V druhé polovině XNUMX. stol. hlavní potrubí se dynamicky rozvíjí ve všech hlavních parametrech; průměr potrubí, provozní tlak, čerpací vzdálenost. Teplota přepravovaného plynu se znatelně snížila a kapacita plynovodů se prudce zvýšila.
V krátkém historickém období vzniklo nové, důležité odvětví národního hospodářství – potrubní doprava, určená k přepravě ropy, plynu a jejich produktů na velké vzdálenosti. Ropa a plyn se navíc stávají jedním z hlavních zdrojů energie a surovin pro řadu odvětví národního hospodářství a jejich podíl na palivové a energetické bilanci země je přibližně 70 %.
Rychlý rozvoj potrubní dopravy si vyžádal vysoce spolehlivé trubky a tomu odpovídající rozvoj hutního průmyslu, a to jak z kvantitativního, tak z kvalitativního hlediska.
Zvláštní je vliv hlavních potrubí na rozvoj hutního průmyslu. Bez velké nadsázky lze říci, že požadavky tohoto odvětví přispěly k radikálnímu zlepšení technologie výroby oceli, pokud jde o metody legování a čištění od škodlivých nečistot a vývoj nového procesu válcování. Použití řízeného válcování poskytlo širokou příležitost řídit strukturu a vlastnosti oceli.
Ropný a plynárenský průmysl jako přední průmyslová odvětví v národním hospodářství jsou hlavními spotřebiteli oceli a trubek. Spolehlivý provoz hlavních ropovodů má velký dopad na řadu průmyslových odvětví, zejména na chod podniků s nepřetržitým výrobním cyklem, které spotřebovávají produkty přepravované potrubím jako suroviny a zdroje energie. Destrukce potrubí je extrémně nebezpečná pro okolní stavby, lidi a okolní prostředí. Například zničení ropovodu může na dlouhou dobu narušit ekologickou rovnováhu velkého území.
Vše výše uvedené určuje zvláště přísné požadavky, které jsou kladeny na spolehlivý a bezporuchový provoz hlavních potrubí po mnoho let jejich provozu. Velký národohospodářský význam hlavních plynovodů a ropovodů, potřeba eliminovat křehké lomy typu „lavina“ a rozšířené tvárné trhliny vyžadovaly výrobu oceli s vysokou viskozitou a odolností proti chladu. Žádní jiní spotřebitelé nekladli na hutní průmysl takové nároky.
Obtížnost výroby vysoce kvalitních ocelí byla umocněna velkou poptávkou ropného a plynárenského průmyslu po trubkách, dosahující několika milionů tun ročně. Potřebná je nejen vysoce kvalitní, ale také levná sériově vyráběná ocel, kterou lze dodávat ve velkém množství, aniž by bylo nutné ji legovat drahými a vzácnými prvky.
Zhruba do roku 1960, kdy průměr hlavních potrubí nepřesahoval 820 mm a provozní tlak 5,5 MPa a výstavba probíhala ve střední a jižní zóně republiky, nebyla výroba oceli pro trubky nijak zvlášť náročná. Trubky o průměru menším než 500 mm byly vyrobeny ze standardních uhlíkových ocelí různých jakostí a o průměru 530-820 mm – z jednoduchých za tepla válcovaných nízkolegovaných nebo normalizovaných ocelí. Velká pozornost byla věnována získávání nejlevnějších trubek, zejména trubek z poloměkkých ocelí a nejjednodušších manganových ocelí typu 19G. V tomto období nebyly kladeny žádné požadavky na houževnatost ocelí pro trubky. Od konce 50. let, po širokém rozšíření způsobu výroby trubek s rovným švem na lisech a jejich rovnání v expandérech, se však kalení a s tím spojené zvýšení meze kluzu a pevnosti v tahu považovalo za způsob, jak zvýšit pevnost ocelové trubky, počet poruch v základním kovu trubek prudce vzrostl při testování jejich pevnosti a během provozu. Se zvětšením průměru plynovodů a ropovodů na 1020 mm bylo nutné zvýšit spolehlivost potrubí, zvýšit pevnost a houževnatost oceli, protože jednoduché manganové oceli tento problém spolehlivě nevyřešily.
V 60-70 letech. V letech minulého století bylo vynaloženo mnoho práce na vytvoření levných nízkolegovaných ocelí se zaručenou houževnatostí na základě jejich legování manganem a křemíkem. Nejlepší z nich byla ocel typu 17G1S a její modifikace. Metody tavení a dezoxidace oceli byly vylepšeny, aby se zlepšila její stejnoměrnost a snížily se škodlivé nečistoty. Válcovny plechu přešly na příčné válcování kovu, kdy se plech válcoval ve směru kolmém na osu ingotu. Byla vyvinuta technologie pro úpravu oceli syntetickými struskami, která výrazně zvýšila její viskozitní a tažnost. Ve stejné době byly vyvinuty a testovány první normalizované disperzně zpevněné oceli typu 15G2SF a další při výrobě trub, ale jejich tavení již vyžadovalo vanad a další karbido- a nitridotvorné prvky.
V důsledku provedených prací byla dočasná pevnost v tahu kovového potrubí zvýšena ze 480 na 520-540 MPa a byly přijaty požadavky na rázovou houževnatost (KCU-40≥0,3 MJ/m2). Výsledné oceli umožnily spolehlivě zajistit provozuschopnost potrubí o průměru až 1020 mm při kladné teplotě čerpání plynu.
Ani vysoce kvalitní normalizované oceli však neposkytovaly uspokojivou odolnost vůči křehkému šíření destrukce podél plynovodu při provozních teplotách od -5 do -15 °C, což je nezbytné pro plynovody provozované v severních oblastech země. V souvislosti s přechodem na počátku 70. let na výstavbu plynovodů o průměru 1420 mm s pracovním tlakem 7,5 MPa bylo nutné vyvinout zásadně nové typy ocelí vyráběných řízeným válcováním. V současnosti se jedná o hlavní typ oceli pro trubky o průměru 1020–1420 mm při tlaku 7,5 MPa.
Výše uvedené ukazuje, že oceli používané pro výrobu trubek pro hlavní plynovody a ropovody a polní sítě lze obecně zredukovat na tři hlavní typy:
nízkolegovaná na bázi manganu a křemíku;
řízená válcovací ocel.
Tato kapitola ukazuje technické možnosti různých druhů ocelí a racionální oblasti jejich použití v plynovodech a ropovodech.
V druhé polovině dvacátého století. Kmenové potrubí se dynamicky vyvíjelo ve všech hlavních parametrech: průměr potrubí, provozní tlak, rozsah čerpání. Teplota přepravovaného plynu se znatelně snížila a kapacita plynovodů se prudce zvýšila.
Rychlý rozvoj potrubní dopravy si vyžádal vysoce spolehlivé trubky a tomu odpovídající rozvoj hutního průmyslu, a to jak z kvantitativního, tak z kvalitativního hlediska.
Použití řízeného válcování poskytlo širokou možnost kontroly struktury a vlastností oceli, proto na počátku 70. let dvacátého století. Byly vyvinuty zásadně nové typy ocelí, které by mohly splňovat požadavky na kladení potrubí v podmínkách Ťumeňe a dalších severních regionů a v souvislosti s přechodem na výstavbu potrubí o průměru 1420 mm a pracovním tlaku 7,5 MPa. V současnosti se jedná o hlavní typ oceli pro trubky o průměru 1020-1420 mm při tlaku 7,5 MPa.
Pro výrobu trubek pro hlavní potrubí a polní sítě se používají tři druhy oceli:
– nízkolegované na bázi manganu a křemíku;
– řízená válcovací ocel.
Uhlíkové oceli
Pro výrobu trubek se používá uhlíková ocel běžné kvality, dodávaná v souladu s GOST 380-71 skupina „B“, tzn. se zárukou mechanických vlastností a chemického složení, stupně VSt.2; VSt.3 a zřídka VSt.4. Bezešvé trubky jsou nejčastěji vyráběny z vysoce kvalitní konstrukční uhlíkové oceli třídy 10-20, které jsou dodávány v souladu s GOST 1050-74. V závislosti na stupni dezoxidace mohou být všechny uhlíkové oceli dodávány vroucí, poloklidné nebo klidné.
Chemické složení ocelí a jejich mechanické vlastnosti jsou stanoveny státními normami v závislosti na jakosti a stupni dezoxidace. Přítomnost dusíku v uhlíkových ocelích by neměla překročit 0,008 %. U ocelí 10 a 20 upravuje GOST 1050-74 tvrdost a některé konstrukční prvky. GOST 380-71 také zajišťuje výrobu uhlíkové oceli zpevněné manganem. V tomto případě je do označení oceli uvedeno písmeno „G“ a ocel je označena VSt.3G.
Měkké uhlíkové oceli jsou kvalitnější, mají jednotné chemické složení, ale jsou dražší. Struktura varných ocelí je nejméně homogenní kvůli segregaci uhlíku, síry a fosforu. Při studiu jednotlivých lomů svarových spojů z varných ocelí byl v lomové zóně zjištěn dvojnásobný obsah uhlíku a síry oproti údajům certifikátu Skutečný obsah síry dosáhl 0,1 %. U měkkých ocelí je segregace zanedbatelná. Heterogenita chemického složení vroucích a polotichých uhlíkových ocelí způsobuje rozdíly ve vlastnostech v různých částech potrubního plechu, což vede k nejednoznačnému chování trubky při svařování. Komplexní studie trubek ukázaly, že tyto typy ocelí jsou vhodné pro svařování městských plynárenských sítí s tlakem do 1,2 MPa a ropovodů a plynovodů při kladných provozních teplotách. Ocel uspokojivě odolává vzniku trhlin za následujících podmínek: VSt.3sp o tloušťkách 5 – 10 mm v rozsahu teplot do – 40ºC včetně; VSt.3ps o tloušťce 10 mm při teplotě – 20ºC; o tloušťce 8 mm – až – 30ºC a tloušťce 5 mm – až – 40ºC; VSt.3G o tloušťce 10 mm – až – 15ºC, o tloušťce 8 mm – až – 20ºC a tloušťce 5 mm – až – 40ºC.
Použití uhlíkových ocelí v potrubí musí být regulováno v závislosti na typu dezoxidace oceli, tloušťce stěny potrubí a elastické energetické rezervě v dopravovaném produktu. Například trubky vyrobené z oceli VSt.3sp mohou uspokojivě fungovat v plynovodech s průměrem menším než 530 mm a tloušťkou do 8 mm, provozní teplotou 10ºC a vyšší a stavební teplotou minimálně 30ºC. Trubky vyrobené z oceli VSt.3ps a VSt.3G s tloušťkou stěny 8 mm nebo menší lze použít při provozních teplotách do –5ºC a stavebních teplotách do –20ºC. V městských plynárenských sítích o průměru 530 mm nebo menším s pracovním tlakem do 1,2 MPa, kdy lze na plynovod působit dynamickým zatížením, jsou trubky s tloušťkou stěny do 8 mm z mírného a polojemného třídy uhlíkové oceli lze použít v podzemních plynovodech při provozní teplotě ne nižší než –10ºC. Zkušenosti s používáním vylepšené uhlíkové oceli VSt.3 při konstrukci nádrží pro skladování ropy a ropných produktů ukazují, že uhlíkové oceli mohou poskytnout zaručenou viskozitu až do teploty – 40ºC a odolnost proti chladu až – 10ºC.
