ВведениеИзвестно, что, как в нашей стране, так и за рубежом, коррозия является одной из главных причин разгерметизации нефтепроводов и, как следствие, возникновения связанных с этим аварийных ситуаций. Так, например, по данным Центрального диспетчерского управления топливно-энергетического комплекса РФ в 2019 г. общее число нефтеразливов возросло почти на 30 % по сравнению с предыдущим годом и достигло значения в 10,5 тыс. случаев [1]. При этом значительная часть из указанных аварий произошла на промысловых нефтепроводах, а их причиной в 90 % случаев была именно коррозия металла [2, 3].В этой связи, снижение аварийности промысловых нефтепроводов является приоритетной задачей для многих крупных компаний в нефтегазовой отрасли. Например, компания «Роснефть» планирует к 2025 г. сократить количество отказов промысловых трубопроводов на 20 % от уровня 2019 г. [1]. В качестве способов решения указанной проблемы предлагаются увеличение объёма внутритрубной диагностики, повышение степени обработки ингибиторами коррозионно-опасных участков, реконструкция и ремонт промысловых объектов, а также усиление контроля качества поставляемых труб [4 – 6].Результатом проведения реконструкции и ремонта, а также контроля качества труб должно стать увеличение срока службы новых участков промысловых трубопроводов. Безусловен тот факт, что на эффективность проведения реконструкции и ремонта и, как следствие, на обеспечение длительного срока службы трубопроводов значительное влияние оказывает выбор их материального исполнения. В этой связи выбор трубных сталей, обладающих повышенной стойкостью к коррозии в условиях работы промысловых нефтепроводов, и разработка их новых марок, являются важными задачами.Как показывает практика эксплуатации, наиболее опасной формой коррозии промысловых нефтепроводов является коррозия внутренней стенки трубы, т. н. «внутренняя коррозия», которая по данным [7, 8] является причиной 92 % аварий, связанных с коррозионным поражением на объектах промыслового трубопроводного транспорта. При этом в соответствии с [9 – 11] важнейшим фактором, влияющим на возникновение и скорость внутренней коррозии промысловых нефтепроводов, является уровень напряженно-деформированного состояния металла их трубы. Это явилось причиной выделения коррозии металла, находящегося в напряженном состоянии, в отдельный вид, получивший название «механохимической коррозии» [12]. В случае механохимической коррозии промысловых нефтепроводов коррозионной средой является водонефтяная эмульсия, содержащая значительное количество минерализованной пластовой воды. Анионы солей, содержащиеся в пластовой воде, главным образом Cl, инициируют появление на поверхности трубы локальных коррозионных дефектов в виде язв, как дефектов, у которых глубина превышает их линейный размер [13 – 15]. По этой причине внутренняя поверхность стенок промысловых нефтепроводов подвергается, как общей, так и локальной (язвенной) коррозии. И если влияние напряженного состояния на скорость общей коррозии изучено достаточно подробно, то в случае язвенной – сведения о таком влиянии весьма ограничены.Так в работе [16] сообщается, что при проведении коррозионных испытаний образцов низколегированной стали марки Q345(0,2 % C; 0,5 % Si; 1,7 % Mn; 0,3 % Cr; 0,5 % Ni; 0,15 % V) в среде водного раствора NaCl обнаружено, что напряженное состояние образца значительно (на сколько не сообщается) увеличивает глубину локальных коррозионных дефектов, существенно не влияя на скорость общей коррозии.Сведения о влиянии уровня напряженного состояния на скорость общей коррозии углеродистых сталей представлены в работе [17]. Исходя из представленных в этой работе графиков (рис. 1), авторы предлагают формулу (1) для учета влияния напряженно-деформированного состояния образца углеродистой стали на скорость общей коррозии. Следует отметить, что, как можно заключить из положения экспериментальных точек на рис. 1 вне зависимости от марки испытанной стали влияние напряженного состояния на их скорость общей коррозии практически одинаково.Авторы [12] отмечают эффект значительной интенсификации язвенной коррозии за счёт механических напряжений, причиной которой является эффект «накопления» напряжений на дне сформированных язв в результате роста их глубины. Данный эффект подразумевает суммирование приложенных и существующих остаточных растягивающих напряжений металлургического происхождения [12] на дне коррозионных дефектов, за счёт чего металл дна дефектов переходит в упругопластическое состояние с формированием зоны «микропластичности». Данное предположение согласуется с мнением авторов [17 – 19], в соответствии с которым только присутствие в металле напряжений выше предела текучести способно оказать ощутимое воздействие на скорость коррозии.  А так как основная часть внутренней поверхности нефтепровода (вне зоны дефектов) не находится в упругопластическом состоянии, то ускорение общей коррозии трубы за счет имеющихся напряжений является менее ощутимым.В работе [20] также отмечается, что формирующиеся на внутренней поверхности трубы коррозионные язвы способны срастаться друг с другом с последующим формированием дефектов сложной формы, например, «ручейков», с последующим протеканием коррозии по механизму ручейковой коррозии [21]. Ещё одной особенностью язвенной механохимической коррозии промысловых нефтепроводов является, так называемый, «синергетический эффект», описанный в работах [22, 23]. В соответствии с ним, рост глубины коррозионных язв усиливает эффект «накопления» напряжений на дне язвы, что в свою очередь приводит к ещё более интенсивной коррозии, иначе говоря, указанные процессы взаимно усиливают друг друга.Стоит отметить, что представленные эффекты и механизм язвенной механохимической коррозии на сегодняшний день изучены в недостаточной степени. У исследователей нет четкого ответа на вопросы, на сколько увеличивается скорость роста глубины язв в результате воздействия напряжений для той или иной марки трубной стали и каким образом состав сталей и их механические свойства влияют на этот показатель. Ответы на представленные вопросы позволят сформировать эффективный подход к подбору марок трубных сталей наиболее стойких к язвенной коррозии под напряжением, что позволит увеличить срок службы промысловых нефтепроводов. Рассмотрению некоторых из указанных вопросов и посвящена данная статья. Методика эксперимента Объектом исследования являлись образцы в виде пластин 150×15×3 мм, изготовленных из проката сталей 08пс и Ст3, как материалов стальных труб для промысловых трубопроводов класса прочности КП 210, КП 320, соответственно. Химический состав исследуемых сталей и некоторые их основные свойства, определенные при одноосном растяжении плоских образцов с применением испытательной машины Zwick Roell Z100 (рис. 2), представлены в табл. 1. Поверхность пластин перед испытаниями подвергалась шлифовке и полировке.Исследовался процесс коррозии только центральной части пластин (рабочей зоны), для чего в этом месте оставлялась незащищенной поперечная полоса шириной~ 1 мм, в то время как вся остальная поверхность пластин покрывалась защитным лаком. Это позволяло при проведении дальнейших фотометрических измерений использовать точки на защищенной поверхности металла, находящиеся рядом с рабочей зоной, использовать в качестве реперных.Для придания заданного напряженно-деформированного состояния (необходимой величины растягивающего напряжения σр) образцы помещались в струбцины, где подвергались трехточечному статическому изгибу(рис. 3).Находящиеся в напряженном состоянии образцы вместе со струбцинами в боковом положении погружались в емкость (рис. 4) с коррозионной средой – 3,5 % водным раствором NaCl, как модельной средой, наиболее часто используемой для имитации минерализованной водонефтяной эмульсии [22], где выдерживались заданное время 10 ч. На всем протяжении испытаний между образцами в районе их рабочих зон продувался воздух, что имитировало насыщение им водонефтяной эмульсии, контактирующей с корродируемым металлом трубы, при неполном заполнении промыслового нефтепровода эмульсией [25].После необходимой выдержки образцы извлекались из агрессивной среды и струбцин, промывались и высушивались. Их рабочие части и рядом лежащие поверхности очищались ластиком и тампоном, смоченным уксусной кислотой, от продуктов коррозии и защитного лака.Образцы устанавливались на столик металлографического микроскопа, где, с помощью тонкой фокусировки [26] определялась глубина hi коррозионных язв, образовавшихся на поверхности рабочей зоны образцов, как разница между фокусным расстоянием до дна язвы и находящейся рядом реперной точкой, защищенной во время испытаний лаком. Для наиболее крупных четырех язв, как количеству, удовлетворяющему [27], определялось среднее значение их глубины hср.Для оценки влияния напряженно-деформированного состояния на глубину язвенного поражения, испытания в аналогичных условиях проводились на ненапряженных образцах. Результаты эксперимента Как показали результаты испытаний, на всех образцах сталей, находящихся, как в напряженно-деформированном, так и в ненапряженном состояниях, воздействие хлорсодержащей среды приводит к образованию коррозионных язв, характерный вид, которых представлен на рис. 5.Результаты измерения глубины четырех наиболее крупных коррозионных дефектов для каждого случая представлены в табл. 2.Анализируя полученные результаты, можно заключить, что, как для стали Ст3, так и стали 08пс, воздействие хлор-ион содержащей среды в присутствии кислорода в растворе приводит к образованию язв, что находится в соответствии с литературными данными [16] для низкоуглеродистых сталей. При этом, как и ожидалось, приложение к образцам дополнительных растягивающих напряжений приводит для обеих марок исследованных материалов к увеличению средней глубины коррозионных язв.Как видно из данных табл. 3, скорость роста глубины язв в условиях напряженно-деформированного состояния образца возросла для стали Ст3 в 2,3 раза и в 1,2 раза для стали 08пс. При этом величины механохимических коэффициентов kσ превышают их значения, рассчитанные в [16] для этих материалов в случае общей коррозии (0,0059 и 0,0014 МПа-1 по сравнению с 0,0011).Полученную разность в значениях механохимических коэффициентов для язвенной и общей коррозии можно объяснить, исходя из предположений [17] о том, что на дне коррозионных язв в процессе испытаний формируются напряжения значительно большие, чем в среднем по поверхности образца, что приводит к значительному ускорению коррозионного разрушения металла донной части язвы. Расчет этих напряжений, проведенный путем подстановки в выражение (1) полученных значений vσ, v0 при величине kσ = 0,0011 МПа-1, найденной для случая общей коррозии, дает для стали Ст3 их величину (~ 1100 МПа), существенно превышающую предел текучести указанного материала Это может свидетельствовать о том, влияние напряжений на скорость пластически деформируемого материала, характеризуется зависимостью, отличной от (1).Гораздо меньшее значение kσ для стали 08пс (0,0014 МПа-1) относительно стали Ст3 (0,0059 МПа-1), возможно, объясняется меньшим содержанием углерода в этой стали (0,05…0,11 % по сравнению с 0,14…0,22 % для стали Ст3), оказывающего негативную роль на стойкость стали к общей коррозии [28] и, как можно заключить, к язвенной. Другими возможными причинами большей стойкости стали 08пс к язвенной коррозии под напряжением являются ее более высокая пластичность (δ = 36 %, φ = 60% по сравнению с δ = 24 %,φ = 50 % для стали Ст3), что согласно [29, 30] способствует более интенсивной релаксации напряжений, накапливающихся в дефектах, а также меньшее содержание вредныхпримесей – серы и фосфора (табл. 1), как у качественной стали по сравнению со сталью обыкновенного качества. Данный вопрос требует дальнейшего изучения. Выводы С использованием разработанной методики фотометрических измерений проведены коррозионные испытания находящихся в напряженном состоянии образцов двух марок трубных сталей 08пс и Ст3 в среде 3,5 % водного раствора NaCl в присутствии кислорода воздуха, как в условиях, имитирующих условия коррозии стенки промысловых нефтепроводов.Показано, что при наличии на всех испытанных образцах признаков язвенной коррозии, приложение к образцам растягивающих напряжений, величины ~ 0,7 σТ, приводит для обеих марок исследованных сталей к увеличению средней глубины язв: с 6,1 до 14,0 мкм для стали Ст3 и с 2,1 до 2,4 для стали 08пс.Как показал расчет механохимического коэффициента kσ, как показателя увеличения скорости коррозии стали Ст3 с ростом напряжений, его значение, установленное в экспериментах для язвенной коррозии (0,0059 МПа-1), существенно (в 5 раз) превышает величину kσ (0,0011 МПа-1), представленную в литературе для общей коррозии, что может найти объяснение в формировании в металле донной части язв гораздо больших напряжений, чем имеющих место в металле поверхностного слоя образцов, подвергаемого общей коррозии. Установленная более высокая стойкость к язвенной коррозии стали 08пс по сравнению со сталью Ст3 может быть объяснена меньшим содержание углерода в этой стали и ее большей пластичность, а также меньшим содержанием в стали 08пс вредных примесей (серы и фосфора).