Труба нефтяная горячедеформированная


 


Владельцы патента RU 2555309:

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

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к горячедеформированным насосно-компрессорным трубам и муфтам к ним, изготавливаемым из конструкционных сталей. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, ванадий, железо и неизбежные примеси при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,37-0,41, марганец 1,00-1,30, кремний 0,40-0,70, медь 0,10-0,30, никель 0,05-0,30, хром 0,05-0,30, ванадий 0,04-0,08, железо и неизбежные примеси - остальное. Обеспечиваются требуемые механические свойства труб после горячей деформации, а именно: временное сопротивление не менее 700 Н/мм2, предел текучести не менее 500 Н/мм2, относительное удлинение не менее 17% и ударная вязкость KCU+20°C не менее 100 Дж/мм2. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к насосно-компрессорным трубам и муфтам к ним, изготавливаемым из конструкционных сталей.

Известна конструкционная сталь (RU 2194776 С2, 20.12.2002, С22С 38/18), содержащая углерод, марганец, кремний, медь, никель, хром, ванадий, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Углерод 0,15-0,45;

Марганец 0,20-3,00;

Кремний 0,10-2,00;

Медь 0,05-0,50;

Никель 0,05-4,00;

Хром 0,20-3,00;

Ванадий 0,01-0,30;

Железо и неизбежные примеси - остальное.

При этом сталь является бейнитной.

Недостатком состава является нестабильность получаемых механических свойств при непосредственном применении стали указанного состава. Так, одновременно низкое содержание всех элементов не позволит получить в состоянии после горячей деформации высокие прочностные свойства (временное сопротивление не менее 700 Н/мм2, предел текучести не менее 500 Н/мм2), а одновременно высокое содержание всех элементов не позволит получать высокие пластические свойства (относительное удлинение не менее 17%).

Кроме того, после проведения горячей деформации (без последующей термической обработки) изделия из стали с бейнитной структурой являются очень хрупкими и неспособными выдерживать ударные нагрузки. Необходимо проведение обязательной термической обработки.

Известна трубная заготовка из стали (RU 2336323 С1, 20.10.2008, C21D 8/10), содержащая углерод, марганец, кремний, хром, ниобий, молибден, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Углерод 0,40-0,50;

Марганец 0,80-1,40;

Кремний 0,17-0,37;

Хром 0,005-0,25;

Молибден 0,001-0,12;

Ниобий 0,040-0,11;

Железо и неизбежные примеси - остальное.

Недостатком состава являются низкие прочностные свойства, а именно временное сопротивление не менее 500 Н/мм2, предел текучести не менее 390 Н/мм2. При этом фактические значения, приведенные в автореферате, составляют 540 Н/мм2 и 425 Н/мм2 соответственно. Данная сталь неприменима для изготовления труб и муфт к ним группы прочности К по ГОСТ 633, группы прочности К72 по ГОСТ Р53366, согласно которым требуемое временное сопротивление не менее 687 Н/мм2, предел текучести не менее 491 Н/мм2.

Известна выбранная в качестве прототипа трубная заготовка из стали (RU 2333970 С1, 20.09.2008, C21D 8/10), содержащей углерод, марганец, кремний, ванадий, хром, азот, мышьяк, олово, свинец, цинк, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Углерод 0,34-0,40;

Марганец 1,40-1,65;

Кремний 0,17-0,37;

Ванадий 0,06-0,12;

Хром 0,005-0,30;

Азот 0,005-0,015;

Мышьяк 0,0001-0,03;

Олово 0,0001-0,02;

Свинец 0,0001-0,01;

Цинк 0,0001-0,005;

Сера ≤0,030;

Фосфор ≤0,030;

Никель ≤0,30;

Медь ≤0,30;

Молибден ≤0,10;

Железо и неизбежные примеси - остальное,

при выполнении соотношений (As+Sn+Pb+5×Zn) ≤0,07 и [C+Mn/6+(Cr+V)/5] ≤0,72.

Недостатком трубной заготовки является сложная система легирования с выполнением ограничений по 15 элементам и двум соотношениям, необходимость обеспечения чистоты стали по азоту и цветным примесям, что требует введения дополнительных технологических приемов при получении стали (таких как использование 100% металлизированных окатышей, использование вакуумирования, дополнительной защиты металла от окисления в промежуточном ковше и кристаллизаторе). Недостатком также является проведение отдельной операции термической обработки нормализации для получения требуемого уровня механических свойств. Также низкий уровень получаемых пластических свойств (относительное удлинение не менее 13%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 60 Дж/мм2) не обеспечивает высокие эксплуатационные свойства. При изготовлении насосно-компрессорных труб и муфт к ним они имеют низкую сопротивляемость ударным нагрузкам.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение труб насосно-компрессорных и муфт к ним, имеющих следующие механические свойства в состоянии после горячей деформации: временное сопротивление не менее 700 Н/мм2, предел текучести не менее 500 Н/мм2, относительное удлинение не менее 17%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 100 Дж/мм2. Такое сочетание свойств соответствует требованиям группы прочности К по ГОСТ 633, группы прочности К72 по ГОСТ Р53366, обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик труб, а именно при одновременном повышении прочностных характеристик увеличивается сопротивление ударным нагрузкам, снижается анизотропия свойств. Предлагаемый состав возможно применять как для изготовления горячедеформированных труб, так и труб с проведением термической обработки нормализации и термомеханической обработки в линии трубопрокатных агрегатов (расширяется область применения стали).

Указанный результат достигается тем, что для производства горячедеформированной трубы используют сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, ванадий при следующем содержании компонентов, масс %:

Углерод 0,37-0,41;

Марганец 1,00-1,30;

Кремний 0,40-0,70;

Медь 0,10-0,30;

Никель 0,05-0,30;

Хром 0,05-0,30;

Ванадий 0,04-0,08;

Железо и неизбежные примеси - остальное,

при этом труба имеет временное сопротивление σв не менее 700 МПа и относительное удлинение δ5 не менее 17%; предел текучести σт не менее 500 Н/мм2 и ударную вязкость KCU+20°С не менее 100 Дж/мм2.

Предлагаемое сочетание элементов позволяет получить при изготовлении горячедеформированных труб сочетание требуемого уровня прочностных и пластических свойств.

Выбранный состав объясняется следующим.

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня прочности. Снижение содержания углерода менее 0,36% приведет к уменьшению количества перлита в стали и, следовательно, к получению значений временного сопротивления менее 700 Н/мм2. При содержании углерода более 0,43% перлитные колонии укрупняются, количество избыточного феррита снижается, что приводит к потере пластических свойств.

Марганец является элементом, склонным к сегрегации и образованию зон в виде полос по сечению изделий с неравномерным распределением концентрации, вследствие чего возникает анизотропия свойств по сечению. Верхнее ограничение содержания 1,30% позволит уменьшить образование полос и снизить анизотропию свойств.

Марганец и хром используют, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. Нижнее ограничение марганца 1,00% определяется необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости стали.

Никель вводится с целью усиления упрочняющего действия хрома, их количественный состав 0,05-0,30% каждого обеспечит требуемую прочность стали за счет нижнего ограничения и необходимую пластичность за счет верхнего. Содержание никеля и хрома менее 0,05% не вызовет упрочнения, а содержание свыше 0,30% для горячедеформированных и нормализованных труб приведет к снижению уровня относительного удлинения.

Кремний в данной стали применяется не только в качестве раскислителя, но и для повышения прочностных свойств, которое достигается при содержании свыше 0,40%. Ограничение содержания кремния не более 0,70% введено с целью предотвращения охрупчивания стали.

Медь в количестве 0,10-0,30% вводится с целью упрочнения стали дисперсными частицами меди. Содержание меди не более 0,30% обусловлено возможностью выделения крупных легкоплавких частиц меди в центральной части трубной заготовки, что впоследствии может привести к внутренним расслоениям при производстве труб.

Ванадий вводится с целью связи азота в нитриды и карбонитриды ванадия, тем самым уменьшается хрупкость стали. Достаточное для этой цели содержание ванадия 0,04%. Также частицы соединений ванадия вызывают дисперсионное твердение, а во время проведения горячей деформации дисперсные частицы тормозят дислокации, что приводит к дислокационному упрочнению. В итоге ванадий значительно повышает предел текучести. Содержание менее 0,04% не вызывает эффекта упрочнения, а повышение содержания более 0,08% приводит к укрупнению нитридов, карбидов и карбонитридов ванадия, которые вызывают падение уровня ударной вязкости при изготовлении труб в горячедеформированном и нормализованном состоянии.

Предлагаемое решение опробовано в промышленных условиях.

Производство стали осуществлялось в электродуговой сталеплавильной печи емкостью 135 тонн. В качестве шихты использовался стальной лом. Применение лома позволило обеспечить соответствие по содержанию меди, хрома и никеля без применения дополнительного легирования. При завалке лома в загрузочную корзину добавляли углеродосодержащие материалы, что обеспечивало интенсивное перемешивание ванны ДСП во время обезуглероживания за счет углеродного кипения. Использование болота в печи позволило снизить расход электроэнергии, сократить время плавки.

Во время выпуска стали из печи осуществлялась отсечка печного шлака с целью предотвращения ресульфурации, рефосфорации и вторичного окисления.

Внепечная обработка производилась на установке «печь-ковш». В процессе обработки выполнялось раскисление стали (FeSiMn, FeSi), доведение до оптимальной температуры (электронагрев при помощи трех электродов через шлак, находящийся на поверхности жидкого металла) и доводка по химическому составу (присадка легирующих элементов, в частности ванадия).

Непрерывная разливка осуществлялась на пятиручьевой машине непрерывного литья заготовки радиального типа в круглую заготовку диаметром 156 мм.

Химический состав выплавленной стали приведен в Таблице 1.

Из трубной заготовки в условиях ОАО «СинТЗ» на трубопрокатном агрегате с непрерывным станом ТПА-80 изготовлены горячедеформированные насосно-компрессорные трубы размерами 63,0×5,0 мм и 73,0×5,5 мм и муфтовая заготовка размером 73,0×11,0 мм.

Результаты исследования свойств труб приведены в таблице 2.

Таким образом, использование для изготовления насосно-компрессорных труб и муфт к ним стали с предлагаемым сочетанием элементов обеспечивает повышение уровня потребительских свойств, а именно получение прочностных свойств: временного сопротивление не менее 700 Н/мм2, предела текучести не менее 500 Н/мм2 наряду с высоким уровнем пластических свойств и вязкости (относительного удлинения не менее 17%, ударной вязкости KCU+20°С не менее 100 Дж/мм2).

1. Труба горячедеформированная из стали, содержащей углерод, марганец, кремний, медь, никель, хром, ванадий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты при следующем содержании, мас.%:
углерод 0,37-0,41;
марганец 1,00-1,30;
кремний 0,40-0,70;
медь 0,10-0,30;
никель 0,05-0,30;
хром 0,05-0,30;
ванадий 0,04-0,08;
железо и неизбежные примеси - остальное,
при этом она имеет временное сопротивление σв не менее 700 МПа и относительное удлинение δ5 не менее 17%.

2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет предел текучести σт не менее 500 Н/мм2 и ударную вязкость KCU+20°С не менее 100 Дж/мм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.
Сталь // 2532662
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, применяемым для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют азотированием.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно для получения штрипсов, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов в районах Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,07-0,11, кремний 0,15-0,40, марганец 0,30-0,60, хром 0,30-0,70, никель 1,80-2,20, медь 0,40-0,70, молибден 0,25-0,35, ванадий 0,03-0,06, алюминий 0,01-0,05, кальций 0,001-0,005, сера 0,001-0,005, фосфор 0,001-0,010, мышьяк 0,001-0,006, олово 0,001-0,010, свинец 0,001-0,004, цинк 0,001-0,012, железо - остальное. Суммарное содержание мышьяка, олова, свинца и цинка составляет не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм не превышает 0,27%. Сталь обладает высокой прочностью с гарантированной величиной предела текучести 590 МПа и имеет высокую хладостойкость при температурах до минус 80°C. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению труб для добычи нефти и газа, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях коррозионного воздействия со стороны добываемого флюида в присутствии сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2). Труба изготовлена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,21-0,28, кремний 0,15-0,45, марганец 0,50-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,25-0,45, никель не более 0,50, медь не более 0,30, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, ванадий 0,03-0,08 или бор 0,001-0,004 и титан не более 0,045, железо и неизбежные примеси остальное. Достигается требуемая коррозионная стойкость труб в средах, содержащих сероводород и углекислый газ, при обеспечении предела прочности не менее 655 МПа и предела текучести от 552 до 826 МПа. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионностойким сталям переходного класса, используемым для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и судостроении, работающих в условиях воздействия коррозионной среды. Сталь содержит в мас.%: углерод 0,12-0,35, азот 0,11-0,21, хром 14,0-15,0, никель 2,5-3,5, марганец 0,5-1,5, молибден 1,2-1,7, кремний 0,2-0,6, медь 1,5-2,0, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,005-0,050, церий 0,005-0,030, иттрий 0,005-0,030, лантан 0,005-0,030, барий 0,005-0,020, железо - остальное. Обеспечивается высокий уровень механических и коррозионных свойств. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной стали повышенной прочности и трещиностойкости, используемой для изготовления высоконагруженных бандажей колес тягового подвижного состава железных дорог. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,23-0,47, марганец 0,65-0,95, хром 0,63-0,87, никель 1,85-2,15, молибден 0,14-0,27, ванадий 0,06-0,20, железо остальное. Повышаются временное сопротивление разрыву, твердость, ударная вязкость и трещиностойкость, а также износостойкость и контактно-усталостная выносливость стали. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных коррозионно-стойких сталей, используемых для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,01-0,04, кремний 0,10-0,80, марганец 0,50-1,50, хром 14,0-16,0, никель 3,0-5,0, азот 0,1-0,2, медь от более 0,5 до 2,5, ванадий 0,02-0,20, кальций от более 0,005 до 0,030, железо и примеси - остальное. Отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее. Сталь обладает высокими пределом текучести и пределом прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости. 2 табл.
Наверх