Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа



Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа
Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа
Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа
Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа

 


Владельцы патента RU 2564191:

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

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 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).

Известны тубы в сероводородостойком исполнении групп прочности L80S, C90S по API Spec 5CT/ISO 11961 из стали марки 26ХМФА-2 со следующим содержанием (мас.%): углерод 0,26; марганец 0,62; кремний 0,24; хром 0,94; молибден 0,53; никель 0,09; медь 0,013; сера 0,004; фосфор 0,010; алюминий 0,01; ванадий 0,04; ниобий 0,003; титан 0,005 [Металловедение и термическая обработка, №5 (623), 2007, с. 18-22].

Недостатком применения данного состава стали для изготовления труб является то, что прокаливаемость с содержанием в микроструктуре не менее 90% мартенсита, что является одним из критериев обеспечения коррозионной стойкости по API Spec 5CT/ISO 11961, достигается только до толщины стенки 21 мм, а также повышение себестоимости трубы, изготовленной из этого состава, из-за дорогостоящего легирования молибденом.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является труба из стали, имеющей следующее соотношение компонентов (мас.%):

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 только для труб в обычном исполнении, состав не применим для условий коррозионного воздействия со стороны сред, содержащих сероводород и углекислый газ. Кроме того, бор в количестве 0,002-0,004% оказывает отрицательное влияние на прокаливаемость с повышением температуры аустенитизации за счет увеличения его растворимости и выделения избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита, что приводит к снижению вязкопластических 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 обеспечение коррозионной стойкости металла труб в средах, содержащих сероводород (при парциальном давлении H2S до 2 атм) и углекислый газ (при парциальном давлении CO2 до 1 атм), с достижением уровня прочностных свойств (предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа), соответствующих группам прочности L80, C90, T95, C110 по отечественным нормативным стандартам и международному стандарту API Spec 5CT/ISO 11961 (уровни приемки PSL-1, 2, 3).

Указанный результат достигается тем, что труба выполнена из стали, стойкой к коррозии в среде с содержанием сероводорода и углекислого газа, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, алюминий, серу, фосфор, азот, бор, титан, железо и неизбежные примеси, содержит компоненты в следующем соотношении (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
бор 0,001-0,004
титан не более 0,045
железо и неизбежные примеси остальное

при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.

Также указанный результат достигается тем, что труба выполнена из стали, стойкой к коррозии в среде с содержанием сероводорода и углекислого газа, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, алюминий, серу, фосфор, азот, ванадий, железо и неизбежные примеси, содержит компоненты в следующем соотношении (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
железо и неизбежные примеси остальное

при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.

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

Углерод (0,21-0,28) регламентируется при легировании стали марганцем, хромом, молибденом, бором в условиях ведения закалки в воде во избежание появления закалочных трещин.

Марганец (0,50-0,95) обеспечивает высокую прочность в дополнении к эффекту раскисления стали. При введении марганца более 1,0% ухудшаются вязкопластические свойства и снижается коррозионная стойкость стали.

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 присутствии сильных карбидообразующих элементов, таких как молибден, титан, ванадий, за счет повышения их содержания в твердом растворе при аустенитизации. Также хром оказывает положительное влияние на стойкость против язвенной углекислотной коррозии за счет обогащения продуктов коррозии и образования защитного слоя на поверхности раздела металл - среда.

Молибден (0,25-0,45) вводится в указанном количестве, исходя из того что при комплексном введении с добавками бора количество молибдена требуется меньше, чем обычно требуется для обеспечения прочности и вязкопластических свойств изделий при проведении закалки и низкотемпературного отпуска. Нижняя граница 0,25% содержания обусловлена требованиями международного стандарта API Spec 5CT/ISO 11961 для обеспечения коррозионной стойкости в средах, содержащих сероводород.

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

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.

Ванадий (0,03-0,08) способствует измельчению зеренной структуры и упрочнению стали за счет образования мелкодисперсных карбидов и нитридов.

Содержание в стали сильных карбидо- и нитридообразующих элементов: ванадия и титана выше заявленных норм может привести к снижению коррозионной стойкости из-за возможного образования грубых включений по границам зерен. Также нецелесообразно применять комплексно в одном составе более двух сильных карбидо- и нитридообразующих элементов.

В условиях Синарского трубного завода были изготовлены трубы с известным и предлагаемым в изобретении соотношением компонентов.

Результаты промышленного изготовления предлагаемой трубы в сравнении с известными трубами (в том числе прототипом) приведены: в таблице 1 - варианты химического состава, таблице 2 - механические свойства, и таблице 3 - оценка коррозионной стойкости.

Как видно из приведенных результатов исследования, достигаемый уровень механических свойств и высокая стойкость против сульфидного коррозионного воздействия (СКРН) в средах, содержащих сероводород при парциальном давлении 1,5-2,0 атм, труб из предлагаемых составов делают эффективным их использование после термоупрочнения по средствам закалки и отпуска для групп прочности C90, T95 (второй вариант) и до максимальной группы прочности C110 (первый вариант) в соответствии с отечественными нормативными документами и международным стандартом API Spec 5CT/ISO 11961 в сероводородостойком исполнении. Также результаты оценки общей скорости коррозии в средах, содержащих углекислый газ при парциальном давлении 1 атм, подтверждают применимость предлагаемых составов для эксплуатации в условиях осложненных присутствием небольшого количества растворенного углекислого газа не более 500 мг/л.

Предлагаемое решение комплексного легирования стали молибденом в количествах 0,25-0,45% и бором позволяет снизить себестоимость труб до 20% в сравнении с известным решением применения для труб стали с содержанием молибдена 0,50-0,65%.

1. Труба, стойкая к коррозии в среде с содержанием сероводорода и углекислого газа, изготовленная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, алюминий, серу, фосфор, азот, бор, титан, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она изготовлена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, 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
бор 0,001-0,004
титан не более 0,045
железо и неизбежные примеси остальное

при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.

2. Труба, стойкая к коррозии в среде с содержанием сероводорода и углекислого газа, изготовленная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, алюминий, серу, фосфор, азот, ванадий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она изготовлена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, 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
железо и неизбежные примеси остальное

при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе железа, используемых для изготовления изделий, работающих длительное время в условиях повышенных температур.
Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве сортового проката круглого сечения для изготовления высокопрочного крепежа холодной осадкой.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, применяемым в энергетической промышленности в качестве конструкционных материалов для производства котлов, роторов и другого оборудования тепловых электростанций нового поколения, работающих при температуре до 640°C.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким бейнитным сталям, используемым для изготовления сварных балок, стрел, поворотных механизмов и других элементов подъемно-транспортной техники.

Изобретение относится к способам получения горячекатаного плоского стального проката. Способ включает стадии: получение стального расплава (S), содержащего, вес.%: C 0,5-1,3, Mn 18-26, Al 5,9-11,5, S менее чем 1, Cr менее чем 8, Ni менее чем 3, Mo менее чем 2, N менее чем 0,1, B менее чем 0,1, Cu менее чем 5, Nb менее чем 1, Ti менее чем 1, V менее чем 1, Ca менее чем 0,05, Zr менее чем 0,1, P менее чем 0,04, S менее чем 0,04, железо и неизбежные примеси - остальное.

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.

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 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.

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

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, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств.
Наверх