Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Е. И. Пряхин, зав. кафедрой материаловедения и технологии художественной обработки материалов (МиТХИ), профессор, докт. техн. наук, эл. почта: e.p.mazernbc@yandex.ru
Д. А. Прибыткова, аспирант кафедры МиТХИ, эл. почта: pribytda@gmail.com

Повышение продолжительности службы элементов трубопроводов городских теплосетей в настоящее время является актуальной и важной задачей. Трубопроводы подземного залегания в условиях городской среды имеют неудовлетворительный срок службы, обусловленный возникновением коррозии. В основном это почвенная и микробиологическая коррозии, а также коррозионное растрескивание под напряжением и электрохимическая коррозия, возникающая из-за наличия блуждающих токов, причиной которых являются подземные электросети, метро, трамвайные пути, подстанции и другие источники высокого напряжения. Срок эксплуатации труб зависит в том числе от состава защитного покрытия, однако не менее важным является качество его нанесения, которое определяется способом предварительной подготовки поверхности деталей трубопровода перед нанесением защитного покрытия. Проведено сравнение применяемого в настоящее время способа дробеструйной обработки поверхности труб и предлагаемой к использованию технологии лазерной обработки поверхности. Изучены образцы металла трубопроводов теплотрасс, изготовленные из стали Ст3, применяемой для изготовления труб на производстве; выполнены оценка шероховатости и рельефа поверхности образцов, изучено изменение их микротвердости и микроструктуры среза. Рассмотрено влияние методов подготовки поверхности на свойства стали и адгезионную прочность перед нанесением фосфатного слоя, который в данном случае является подложкой для основного покрытия. Качество его контакта (адгезионная прочность с поверхностью металла) определяет эксплуатационные свойства основного защитного покрытия. Плохие адгезионные свойства промежуточного фосфатного слоя приведут к отслаиванию основного слоя и возникновению благоприятной ситуации для развития коррозии. Рассмотрены несколько режимов лазерной обработки поверхности опытных образцов. На основании их сравнения показаны преимущества лазерной обработки перед дробеструйной.

1. Семенов А. Г. Защита от коррозии трубопроводов тепловых сетей // Новости теплоснабжения. 2017. Т. 207. № 11. — URL: http://www.rosteplo.ru/nt/207 (дата обращения: 19.10.2023).
2. Москалев И. Л., Литвак В. В. Повреждаемость основных узлов сетей теплоснабжения городов Российской Федерации // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг ресурсов. 2015. Т. 326. № 7. С. 70–80.
3. Cole I. S., Marney D. The science of pipe corrosion: A review of the literature on the corrosion of ferrous metals in soils // Corrosion Science. 2012. Vol. 56. P. 5–16. DOI: 10.1016/j.corsci.2011.12.001
4. Колесникова Н. Н., Луканина Ю. К., Хватов А. В., Лихачев А. Н. и др. Биологическая коррозия металлических конструкций и защита от нее // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 1. С. 170–174.

5. Бырылов И. Ф. Определение скорости коррозии трубных сталей в суспензиях грунтов различного состава // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2011. № 3. С. 108–110.
6. Голдобина Л. А., Орлов П. С. Анализ причин коррозионных разрушений подземных трубопроводов и новые решения повышения стойкости стали к коррозии // Записки Горного института. 2016. Т. 219. № 3. С. 459–464.
7. Poberezhnyi L. Ya. et al. Corrosive and mechanical degradation of pipelines in acid soils // Strength of Materials. 2017. Vol. 49, Iss. 4. P. 539–549. DOI: 10.1007/s11223-017-9897-x
8. Мустафин Ф. М. Обзор методов защиты трубопроводов от коррозии изоляционными покрытиями // Нефтегазовое дело. 2003. № 1. — URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Mustafin/Mustafin_3.pdf (дата обращения: 19.10.2023).
9. Власов Д. Ю., Шидловская А. В., Александрова О. Ю. Воздействие геобиологических и гидрогеохимических процессов на развитие коррозии конструкционных материалов в эскалаторном тоннеле Петербургского метрополитена // Записки Горного института. 2011. Т. 190. С. 60–64.
10. Котюков П. В. Особенности оценки уязвимости и разрушения конструкционных материалов транспортных сооружений в подземном пространстве Санкт-Петербурга // Записки Горного института. 2010. Т. 186. С. 22–26.
11. Бахтизин Р. Н., Зарипов Р. М., Коробков Г. Е., Масалимов Р. Б. Оценка влияния внутреннего давления, вызывающего дополнительный изгиб трубопровода // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 160–168. DOI: 10.31897/pmi.2020.2.160
12. Агиней Р. В., Фирстов А. А. Совершенствование метода оценки изгибных напряжений в стенке подземного трубопровода // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 744–754. DOI: 10.31897/PMI.2022.64
13. Shammazov I., Dzhemilev E., Sidorkin D. Improving the method of replacing the defective sections of main oil and gas pipelines using laser scanning data // (MDPI) Open Access Journal Applied Sciences. 2023. Vol. 13, Iss. 1. 48. DOI: 10.3390/app13010048
14. Aginey R. V., Kapachinskikh Zh. Yu., Isupova E. V., Alexandrov О. Y. Analysis of approaches to designing electrochemical protection systems for underground pipelines in Russia and abroad // Science and Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation. 2022. Vol. 12. No 5. P. 480–488.
15. Alabtah F. G. et al. Towards the development of novel hybrid composite steel pipes: Electrochemical evaluation of fiber-reinforced polymer layered steel against corrosion // Polymers. 2021. Vol. 13, Iss. 21. 3805. DOI: 10.3390/polym13213805
16. Nadirov K. S. et al. The study of the gossypol resin impact on adhesive properties of the intermediate layer of the pipeline three-layer rust protection coating // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2017. Vol. 78. P. 195–199. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2017.07.001
17. Абрашов А. А., Григорян Н. С., Ваграмян Т. А., Акимова Е. Ф. Совершенствование растворов кристаллического фосфатирования // Гальванотехника и обработка поверхности. 2010. Т. 18. № 3. С. 48–52.
18. Fedosov S., Roumyantseva V., Konovalova V. Phosphate coatings as a way to protect steel reinforcement from corrosion // MATEC Web of Conf. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: Mechanical Engineering and Materials Science (ICMTMTE 2019), Sevastopol, Russia, September 9–13, 2019. Vol. 298. 00126. DOI: 10.1051/matecconf/201929800126

19. Galedari S. A. et al. A comprehensive review of corrosion resistance of thermally-sprayed and thermally-diffused protective coatings on steel structures // Journal of Thermal Spray Technology. 2019. Vol. 28, Iss. 4. P. 645–677. DOI: 10.1007/s11666-019-00855-3
20. Studenekin G., Mazurova D., Abrashov A., Grigoryan N. et al. Phosphating of steel in low-temperature solution // Metall. 2021. P. 748–753. DOI: 10.37904/metal.2021.4177
21. Olt J., Maksarov V. V., Petrishin G. V., Panteleyenko E. F. et al. Magnetic abrasive machining of hard workpieces by new diffusion-alloyed materials // Russian Engineering Researchthis. 2023. Vol. 43, Iss. 2. P. 190–194. DOI: 10.3103/S1068798X23030243
22. Sugama T., Kukacka L. E., Carciello N., Warren J. B. Chemisorption mechanism and effect of polyacrylic acid on the improvement in bond durability of zinc phosphate-to-polymer adhesive joints // Journal of Materials Science. 1987. Vol. 22. P. 722–736.
23. Пряхин Е. И., Михайлов А. В., Сивенков А. В. Технологические особенности поверхностного легирования металлических изделий Cr–Ni-комплексами в среде расплавов легкоплавких металлов // Черные металлы. 2023. № 2. С. 58–65.
24. Пряхин Е. И., Трошина Е. Ю. Деградация после термического и химического воздействия матричных кодов, сформированных с помощью лазеров на изделиях из латуни и алюминиевого сплава // Цветные металлы. 2020. № 7. С. 87–91.
25. Пряхин Е. И., Трошина Е. Ю. Изучение технологических и эксплуатационных особенностей высокотемпературостойких композитных пленок для лазерной маркировки деталей из черных сплавов // Черные металлы. 2023. № 4. С. 74–80.
26. Amiaga J. V., Ramos-Velazquez A., Gorny S. G., Vologzhanina S. A. et al. Groove formation on metal substrates by nanosecond laser removal of melted material // (MDPI) Open Access Journal Metals. 2021. Vol. 11. Iss. 12. 2026. DOI: 10.3390/met11122026
27. Безъязычный В. Ф., Счерек М., Первов М. Л., Тимофеев М. В. и др. Исследование влияния температуры на способность металлов накапливать энергию при их пластической деформации // Записки Горного института. 2019. Т. 235. С. 55–59. DOI: 10.31897/pmi.2019.1.55
28. Amiaga J., Ramos-Velazquez A., Vologzhanina S. Laser oxide reduction duting multipass relief forming on carbon steel surface // Opt Quant Electron. 2023. Vol. 522. No. 55. DOI: 10.1007/s11082-023-04688-x
29. Петкова A. П., Ганзуленко О. Ю. Особенности технологии лазерной маркировки изделий из цветных металлов и сплавов с использованием матричных ультраплотных штрих-кодов // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 92–97.
30. ГОСТ 9.301–86. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования. — Введ. 30.06.1987.
31. Старикова Е. Ю., Фейлер Л. А. Защитные фосфатные покрытия металлов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2020. Т. 142. № 6. С. 46–50.
32. ГОСТ 9.302–88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. — Введ. 01.01.1990.