: shinkin-korolev@yandex.ru

Долговечность работы стальных толстостенных труб большого диаметра (ТБД) на магистральных газо- и нефтепроводах существенно зависит от качества и прочности изоляции внешней и внутренней поверхностей труб. Обычно такие трубы имеют внешнее антикоррозионное трехслойное полиэтиленовое или полипропиленовое покрытие. Для этого сначала внешнюю поверхность трубы хромируют, нагревают и на слой хрома наносят эпоксидный праймер, на который наносят адгезив и, в конце внешнюю поверхность трубы покрывают полиэтиленом или полипропиленом. Для изоляции внутренней поверхности ТБД ее нагревают и наносят тонкий слой (2 мм) гладкостного (антифрикционного) покрытия или внутреннего антикоррозийного эпоксидного покрытия. Внутреннее антикоррозийное покрытие ТБД значительно слабее и менее долговечно, чем внешнее антикоррозийное, и может со временем разрушаться при перекачке некоторых видов газа и нефти российских сибирских месторождений, содержащих кислотные агрессивные компоненты. Поэтому в последние годы ПАО «Газпром» рекомендовал крупнейшим российским металлургическим заводам (Загорский трубный завод, Выксунский металлургический завод, Челябинский трубопрокатный завод, Ижорский трубный завод и др.) обратить внимание на производство стальных толстостенных ТБД с внутренним покрытием из коррозионностойкой стали толщиной около 2 мм. Такие трубы можно производить (например, на прессе пошаговой формовки или трехвалковых вальцах) из биметаллического листа, основой которого является высокопрочная трубная сталь (подложка) толщиной 19–48 мм класса прочности К55–К65, покрытая слоем коррозионностойкой стали толщиной около 2 мм. Таким образом, относительное соотношение толщин подложки и покрытия может достигать 2/19 + 10,5 %. Механическая деформация такого биметаллического листа качественно отличается от деформации монометаллического листа (листа из однородной стали). Например, при упругопластическом растяжении прямого биметаллического бруса (листа) остаточные напряжения внутри него после деформации могут существенно изгибать его продольную ось. Отметим, что упругопластическое поперечное растяжение стенок трубных заготовок на экспандере имеет большое значение при экспандировании труб большого диаметра и может сильно влиять на окончательный диаметр трубы. Кроме того, термический нагрев прямого биметаллического бруса (листа) также может сильно искривить его. Ниже построена математическая модель расчета кривизны прямого биметаллического бруса (листа) после его упругопластического растяжения с учетом термического нагрева и без.

1. Шинкин В. Н. Сопротивление материалов для металлургов. — М. : МИСиС, 2013. — 655 с.
2. Shinkin V. N. Analytical calculus of sheet curvature on four-roll mills at tubes production // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 23. P. 50–55.
3. Шинкин В. Н. Четырехточечный упругопластический изгиб стального листа на трубоформовочном прессе пошаговой формовки стали // Черные металлы. 2022. № 8. C. 67–70.
4. Belskiy S. M., Shopin I. I. Local thickenings and thinnings of hot rolled strips // Materials Science Forum. 2022. Vol. 1052. P. 340–345.
5. Shkarin A. N., Bel’skii S. M., Pimenov V. A. Influence of the cross-sectional shape of hot semifinished rolled products on the formation of the plot of specific tension in cold-rolled strips // Metallurgist. 2020. Vol. 64. No. 7–8. P. 699–708.
6. Fadeev V., Kondrushin A. Special aspects of determining parameters for continuous deformation of pipe billets for the specified pipes size range // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. P. 1322–1325.
7. Goncharuk A. V., Fadeev V. A., Kadach M. V. Seamless pipes manufacturing process improvement using mandreling // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. P. 402–407.
8. Зубченко А. С. Марочник сталей и сплавов. — М. : Машиностроение, 2003. — 784 с.
9. Chu Y., Hao B., Li Z., Zhu J., He X. An analytical model for predicting residual stresses in multiple layers by plasma cladding process // AIP Advances. 2019. Vol. 9. 085103.
10. Dean J., Gu T., Clyne T. W. Evaluation of residual stress levels in plasma electrolytic oxidation coatings using a curvature method // Surface and Coating Technology. 2015. Vol. 269. No. 5. P. 47–53.
11. Clyne T. W. Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding // Key Engineering Materials. 1996. Vol. 116. No. 7. P. 307–330.
12. Arslan E., Mack W. Effects of parameter uncertainties on the forecasted behavior of thermomechanically loaded thick-walled functionally graded spherical structures // Acta Mechanica. 2022. Vol. 233. No. 5. P. 1865–1880.
13. Nguyen L., Buhl J., Israr R., Bambach M. Analysis and compensation of shrinkage and distortion in wire-arc additive manufacturing of thin-walled curved hollow sections // Additive Manufacturing. 2021. Vol. 47. 102365.
14. Hao J. J., Zhu X. Y., Cheng Z. X. Effects of plate error on roll straightening process // Suxing Gongcheng Xuebao. 2022. Vol. 29. No. 4. P. 70–74.
15. Wang W. B. Stability analysis of cross-section of double-row largediameter pipeline based on bim technology // International Journal of Industrial and Systems Engineering. 2021. Vol. 39. No. 2. P. 162–175.