Бурильная труба высокопрочная



Бурильная труба высокопрочная
Бурильная труба высокопрочная
Бурильная труба высокопрочная

 


Владельцы патента RU 2552796:

Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для изготовления бурильных труб. Труба выполнена из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,28-0,34, кремний 0,15-0,45, марганец 0,65-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,10-0,20, никель не более 0,50, медь не более 0,30, титан 0,015-0,045, бор 0,001-0,004, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси остальное. Труба имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°С не менее 54 Дж и работу удара при -20°С не менее 100 Дж. 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым при изготовлении труб, в частности бурильных.

Известна сталь марки 32ХМА-3, применяемая для производства бурильных труб со следующим содержанием (масс. %): углерод 0,34; марганец 0,95; кремний 0,45; хром 1,00; молибден 0,60; никель 0,50; медь 0,20; сера 0,007; фосфор 0,015; алюминий 0,040 [Труды XIII международной научно-практической конференции «Трубы-2005», 1 часть. ОАО «РосНИТИ». 2005. с. 230-234].

Недостатком применения данного состава стали является то, что прокаливаемость с содержанием в микроструктуре не менее 90% мартенсита достигается только до толщины стенки 24 мм, а также повышение себестоимости бурильной трубы, изготовленной из этого состава, из-за дополнительного дорогостоящего легирования стали молибденом.

Для производства бурильных труб в ОАО «Синарский трубный завод» применяется сталь марки 32ХГМА со следующим содержанием (масс. %): углерод 0,31-0,34; кремний 0,30-0,45; хром 0,95-1,10; молибден 0,30-0,40; никель не более 0,25; медь не более 0,20; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; алюминий 0,015-0,045 [Технические условия №0913-180-00186269-2012 «Заготовка трубная из углеродистой, низколегированной и легированной стали»].

Основной недостаток данного состава - повышение себестоимости бурильной трубы из-за необоснованного легирования молибденом, введение которого в данном количестве не обеспечивает прокаливаемость на толстостенных трубах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является сталь, имеющая следующее соотношение компонентов (масс. %):

углерод 0,31-0,34,

кремний 0,30-0,45,

марганец 0,75-0,95,

ниобий 0,045-0,100,

ванадий 0,001-0,080,

бор 0,002-0,004,

алюминий 0,005-0,006,

титан 0,010-0,045,

хром 1,10-1,50,

сера 0,001-0,045,

фосфор 0,001-0,045,

азот не более 0,012,

никель не более 0,50,

медь не более 0,20;

остальное железо;

при содержании суммы [хром] + [ванадий] + [ниобий], равной 1,15-1,70%, (пат. РФ №2352647, опубл. 20.04.2009).

Недостатком данного состава является возможность применения состава только для труб с толщиной стенки не более 27 мм. Кроме того, бор в количестве 0,002-0,004%, оказывает отрицательное влияние на прокаливаемость с повышением температуры аустенитизации за счет увеличения его растворимости и выделению избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита, что приводит к снижению вязко-пластических свойств в высокопрочном состоянии из-за охрупчивающего влияния борсодержащей фазы на границах зерен. А введение сильных карбидообразующих элементов, таких как ванадий 0,001-0,080%, ниобий 0,045-0,100%, требует повышенных температур нагрева при аустенитизации.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение прокаливаемости, равнопрочности металла по сечению и всей длине готового изделия, повышение вязко-пластических свойств металла, производство бурильных труб с толщиной стенки более 27 мм (например, 35 мм) с достижением уровня прочностных свойств (предел прочности не менее 724 МПа и предел текучести от 655 до 1138 МПа) и работы удара (при температуре 21°C не менее 54 Дж, при температуре минус 20°C не менее 100 Дж), соответствующих группам прочности Е, Л, М, Р (E, X, G, S по API Spec 5DP/ISO 11961).

Указанный результат достигается тем, что бурильная труба, выполненная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, отличается тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %:

углерод 0,28-0,34
кремний 0,15-0,45
марганец 0,65-0,95
хром 0,80-1,30
молибден 0,10-0,20
никель не более 0,50
медь не более 0,30
титан 0,015-0,045
бор 0,001-0,004
алюминий 0,015-0,050
сера не более 0,010
фосфор не более 0,015
азот не более 0,012

железо и неизбежные примеси остальное, при этом она имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°C не менее 54 Дж и работу удара при -20°C не менее 100 Дж.

Технический результат, обеспечиваемый за счет выбранного соотношения отдельных химических элементов в стали, определяется следующими факторами.

Углерод (0,28-0,34) вводится для достижения высокой прокаливаемости и, соответственно, равнопрочности по сечению изделия, так как при дополнительном легировании марганцем, хромом, молибденом, бором и при условиях ведения закалки в воде содержание углерода должно регламентироваться во избежание появления закалочных трещин.

Марганец (0,65-0,95) обеспечивает высокую прочность в дополнении к эффекту раскисления стали. При введении марганца более 1,0% вязко-пластические свойства стали ухудшаются.

Хром (0,80-1,30) оказывает положительный эффект на повышение прокаливаемости, который проявляется с некоторого его минимального содержания в стали, как правило, в пределах от 1,10% до 1,50%. Еще большее влияние хром оказывает в присутствие сильных карбидообразующих элементов, таких как молибден, титан, за счет повышения его содержания в твердом растворе при аустенитизации.

Бор (0,001-0,004) оказывает положительный эффект на прокаливаемость стали. При содержании бора свыше 0,005% ухудшаются вязко-пластические свойства стали вследствие выделения избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита. Таким образом, оптимальный диапазон легирования бором 0,001-0,004%.

Молибден (0,10-0,20) вводится в указанном количестве, исходя из того, что при комплексном введении с добавками бора количество молибдена требуется существенно меньше, чем обычно требуется для обеспечения прочности и вязко-пластических свойств изделий при проведении закалки и низкотемпературного отпуска (в случае среднеуглеродистой хромомарганцевой стали содержание молибдена должно составлять не менее 0,30%, а верхнее содержание ограничивается 0,80%, чтобы исключить образование грубых карбидов по границам зерен аустенита, приводящих к обратному эффекту - снижению вязко-пластических свойств).

Температура перехода молибдена в твердый раствор при аустенитизации существенно ниже, чем для ниобия и ванадия, что исключает необходимость нагрева изделия до высоких температур при закалке для достижения положительного влияния на прокаливаемость стали.

Титан (0,015-0,045) фиксирует азот в стали в виде нитридов и обеспечивает присутствие бора в активной форме, то есть в твердом растворе при закалке, что требуется для достижения высокой прокаливаемости. Чтобы получить эти эффекты необходимо введение титана, как минимум, на уровне 0,005%. Верхнее ограничение содержания титана необходимо для предотвращения образования крупных нитридов в структуре.

В условиях Синарского трубного завода были изготовлены трубы из известной и предлагаемой в изобретении стали. На заводе были изготовлены трубы с толщиной стенки более 27 мм - в частности - со стенкой 35 мм.

Результаты промышленного изготовления предлагаемой трубы в сравнение с известными трубами (в том числе, прототипом) приведены в таблице 1 - варианты химического состава, таблица 2 - изучение устойчивости переохлажденного аустенита и прокаливаемости, таблице 3 -механические свойства.

Как видно из приведенных результатов исследования, достигаемые уровень прокаливаемости и механические свойства бурильной трубы из предлагаемой стали делают эффективным их использование в высокопрочном состоянии после термоупрочнения по средствам закалки и отпуска в соответствии с отечественными нормативными документами и международным стандартом API Spec 5DP/ISO 11961.

Предлагаемое решение комплексного легирования бором и молибденом в небольших количествах 0,10-0,20% стали позволяет снизить себестоимость труб до 20% в сравнении с известным решением применения для труб стали с молибденом до 0,65%.

Бурильная труба, выполненная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,28-0,34
кремний 0,15-0,45
марганец 0,65-0,95
хром 0,80-1,30
молибден 0,10-0,20
никель не более 0,50
медь не более 0,30
титан 0,015-0,045
бор 0,001-0,004
алюминий 0,015-0,050
сера не более 0,010
фосфор не более 0,015
азот не более 0,012
железо и неизбежные примеси остальное,

при этом она имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°С не менее 54 Дж и работу удара при -20°С не менее 100 Дж.



 

Похожие патенты:

Изобретение к производству горячекатаных стальных листов. Лист изготовлен из стали, содержащей, мас.%: 0,040≤С<0,065, 1,4≤Mn≤1,9, 0,1≤Si≤0,55, 0,095≤Ti≤0,145, 0,025≤Nb≤0,045, 0,005≤A1≤0,1, 0,002≤N≤0,007, S≤0,004, P<0,020, железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей большегрузных автомобилей, подъемно-транспортных механизмов и сельскохозяйственных машин методом штамповки, гибки и профилирования.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу аустенитной нержавеющей стали. Сталь содержит, мас.%: до 0,20 С, 2,0-9,0 Мn, до 2,0 Si, 15,0-23,0 Сr, 3,0-6,0 Ni, 0,5-1,0 Мо, 0,05-0,35 N, (7,5(%С))≤(%Nb+%Ti+%V+%Та+%Zr)≤1,5, 0,0005-0,01 В, остальное - Fe и неизбежные примеси.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным коррозионностойким сталям, используемым в атомной энергетике и машиностроении в установках, эксплуатирующихся длительное время при температурах 500-600°C.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры. Способ изготовления арматуры из стали включает выплавку стали, содержащей: мас.%: углерод 0,78-0,82, марганец 0,70-0,90, кремний 0,20-0,30, сера не более 0,010, фосфор не более 0,025, хром 0,20-0,30, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий не более 0,005, бор 0,0010-0,0030, азот не более 0,008, титан не более 0,005%, железо остальное, при этом поддерживают суммарное содержание Cr+Mn+Ni+Cu<1,4, а соотношение Al/B - в пределах <1,67.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству рессорно-компрессорных штанг нефтяных насосов, выполненных из среднеуглеродистой легированной конструкционной стали.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении толстолистовой стали для изготовления деталей транспортных и горнодобывающих машин, обладающих высокой стойкостью против абразивного износа (истирания).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к износостойкому сплаву, используемому для получения формованных продуктов, отлитых продуктов, покрытий, а также проволок, электродов, порошков и смесей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячекатаной стальной плите, не склонной к растрескиванию при снятии напряжений, применяемой для изготовления корпусов реакторов, штампованных изделий или трубопроводов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, используемым для изготовления поковок роторов большого диаметра с высокими характеристиками прочности, выносливости и жаропрочными свойствами при температуре 650°С, а также для изготовления паропроводов и котлов энергетических установок с рабочими температурами до 650°С.

Изобретение относится к изделиям из броневых сплавов и способам их термической обработки. Способ термической обработки изделий из броневого сплава включает аустенитизацию изделий из сплава путем нагрева изделий из сплава в печи от 1450°F до 1650°F в течение 15 мин, причем сплав содержит, вес.%: 0,40-0,53 углерода, 0,15-1,00 марганца, 0,15-0,45 кремния, 0,95-1,70 хрома, 3,30-4,30 никеля, 0,35-0,65 молибдена, 0,0002-0,0050 бора, 0,001-0,015 церия, 0,001-0,015 лантана, не более чем 0,002 серы, не более чем 0,015 фосфора, не более чем 0,011 азота, железо и случайные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стойкой к истиранию толстолистовой стали, используемой в строительстве, станкостроении, кораблестроении, для производства труб.

Сталь // 2544216
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемым в машиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,1-0,15, кремний 0,1-0,15, марганец 0,1-0,15, хром 0,1-0,15, иттрий 0,05-0,1, медь 1,2-1,6, кальций 0,0005-0,001, ниобий 0,3-0,4, бор 0,1-0,15, теллур 0,0005-0,001, железо - остальное.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству рессорно-компрессорных штанг нефтяных насосов, выполненных из среднеуглеродистой легированной конструкционной стали.

Изобретение относится к способу изготовления конструктивных элементов из стали, способной к самозакаливанию на воздухе. Сталь состоит из элементов, мас.%: С ≤ 0,20, Al ≤ 0,08, Si ≤ 1,00, Mn 1,20 до ≤ 2,50, Р ≤ 0,020, S ≤ 0,015, N ≤ 0,0150, Cr 0,30 до ≤ 1,5, Мо 0,10 до ≤ 0,80, Ti 0,010 до ≤ 0,050, V 0,03 до ≤ 0,20, В 0,0015 до ≤ 0,0060, железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к поверхностно-упрочняемой стали. Сталь содержит в мас.%: 0,05-0,20 С, 0,01-0,1 Si, 0,3-0,6 Mn, 0,03 или менее Р (за исключением 0), 0,001-0,02 S, 1,2-2,0 Cr, 0,01-0,1 Al, 0,010-0,10 Ti, 0,010 или менее N (за исключением 0), 0,0005-0,005 В, железо и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к поверхностно-упрочненной стали. Сталь содержит, в мас.%: С от 0,05 до 0,3, Si от 0,01 до 0,6, Mn от 0,20 до 1,0, S от 0,001 до 0,025, Cr от 1 до 2,5, Al от 0,01 до 0,10, Ti от 0,01 до 0,10, Nb от 0,01 до 0,10, В от 0,0005 до 0,005, N от 0,002 до 0,02, железо и неизбежные примеси остальное.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойкой легированной нейтронно-поглощающей стали, используемой в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб - поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и уплотненного хранения отработанного ядерного топлива в бассейнах выдержки.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к проволоке из высокоуглеродистой стали. Проволока выполнена из стали, содержащей, мас.%: С: 0,70%-1,20%, Si: 0,1%-1,5%, Мn: 0,1%-1,5%, Р: 0,015% или меньше (не включая 0%), S: 0,015% или меньше (не включая 0%), Аl: 0,005% или меньше (не включая 0%), В: 0,0005%-0,010%, N: 0,002%-0,005%, и N в твердом растворе: 0,0015% или меньше (включая 0%), железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой стойкости труб для нефтяных скважин к сульфидному растрескиванию под напряжением (СРН-стойкость) бесшовная стальная труба содержит, мас.%: от 0,15 до 0,50 С, от 0,1 до 1,0 Si, от 0,3 до 1,0 Mn, 0,015 или менее P, 0,005 или менее S, от 0,01 до 0,1 Al, 0,01 или менее N, от 0,1 до 1,7% Cr, от 0,4 до 1,1% Мо, от 0,01 до 0,12 V, от 0,01 до 0,08 Nb, от 0,0005 до 0,003 В или дополнительно содержит от 0,03 до 1,0 мас.% Cu и имеет микроструктуру, которая содержит 0,40% или более растворенного Mo и фазу отпущенного мартенсита, которая является главной фазой и которая имеет зерна первичного аустенита с размером зерна 8,5 или более и 0,06 мас.% или более диспергированного осадка M2C-типа, имеющего по существу зернистую форму.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств. Лист изготовлен из стали, содержащий, мас.%: от 0,002 до 0,1 С, от 0,01 до 0,5 Si, от 0,5 до менее 1,0 Mn+Cr, 0,1 или менее Р, 0,01 или менее S, 0,05 или менее Al, 0,005 или менее N, при необходимости от 0,0005 до 0,004 В, Fe и неизбежные примеси остальное. Лист имеет микроструктуру, состоящую из, в соотношении по площади, 0% или более и менее 90% мартенсита, не менее 10% бейнита и менее 0,5% феррита и перлита, или микроструктуру, состоящую из, в соотношении по площади, не менее 99,5% бейнитного феррита и менее 0,5% феррита и перлита. Изготавливаемые элементы безопасности имеют высокие характеристики поглощения энергии в процессе деформаций продольного сжатия и изгиба. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 8 табл., 2 пр.
Наверх