Азотсодержащая коррозионно-стойкая сталь для изготовления нефтегазопроводных труб


 


Владельцы патента RU 2460822:

Общество с ограниченной ответственностью "Самарский инженерно-технический центр" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к легированным сталям, предназначенным для изготовления нефтегазопроводных труб и другого оборудования для нефтяной промышленности. Сталь содержит следующие ингредиенты, в мас.%: углерод не более 0,05, марганец не более 0,60, кремний не более 0,60, хром 1,50-3,00, ванадий 0,06-012, ниобий 0,06-0,12, молибден 0,20-0,40, алюминий 0,025-0,40, РЗМ не более 0,05, азот 0,10-0,30, железо и неизбежные примеси остальное. Обеспечивается получение необходимых прочностных и вязкопластических характеристик при высокой стойкости к сульфидной, углекислотной и бактериальной коррозии. 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированным сталям, предназначенным для изготовления нефтегазопроводных труб и другого оборудования для нефтяной промышленности, обладающих необходимыми механическими свойствами и коррозионной стойкостью в агрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ.

Известна сталь, предназначенная для изготовления магистральных труб для перекачки нефтепродуктов в условиях северных широт, содержащая, мас.%: углерод 0,06-0,13, марганец 0,3-0,7, кремний 0,15-0,40, хром 0,40-0,70, молибден 0,08-0,15, церий 0,002-0,05, алюминий 0,01-0,07, железо - остальное (патент РФ №2122045, МПК C22C 38/28). Данная сталь не является коррозионно-стойкой к углекислотной коррозии и не обеспечивает необходимую стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и биокоррозии.

Известна также сталь для изготовления нефте-, газо- и продуктопроводов, морских платформ, сварных конструкций, описанная в патенте РФ №2241780, МПК C22C 38/60 и характеризующаяся следующим составом, мас.%:

углерод 0,02-0.11
кремний 0,06-0,60
марганец 0,10-1,80
хром 0,005-0,30
никель 0,005-1,00
ванадий 0,01-0,12
ниобий 0,02-0,10
титан 0,01-0,04
фосфор 0,001-0,012
азот 0,001-0,012
медь 0.005-0,25
сурьма 0,0001-0,008
мышьяк 0,0001-0,008
олово 0,0001-0,007
железо остальное

Указанная сталь обладает достаточно высокими прочностными характеристиками и высокой вязкостью при отрицательных температурах, однако не является коррозионно-стойкой к углекислотной и бактериальной коррозии.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является коррозионно-стойкая сталь для нефтепродуктопроводов (патент РФ №2361958, МПК C22C 38/00), характеризующаяся следующим содержанием ингредиентов, мас.%:

углерод 0,03-0,12
марганец 0,40-0,70
кремний 0,17-0,40
хром 0,50-1,20
ванадий 0,04-0,10
ниобий 0,03-0,06
молибден 0,15-0,30
алюминий не более 0,06
РЗМ 0,002-0,01
железо и неизбежные примеси остальное

Описанная сталь имеет высокую коррозионную стойкость в сероводородсодержащей среде, но низкие прочностные, вязко-пластические характеристики и недостаточный уровень коррозионной стойкости в CO2-содержащих средах.

Задачей настоящего изобретения является создание стали для нефтегазопроводных труб, обладающих необходимыми прочностными характеристиками, хорошей свариваемостью, повышенной стойкостью к углекислотной, сероводородной, бактериальной коррозии и пригодных для эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Поставленная задача решается путем того, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, ниобий, молибден, алюминий, РЗМ, железо и неизбежные примеси, в отличие от прототипа дополнительно содержит азот при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

углерод не более 0.05
марганец не более 0,60
кремний не более 0,60
хром 1,50-3,00
ванадий 0,06-0,12
ниобий 0,06-0,12
молибден 0,20-0,40
алюминий 0,025-0,40
РЗМ не более 0,05
азот 0,10-0,30
железо и неизбежные примеси остальное

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в том, что легирование стали азотом в указанном количестве в совокупности с нитридообразующими элементами (ванадий, ниобий и алюминий) обеспечивает получение необходимых прочностных и вязко-пластических характеристик при высокой стойкости к сульфидной, углекислотной и бактериальной коррозии. Нитридные выделения используются в качестве дисперсных упрочнителей аналогично карбидным в сталях с более высоким содержанием углерода. За счет того, что атомный радиус азота меньше атомного радиуса углерода, азот имеет большее сродство с твердым раствором, чем углерод. Это позволяет создать равномерно распределенные по структуре выделения. Нитриды в отличие от карбидов не склонны к коагуляции. Поэтому нитриды легирующих элементов сдерживают рост аустенитного зерна и повышение прочности возможно не только по дисперсионному механизму упрочнения, но и по зернограничному. Также, согласно уравнению Петтча-Холла, чем меньше размер зерна, тем больше предел текучести.

Содержание в химическом составе стали азота менее 0,10 мас.% не обеспечивает эффект повышения прочности за счет образования нитридов или карбонитридов легирующих элементов. Ограничение содержания азота до 0,30 мас.% обусловлено ограниченной растворимостью азота в железе. Наличие в химическом составе стали углерода не более 0,05 мас.% необходимо для получения стали с необходимым уровнем свариваемости. При содержании углерода более 0,05 мас.% снижаются вязко-пластические и коррозионные свойства стали за счет формирования в структуре стали карбидов хрома.

За счет введения в состав стали нитридо- и карбонитридообразующих элементов (ниобий и ванадий) в структуре предлагаемой стали уменьшается количество выделений, содержащих молибден и хром, вследствие чего повышается количество хрома и молибдена в твердом растворе, что оказывает положительное влияние на стойкость к углекислотной коррозии, поскольку хром и молибден склонны к образованию на поверхности стали защитных аморфных фаз, повышающих коррозионную стойкость. При содержании хрома в стали менее 1,5 мас.% не обеспечивается стойкость труб к углекислотной коррозии, а при содержании хрома свыше 3,0 мас.% ухудшается стойкость труб к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН). Трубы, изготовленные из стали с содержанием молибдена менее 0,2 мас.%, не обладают хладостойкостью, а при содержании молибдена свыше 0,4 мас.% снижается стойкость труб к СКРН.

При содержании ванадия свыше 0,12 мас.% наблюдается значительное ухудшение свариваемости, а содержание ниобия свыше 0,12 мас.% приводит к появлению грубых карбонитридов, что негативно сказывается на стойкости стали к коррозионному растрескиванию. Введение ванадия и ниобия менее 0,06 мас.% не обеспечит формирования в структуре стали карбонитридов ванадия и ниобия, необходимых для повышения стойкости к углекислотной коррозии.

Введение редкоземельных металлов положительно сказывается на стойкости стали к сульфидной коррозии, т.к. они связывают серу в оксисульфиды и гидриды. Содержание РЗМ выше 0,05 мас.% может привести к излишнему обогащению границ зерен РЗМ, что вызовет склонность стали к межзеренному разрушению и, следовательно, приведет к уменьшению вязкости, повышению температуры хрупко-вязкого перехода и снижению стойкости к СКРН.

Введение алюминия в указанном количестве достаточно для связывания растворенного кислорода в прочные оксиды. При введении алюминия больше 0,40 мас.% возможно формирование в границах кристаллов нитридов алюминия пленистых форм, охрупчивающих сталь. При содержании алюминия менее 0,025 мас.% сталь не будет являться раскисленной.

Сущность предложенного изобретения и обеспечиваемый им технический результат поясняются данными проведенных исследований, представленными в таблицах, где в Таблице 1 приведены варианты химического состава стали, в Таблице 2 - механические свойства, в Таблице 3 - результаты коррозионных испытаний.

Таблица 1
Массовые доли элементов, % Рсм, %
C Si Mn Cr Mo Al V Nb РЗМ N
1 0.03 0.2 0.5 3.0 0.30 0.025 0.06 0.08 0.04 0.1 0.24
2 0.04 0.5 0.6 2.6 0.25 0.08 0.1 0.12 0.02 0.2 0.24
3 0.03 0.6 0.2 1.8 0.30 0.40 0.08 0.1 0.04 0.15 0.18
4 0.02 0.2 0.5 1.5 0.40 0.10 0.11 0.09 0.02 0.3 0.16
5 0.04 0.6 0.6 2.3 0.20 0.05 0.12 0.07 0.05 0.1 0.23
6 0.05 0.4 0.3 2.9 0.40 0.20 0.07 0.06 0.03 0.25 0.26
7 0.04 0.3 0.4 2.1 0.35 0.30 0.09 0.11 0.05 0.2 0.21

Таблица 3
Стойкость к СКРН по NACE TMO177, метод А, σth, % Скорость коррозии в CO2-содержащей среде, мм/год Количество клеток СВБ бактерий в поле зрения при x3000
1 80 0,15 8
2 85 0,20 14
3 85 0,28 12
4 85 0,32 15
5 85 0,26 11
6 85 0,15 9
7 85 0,30 10

Как видно из приведенных данных, совокупность качественного и количественного соотношения ингредиентов предложенного состава стали обеспечивает необходимый уровень прочностных характеристик, свариваемости, хладостойкости, стойкости к углекислотной, сульфидной, а также и к бактериальной коррозии изготовленных из нее труб и оборудования для нефтяной промышленности.

Азотсодержащая коррозионно-стойкая сталь для изготовления нефтегазопроводных труб, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, ниобий, молибден, алюминий, РЗМ, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

углерод не более 0,05
марганец не более 0,60
кремний не более 0,60
хром 1,50-3,00
ванадий 0,06-0,12
ниобий 0,06-0,12
молибден 0,20-0,40
алюминий 0,025-0,40
РЗМ не более 0,05
азот 0,10-0,30
железо и неизбежные примеси остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб. .
Сталь // 2447182
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сталей, которые могут быть использованы в машиностроении. .
Сталь // 2446226
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сталей, которые могут быть использованы в машиностроении. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листов из конструкционных свариваемых сталей, используемых при производстве сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей, для работы в условиях северных районов.

Сталь // 2425168
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства мелющих шаров. .
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к кузовам железнодорожных вагонов. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению стали, предназначенной для изготовления деталей машин, в частности шестерен. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к легированным сталям, предназначенным для изготовления насосно-компрессорных и обсадных труб, а также скважинного оборудования, эксплуатирующихся в агрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ.
Сталь // 2361958
Изобретение относится к области металлургии, в частности к экономнолегированным коррозионно-стойким сталям, предназначенным для изготовления труб с повышенным эксплуатационным ресурсом, которые используются при сооружении магистральных и промысловых нефтепродуктопроводов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа нержавеющей стали для сепаратора топливного элемента. Сталь имеет состав, мас.%: С: 0,01% или менее, Si: 1,0% или менее, Mn: 1,0% или менее, S: 0,01% или менее, Р: 0,05% или менее, Al: 0,20% или менее, N: 0,02% или менее, Cr: от 20 до 40%, Мо: 4,0% или менее и по крайней мере один элемент, выбранный из Nb, Ti и Zr: от 0,05 до 0,60% в сумме, и Fe и неизбежные примеси остальное. Подвергнутый холодной прокатке лист, имеющий толщину 200 µм или менее, охлаждают при регулировании скорости охлаждения R (°С/с) в зависимости от толщины t (µм) стального листа по меньшей мере до 500°С после отжига так, чтобы скорость охлаждения R удовлетворяла формуле: − 17,27 × ln ( t ) + 92 ≤ R ≤ 70 . На 100 µм2 присутствует по меньшей мере одно выделение, имеющее эквивалентный диаметр окружности 0,1 µм или более, а отношение толщины t (µм) листа к максимальному диаметру Dmax выделений, удовлетворяет следующей формуле: 20 ≤ t / D max . Нержавеющая сталь обладает высокими проводимостью и пластичностью, что позволяет ее использовать при производстве листов для сепараторов топливных элементов. 2 н.з.п. ф-лы., 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из нержавеющей стали для разделителя топливного элемента. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.% С: 0,03 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, S: 0,01 или меньше, Р: 0,05 или меньше, Al: 0,20 или меньше, N: 0,03 или меньше, Cr: от 20 до 40, по меньшей мере, один из металлов, выбранный из Nb, Ti и Zr, в сумме: 1,0 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное. На поверхность листа нанесено покрытие, характеризующееся отношением определенных методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии интенсивностей [(OO/OH)/(Cr/Fe)], равным 1,0 или больше. Покрытие сформировано анодной поляризацией поверхности нержавеющей стали в растворе электролита с концентрацией сульфата натрия от 0,1 до 3,0 моль/л и уровнем рН, равным 7 или меньше, при потенциале 0,5 В или больше по отношению к стандартному водородному электроду в течение 10 секунд или более. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью во всем широком диапазоне потенциалов. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл., 5 пр.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Выпускной клапан (1) предназначен для использования в двигателе внутреннего сгорания. Выпускной клапан (1) содержит стержень (14) и клапанный диск (11) на нижнем конце стержня (14). Клапанный диск (11) на своей верхней поверхности имеет посадочную фаску (10). Клапанный диск (11) выполнен из основного материала, посадочная фаска состоит из материала посадочной фаски, который отличается от основного материала. Материал посадочной фаски представляет собой сплав на основе никеля. Сплав, с указанием состава в процентах по весу и без учета обычных примесей и неизбежных остаточных количеств компонентов раскислителей, включает по меньшей мере от 34,0 до 44,0% Cr, совокупное количество Nb и Та в диапазоне по меньшей мере от 2,8 до 6,1%, от 0,3 до 2,0% Ti, не более 0,2% Al, не более 0,04% В, не более 0,8% Fe, не более 0,04% С, не более 0,4% Si и остальное количество Ni, где количество Ti+Nb+0,5×Ta варьирует в диапазоне от 3,4 до 6,6%, при этом количество Nb+0,5×Ta составляет менее 3,0%, если количество Ti составляет свыше 1,5%. Раскрыт способ изготовления выпускного клапана. Технический результат заключается в улучшении механических свойств клапана в сочетании с повышением устойчивости к высокотемпературной коррозии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 табл., 7 ил.
Наверх