Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

Б. С. Ермаков, заведующий лабораторией, докт. техн. наук, профессор
С. Б. Ермаков, директор научно-образовательного центра

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия:
Р. М. Хузнахметов, аспирант
С. А. Вологжанина, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: svet_spb@mail.ru

Развитие добычи, переработки, хранения и транспортирования сжиженного природного газа требует надежной эксплуатации оборудования. По этой причине крайне важным является грамотный выбор материала для изготовления деталей низкотемпературного оборудования. Следует учитывать, что такое оборудование работает в широком температурном диапазоне, подвергается воздействию различного вида нагрузок — статических, динамических, циклических, а также влиянию как внешних, так и рабочих агрессивных сред. По этой причине для изготовления ответственных деталей, узлов, сосудов и трубопроводов чаще всего применяют хромоникелевые аустенитные стали, в частности сталь 12Х18Н(10-12)Т. Известно, что в условиях низких температур, вплоть до температур жидкого гелия, составляющих –253 ^oC, такие стали работают достаточно надежно. Однако нагревы до высоких температур, достигающих 1400 ^oC в ходе сварочных или ремонтных работ и неоднократные технологические разогревы, связанные с высокотемпературной продувкой неразъемных, фильтрующих рабочую среду систем, приводят к перераспределению в границы зерен примесных элементов. Формирование нано- и ультрадисперсных зернограничных дефектов приводит к возникновению коррозионных трещин, которые развиваются по механизмам коррозионного растрескивания и межкристаллитной коррозии. Рассмотрено влияние длительной эксплуатации и высокотемпературных нагревов на работоспособность оборудования, изготовленного из стали 12Х18Н12Т. Показано, что именно зоны сварных соединений являются потенциально опасными относительно выхода из строя отдельных участков низкотемпературного оборудования. Таким образом, при продлении ресурса оборудования, отработавшего расчетный срок службы, и проведении операций технической диагностики особое внимание следует уделять участкам зон термического влияния.

1. Davydenko M. I., Baranov A. Y. Analysis of the possibility of improving the energy efficiency of the LNG shipment system from large-capacity storage facilities by upgrading the design of the submersible pump. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2022. Vol. 988, Iss. 3. 032056.
2. Ivanov L. V. et al. Change of exploitation parameters of a vessel after the switch to the usage of LNG as the main fuel. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2021. Vol. 1111, Iss. 1. 012021.
3. Ivanov L. V. et al. A procedure for selecting cryogenic tanks for small vessel revamping projects. Journal of International Academy of Refrigeration. 2021. No. 1. pp. 40–45.
4. Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapov R. K. Analysis of the application and impact of carbon dioxide media on the corrosion state of oil and gas facilities. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250. P. 578–586. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.11
5. Litvinova T. E., Kashurin R., Lutskiy D. Complex formation of rare-earth elements in carbonate–alkaline media. Materials. 2023. Vol. 16. P. 3140. DOI: 10.3390/ma16083140
6. Vologzhanina S. A. et al. Effect of the deformation degree in low temperature conditions on the transformations and properties of metastable austenitic steels. Obrabotka Metallov. Metal Working and Material Science. 2022. Vol. 24, No. 1. pp. 73–86.
7. Baake E., Shpenst V. A. Recent scientific research on electrothermal metallurgical processes. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 240. pp. 660–668.
8. Marinin M. A., Khokhlov S. V., Isheyskiy V. A. Explosion welding of flat sheet articles: Process simulation. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 237. pp. 275–280.
9. Pryakhin E. I., Sharonov N. I. Key provisions and issues of the electronbeam technology in application to the fabrication of aluminium-magnesium alloy structures. Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 229. pp. 84–91.
10. Sharapova D. M., Sharapov M. G., Sharonov N. I. Structure formation of butt joints made of aluminum alloys to ensure the quality of mechanical engineering products. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1022. pp. 119–126.
11. Ajide O. O. et al. Effect of post-weld heat-treatment on corrosion and microstructure properties of electric arc welded mild steels. Portugaliae Electrochimica Acta. 2023. Vol. 41, Iss. 1. pp. 47–56.
12. Kim Y. et al. Novel cryogenic carbon dioxide capture and storage process using LNG cold energy in a natural gas combined cycle power plant. Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 456. 140980. DOI: 10.1016/j.cej.2022.140980
13. Su T., Huang Y., Xuan F. Z. Stress corrosion cracking growth rate prediction model for nuclear power turbine rotor steel in a simulated environment. Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 23. pp. 830–844. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.01.049
14. Chuaiphan W., Srijaroenpramong L. Microstructure, mechanical properties and pitting corrosion of TIG weld joints alternative low-cost austenitic stainless steel grade 216. Journal of Advanced Joining Processes. 2020. Vol. 2. 100027. DOI: 10.1016/j.jajp.2020.100027
15. Margolin B. et al. Fracture mechanisms and properties for irradiated austenitic chromium-nickel steel over elevated temperature range and formulation of intergranular fracture criterion. Engineering Fracture Mechanics. 2023. Vol. 281. 109087. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109087
16. Dak G., Pandey C. A critical review on dissimilar welds joint between martensitic and austenitic steel for power plant application. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 58, Iss. 4. pp. 377–406. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.08.019
17. Pryakhin E. I., Sharapova D. M. Understanding the structure and properties of the heat affected zone in welds and model specimens of high-strength low-alloy steels after simulated heat cycles. CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. pp. 60–65.
18. Cheng L. et al. Mechanical properties and degradation mechanism of LNG containment concrete material under cryogenic conditions. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 347. 128557. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128557
19. Shakhnazarov K. Y., Pryakhin E. I., Mikhailov A. V. 630 ^oС ± 30 ^oС-nodal (critical) temperature of iron and carbon steel. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1040. pp. 191–199.
20. Zhang J. et al. Microstructure and performances of dissimilar joints between 12Cr2Mo1R steel and 06Cr18Ni11Ti austenitic stainless steel joined by AA-TIG welding. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 60. pp. 96–106. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.10.048
21. Dak G., Pandey C. Microstructure anomaly during welding and its influence on the mechanical properties of dissimilar weldments of P92 martensitic steel and AISI 304L austenitic stainless steel. Journal of Manufacturing Processes. 2022. Vol. 80. pp. 829-851. DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.06.048
22. Shakhnazarov K. Y. Property anomalies of unalloyed pre-eutectoid steel melts at~ 0.5% C as a consequence of the intermediate Fe42C phase. Steel in Translation. 2020. Vol. 50, Iss. 4. pp. 261–265. DOI: 10.3103/S0967091220040087
23. Zhao X. et al. Investigation on the microstructure and mechanical properties analysis of 304L stainless steel multi-pass filler welding joint for pipeline. Materials Today Communications. 2022. Vol. 33. 104770. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.104770
24.Wang Q., Jiao W., Zhang Y. M. Deep learning-empowered digital twin for visualized weld joint growth monitoring and penetration control. Journal of Manufacturing Systems. 2020. Vol. 57. pp. 429-439. DOI: 10.1016/j.jmsy.2020.10.002
25. Vinogradova A., Gogolinskii K., Umanskii A., Alekhnovich V., Tarasova A., Melnikova A. Method of the mechanical properties evaluation of polyethylene gas pipelines with portable hardness testers. Inventions. 2022. No. 7. P. 125. DOI: 10.3390/inventions7040125
26. Bazhin V. Y., Aryshenskii E., Hirsch J., Kawalla R. et al. Impact of Zener-Hollomon parameter on substructure and texture evolution during thermomechanical treatment of iron-containing wrought aluminium alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29, Iss. 5. P. 893–906. DOI: 10.1016/S1003-6326(19)64999-X
27. Alamri A. H. Application of machine learning to stress corrosion cracking risk assessment. Egyptian Journal of Petroleum. 2022. Vol. 31, Iss. 4. pp. 11–21. DOI: 10.1016/j.ejpe.2022.09.001
28. Slobodov A. A., Syrkov A. G. et al. Effect of temperature on solid-state hydride metal synthesis according to thermodynamic modeling. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239, Iss. 5. pp. 550–555.
29. Ulianov P. G., Rybkin A. G. Photoelectron and Auger electron spectroscopy for surface studies. Physical Surface Study Techniques Resource Centre. 2012. p. 12. Available at: https://surface.spbu.ru/images/data/PESandAuger.pdf
30. Smirnov A. N. et al. Effect of deformation on the structure and phase composition of the heat-affected zone of a 12Kh18N10T steel weld. Basic Problems of Material Science. 2019. Vol. 16, No. 1. pp. 9–15.

31. Matyunin V. M. et al. Control of mechanical properties of dissimilar wel ded joints of different structure class steels. Electron-Beam Welding and Related Technology: Proceedings of the 3^rd International Conference. 2020. pp. 530–537.
32. Syrkov A. G., Kushcenko A. N., Sillivanov M. O., Taraban V. V. Nanostructured regulation of the surface properties and hydrophobicity of nickel and iron by solid-state reduction and modifying methods. Tsvetnye Metally. 2022. No. 5. pp. 54–59.
33. Murataev F. I., Zagidullin A. D. Ensuring resistance of austenitic steel weld joints to intercrystalline corrosion. Vestnik of Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev. 2019. Vol. 75, No. 2. pp. 45–50.
34. Smirnov A. N. et al. Impact of extended temperature-force actions on the structural and phase state of the weld joint in steel 12Kh18N10T. Basic Problems of Material Science. 2018. Vol. 15, No. 3. pp. 434–441.
35. Smirnov A. N. et al. The structure of 12Kh18N10T steel weld joints and its features depending on the way heat is introduced during fusion welding. Svarka i Diagnostika. 2020. No. 5. pp. 24–29.
36. Timofeev A. V. et al. Operational analysis and medium-term forecasting of the greenhouse gas generation intensity in the cryolithozone. Atmosphere. 2021. Vol. 12, Iss. 11. 1466.
37. Dzhabbarov S. N., Pryakhin E. I. Development of heat treatment mode with quenching in different quenching environments for the casing pipe in order to obtain the required mechanical properties. Key Engineering Materials. 2020. Vol. 836. pp. 41–45.
38. Bazhin V. Yu. et al. A contemporary view on the anomalies in the groups of metals of the Mendeleev Periodic Table. Zapiski Gornogo Instituta. 2019. Vol. 239. pp. 520–527. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.520