Труба с высокой деформационной способностью класса прочности к65 и способ ее производства
Владельцы патента RU 2790721:
Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к электросварным прямошовным трубам класса прочности К65 наружным диаметром 508-1422 мм для строительства газопроводов, рассчитанных на рабочее давление до 11,8 МПа включительно, в том числе эксплуатируемых на участках пересечения активных тектонических разломов, повышенной сейсмичности и многолетнемерзлых грунтов, а также в районах со слабонесущими, пучинистыми и просадочными грунтами. Труба выполнена из стального листа путем формовки в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки с внутренней и наружной поверхностей и экспандированием. Стальной лист содержит в мас.%: углерод 0,04-0,07, кремний 0,10-0,35, марганец 1,45-1,90, хром не более 0,10, никель 0,15-0,30, медь не более 0,15, суммарное содержание титана, ванадия и ниобия 0,05-0,15, молибден 0,15-0,25, азот не более 0,007, алюминий 0,02-0,06, сера не более 0,003, фосфор не более 0,013, железо и примеси- остальное. В продольном направлении труба имеет предел текучести при полной деформации 0,5% 525-665 МПа, временное сопротивление 620-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,91, относительное удлинение не менее 19%. В поперечном направлении труба имеет предел текучести при полной деформации 0,5% 555-665 МПа, временное сопротивление 650-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительное удлинение не менее 18%, ударную вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 250 Дж/см2, долю вязкой составляющей в изломе при испытании падающим грузом при температуре испытаний минус 40°C не менее 85% и критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм. Сварное соединение имеет временное сопротивление 650-760 МПа, ударную вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления, составляющую не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, и критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления, составляющее не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C. Обеспечивается достижение повышенной деформационной способности, определяемой требованиями к форме кривой растяжения в области пластической деформации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству электросварных прямошовных труб (с высокой деформационной способностью) класса прочности К65 наружным диаметром от 508 до 1422 мм для газопроводов, рассчитанных на рабочее давление до 11,8 МПа включительно, в том числе эксплуатируемых на участках пересечения активных тектонических разломов, повышенной сейсмичности и многолетнемерзлых грунтов, а также в районах со слабонесущими, пучинистыми и просадочными грунтами.
Известно техническое решение «Стальные листы для сверхвысокопрочных магистральных труб и сверхвысокопрочные магистральные трубы, обладающие прекрасной низкотемпературной ударной вязкостью, и способы их изготовления» (патент РФ №2331698, C22C 38/04, 38/58, C21D 8/02, 8/10, 20.08.2008 г.).
Магистральная труба получена из стального листа, изготовленного из стали со следующим содержанием компонентов, мас. %: углерод 0,03-0,07; кремний не более 0,6; марганец 1,5-2,5; фосфор не более 0,015; сера не более 0,003; никель 0,1-1,5; молибден 0,15-0,60; ниобий 0,01-0,10; титан 0,005-0,030; алюминий - не более 0,06; один и более элементов из группы: бор, азот, ванадий, медь, хром, кальций, РЗМ и магний в необходимых количествах; железо – остальное и неизбежные примеси. Характеристики листа составляют: предел прочности в поперечном направлении 880-1080 МПа; ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°C не ниже 200 Дж; отношение предела текучести при общей деформации 0,2 % к пределу прочности – не более 80% в направлении прокатки. Микроструктура стального листа состоит в основном из вырожденного верхнего бейнита. Лист изготовлен из сляба, нагретого до температуры 1000-1250°C, черновую прокатку проводили в области температуры рекристаллизации, чистовую прокатку – при температуре 900°C или ниже при суммарном обжатии не менее 75% и затем охлаждение из аустенитной области со скоростью 1-10°C/с до получения в центре толщины листа температуры 500°C или ниже. Микроструктура листа состоит из вырожденного верхнего бейнита в количестве более 70%.
Способ производства трубы включает формовку стального листа в трубную заготовку с помощью UO-процесса, сварку продольных кромок дуговой сваркой под флюсом и экспандирование. При этом характеристики трубы составляют: предел прочности в тангенциальном направлении 900-1100 МПа; ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°C не ниже 200 Дж.
Недостатком указанного изобретения является то, что труба большого диаметра для магистральных трубопроводов высокого давления, изготовленная из листа, имеет структуру преимущественно вырожденного верхнего бейнита, которая не обеспечивает высокую деформационную способность стали, выраженную в особой форме диаграммы растяжения без площадки текучести. Кроме того, отсутствие возможности прямого контроля температуры – одного из параметров формулы – в центре толщины листа для определения момента остановки ускоренного охлаждения значительно затрудняет соблюдение технологических режимов на производстве и их воспроизводимость, что может спорадически приводить к получению несоответствующей продукции и экономическим потерям предприятия.
Наиболее близкое техническое решением, принятое за прототип для двух объектов, описано в патенте РФ №2656189, C21D 8/02, 8/10, C22C 38/0, 31.05.2018 г. «Труба с повышенной деформационной способностью и высокой вязкостью сварного соединения и способ ее изготовления».
Магистральная труба получена из стального листа с пределом текучести свыше 480 МПа, содержащего, мас. %: углерод 0,04-0,08, кремний 0,10-0,30, марганец 1,60-1,85, хром не более 0,30, никель 0,20-0,40, молибден 0,10-0,25, медь не более 0,30, алюминий не более 0,05, ниобий 0,03-0,06, титан 0,010-0,020, ванадий не более 0,01, сера не более 0,003, фосфор не более 0,013, остальное – железо и неизбежные примеси. Способ производства трубы включает формовку стального листа в трубную заготовку, многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки с внутренней и наружной поверхностей и экспандирование, причем сварку проводят по режимам, обеспечивающим формирование в зоне термического влияния микроструктуры, состоящей по меньшей мере на 60% из мелкодисперсного игольчатого и реечного бейнита.
Основным недостатком прототипа является то, что заявленный способ производства листа и трубы при схожей степени легирования и себестоимости стали обеспечивает более низкий класс прочности К60, что значительно влияет на выбор стенки большей толщины при прочностных расчетах трубопроводов, приводит к увеличению металлоемкости всей конструкции, и, как следствие, росту капитальных затрат на реализацию проекта.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение повышенной деформационной способности, определяемой требованиями к форме кривой растяжения в области пластической деформации, труб большого диаметра класса прочности К65, выполненных из стального листа, для использования при прокладке трубопроводов на рабочее давление до 11,8 МПа в районах пересечения активных тектонических разломов, повышенной сейсмичности и многолетнемерзлых грунтов, а также в районах со слабонесущими, пучинистыми и просадочными грунтами.
Технический результат достигается тем, что труба большого диаметра класса прочности К65 выполнена из стального листа путем формовки в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки как с внутренней, так и с наружной поверхности, и экспандированием, согласно изобретению стальной лист содержит углерод 0,04-0,07%, кремний 0,10-0,35%, марганец 1,45-1,90%, хром не более 0,10%, никель 0,15-0,30%, медь не более 0,15%, суммарное содержание титана, ванадия и ниобия 0,05-0,15%, молибден 0,15-0,25%, азот не более 0,007%, алюминий 0,02-0,06%, сера не более 0,003%, фосфор не более 0,013% железо и примеси – остальное, при этом характеристики трубы в продольном направлении составляют: предел текучести при полной деформации 0,5% 525-665 МПа, временное сопротивление 620-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,91, относительное удлинение не менее 19%; характеристики трубы в поперечном направлении составляют: предел текучести при полной деформации 0,5% 555-665 МПа, временное сопротивление 650-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 250 Дж/см2, доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40°C не менее 85%, критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм при отсутствии площадки текучести на диаграмме растяжения в продольном и поперечном направлениях, а характеристики сварного соединения составляют: временное сопротивление 650-760 МПа, ударная вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления составляет не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления составляет не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
Технический результат достигается тем, что в способе производства трубы класса прочности К65, включающем аустенизацию непрерывнолитой заготовки, черновую прокатку с регламентированным обжатием за проход, подстуживание раската, чистовую прокатку, охлаждение на спокойном воздухе с последующим ускоренным охлаждением в установке контролируемого охлаждения, правку, формовку стального листа в трубную заготовку при совмещении продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки как с внутренней, так и с наружной поверхности, и экспандирование, согласно изобретению непрерывнолитую заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов: углерод 0,04-0,07%, кремний 0,10-0,35%, марганец 1,45-1,90%, хром не более 0,10%, никель 0,15-0,30%, медь не более 0,15%, суммарное содержание титана, ванадия и ниобия 0,05-0,15%, молибден 0,15-0,25%, азот не более 0,007%, алюминий 0,02-0,06%, сера не более 0,003%, фосфор не более 0,013% железо и примеси – остальное, при этом аустенизацию непрерывнолитой заготовки производят до температуры 1190-1240°С, черновую прокатку начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину раската, составляющую не менее 4 толщин готового листа, чистовую прокатку начинают и завершают в интервале температур 760-820°С, после чего лист охлаждают на спокойном воздухе до температуры начала ускоренного охлаждения 710-750°С, а затем подвергают ускоренному охлаждению в установке для контролируемого охлаждения со скоростью охлаждения 10-35°С/с до температуры не выше 200°C, далее лист подвергают правке в роликовой листоправильной машине с обеспечением в продольном направлении: предела текучести при полной деформации 0,5% 510-640 МПа, временного сопротивления 610-740 МПа, отношения предела текучести при полной деформации 0,5% к пределу прочности не более 0,91, относительного удлинения не менее 20%, относительного равномерного удлинения не менее 7,5%; в поперечном направлении: предела текучести при полной деформации 0,5% 530-670 МПа, временного сопротивления 640÷750 МПа, отношения предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительного удлинения не менее 19,5%, ударной вязкости на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 270 Дж/см2, долей вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40°C не менее 90%, критического раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не ниже 0,25 мм при отсутствии площадки текучести на диаграмме растяжения в продольном и поперечном направлениях, после формовки стального листа в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии осуществляют сварку технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок как с внутренней, так и с наружной поверхности, и экспандирование, при этом сварное соединение имеет следующие характеристики: временное сопротивленпие 650-760 МПа, ударная вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления составляет не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления составляет не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
Технический результат достигается также тем, что черновую прокатку осуществляют с частными относительными обжатиями не менее 10%.
Технический результат достигается также тем, что в продольном и поперечном направлениях выполняются условия: σп0,6 / σп0,4 ≥ 1,070, σп1,0 / σп0,6 ≥ 1,050, σп2,0 / σп1,0 ≥ 1,020 (где σп0,6, σп0,4, σп1,0, σп2,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,6%, 0,4%, 1,0%, 2,0% соответственно, МПа).
Сущность изобретения заключается в следующем. Согласно предложенному способу изготавливают непрерывнолитую заготовку из стали с заданным химическим составом. Содержание химических элементов в указанных соотношениях обеспечивает необходимые механические свойства листов при реализации предлагаемых технологических режимов.
Для получения требуемой прочности содержание углерода должно быть не менее 0,04%, при этом его добавка в количестве более 0,07% приводит к ухудшению пластических свойств стали.
Добавка кремния необходима для раскисления стали при выплавке. Для обеспечения необходимого уровня раскисленности его содержание должно быть не менее 0,10%, но не более 0,35% для ограничения количества силикатных включений, ухудшающих ударную вязкость и трещиностойкость.
Марганец повышает степень насыщения феррита растворенными элементами, участвующими в механизме дисперсионного твердения. Для его рационального использования содержание марганца должно быть не менее 1,45%. При содержании марганца более 1,90% снижается ударная вязкость стали.
В предлагаемом способе содержание хрома ограничивается остаточной концентрацией 0,1%. Хром повышает прокаливаемость стали и при ускоренном охлаждении раската приводит к образования хрупких структурных составляющих, снижающих способность материала сопротивляться развитию трещин.
Для повышения устойчивости аустенита в сталь добавляют никель и медь. Для получения необходимого эффекта содержание никеля не должно быть менее 0,15%. Экономически нецелесообразно добавлять более 0,30% никеля. Для экономии никеля в предлагаемом способе сталь может содержать медь до половины от максимальной его концентрации не более 0,15%. Наличие меди в стали повышает прочность, но снижает пластичность и ударную вязкость, ослабляя межзеренные границы при медленном охлаждении обогащенной фазой.
Для использования дополнительного механизма дисперсионного упрочнения сталь должна быть с добавками титана, ванадия и ниобия в количестве суммарно не менее 0,05% и не более 0,15%. При суммарном содержании этих элементов менее 0,05% не достигается требуемый эффект упрочнения, более 0,15% – возникает эффект избыточного упрочнения.
Добавки молибдена придают стали мелкозернистую структуру, повышают прочность при равных показателях пластичности. Молибден в количестве менее 0,15% не оказывает значительного влияния на свойства, а его содержание более 0,25% уже значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.
Азот необходим для выделения мелкодисперсных нитридов для сдерживания роста аустенитных зерен. При содержании азота свыше 0,007% увеличивается его концентрация в твердом растворе, что ухудшает ударную вязкость и трещиностойкость стали при низких температурах.
Алюминий раскисляет и модифицирует сталь, связывает азот в нитриды. Для снижения содержания кислорода в расплавленной стали необходимо добавлять не менее 0,02% алюминия. При его содержании более 0,06% снижаются вязкопластические свойства стали.
Сера и фосфор являются вредными примесями, поэтому обозначенные низкие значения содержания серы не более 0,003% и фосфора не более 0,013% необходимы для получения высоких значений ударной вязкости при низких температурах.
При содержании серы свыше 0,003% в стали образуются сульфидные включения, значительно снижающие ударную вязкость и трещиностойкость.
Фосфор относится к числу элементов, обладающих наибольшей склонностью к ликвации и образованию сегрегации по границам зерен, и, как следствие, отрицательно влияющих на ударную вязкость стали и трещиностойкость, поэтому верхний предел содержания фосфора устанавливают не более 0,013%.
Химические элементы в заявленных пределах также обеспечивают требуемые механические свойства сварного соединения и удовлетворительную свариваемость стали. При воздействии на сталь термического цикла сварки они сдерживают рост аустенитного зерна и способствуют формированию мелкозернистой микроструктуры в зоне термического влияния, состоящей преимущественно из игольчатого и реечного бейнита.
Оптимальные технологические параметры способа были определены эмпирическим путем.
Трубы (с высокой деформационной способностью) класса прочности К65 для магистральных трубопроводов высокого давления изготавливают из стальных листов. Для этого слябы перед прокаткой нагревают до температуры 1190-1240 oC. Превышение верхней границы интервала стимулирует аномальный рост зерен аустенита, приводящий к снижению прочностных и вязкостных свойств. При недостижении нижней границы интервала температуры нагрева карбонитриды плохо растворяются в аустените, это оказывает негативное влияние на протекание процессов рекристаллизации, а также снижает прочностные и вязкие свойства. Черновую стадию прокатки проводят выше температуры рекристаллизации аустенита, но не ниже 980°C, что обеспечивает активное измельчение зерна за счет его повторного роста. Для обеспечения удовлетворительных результатов испытания падающим грузом с учетом увеличенной толщины проката необходимо обеспечить толщину промежуточного подстуживания не менее четырех толщин готового листа. Получение, например, пятикратного промежуточного раската по толщине снижает суммарную степень деформации на черновой стадии прокатки, препятствуя требуемому измельчению зерен аустенита.
Температурный интервал начала и окончания деформации на чистовой стадии прокатки выбирают, исходя из необходимости подготовки аустенита к последующему превращению путем создания деформированных зерен аустенита, содержащих полосы деформации и имеющих высокую плотность дислокаций. Рациональным температурным интервалом чистовой прокатки определен интервал 760-820°С.
Ускоренное охлаждение оказывает положительное влияние на прочностные и вязкопластические свойства готового проката. Выбранные условия одностадийного ускоренного охлаждения: температурный интервал начала охлаждения 710-750°С и скорость охлаждения 10-35°C/с до температуры не выше 200°C обеспечивают получение целевой феррито-бейнитной структуры. При этом более высокая температура конца ускоренного охлаждения приводит к появлению в структуре доли нежелательной структурной составляющей перлита. Далее листы подвергаются правке в роликовой листоправильной машине.
Черновую прокатку осуществляют с частными относительными обжатиями не менее 10%. С увеличением степени деформации снижается энергия активации рекристаллизации и увеличивается скорость образования новых кристаллических зерен. Опытным путем установлена минимальная достаточная степени деформации не менее 10%, положительно влияющая на рекристаллизацию и механические свойства готового проката. Для получения требуемой толщины промежуточного раската допускается последние пропуски через межвалковый зазор осуществлять с меньшей степенью деформации.
Производственный процесс получения труб включает формовку стального листа в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубных заготовок как с внутренней, так и с наружной поверхности, и экспандированием.
Произведенные трубы имеют следующие характеристики в продольном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 525-665 МПа, временное сопротивление 620-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,91, относительное удлинение не менее 19%; в поперечном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 555-665 МПа, временное сопротивление 650-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 250 Дж/см2, доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40°C не менее 85%, критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм при отсутствии площадки текучести на диаграмме растяжения в продольном и поперечном направлениях, что подразумевает выполнение условий
σп0,6 / σп0,4 ≥ 1,070, σп1,0 / σп0,6 ≥ 1,050, σп2,0 / σп1,0 ≥ 1,020,
а характеристики сварного соединения составляют: временное сопротивление 650-760 МПа, ударная вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления составляет не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления составляет не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
Изготовление труб большого диаметра с повышенной деформационной способностью по предлагаемому способу обеспечивает получение значений прочностных свойств выше, чем стандартный уровень требований к трубам К65 (СТО Газпром 2-4.1-713-2013, ISO 3183, API Spec 5L), что позволяет проектной организации уменьшать толщину стенки и снижать металлоемкость проектов.
Применение способа поясняется примером его реализации при производстве листового проката и труб в ПАО «Северсталь».
В условиях конвертерного производства Череповецкого металлургического комбината ПАО «Северсталь» было выплавлено пять опытных плавок, три из которых имели соответствующий заявленному химический состав (№ 1, 2 и 3), две – нет (№ 4 и 5). Химический состав выплавленного металла приведен в таблице 1. Опытные плавки были разлиты на слябы толщиной 313 мм, которые прокатали на стане 5000 в листы толщиной 33,4 мм. Варианты реализации предложенного способа и результаты испытаний приведены в таблицах 2 и 3, 4 соответственно.
Результаты испытаний показали, что предлагаемый способ производства проката (вариант № 1-5) из стали, выбранного химического состава (№ 1, 2 и 3), обеспечивает удовлетворительный уровень механических свойств.
Из стальных листов по варианту 1-1 и 5-5 методом JCO-формовки были изготовлены трубы большого диаметра размером 1220×33,4 мм в условиях трубосварочного цеха АО «Ижорский трубный завод» для этого осуществляли формовку листа в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии, осуществляли сварку технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок как с внутренней, так и с наружной поверхности, и экспандирование.
В таблице 5 приведены механические свойства основного металла (ОМ) и сварного соединения (СС) труб, изготовленных из стали с химическим составом 1 и 5 по технологии 1 и 5 соответственно (варианты 1-1, 5-5).
Из таблицы 5 видно, что трубы, изготовленные из стального листа из стали с вариантом химического состава № 1 по предлагаемому способу № 1, обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим повышенную деформационную способность.
Трубы, изготовленная из стали с вариантом химического состава № 5 по предлагаемому способу № 5, не обладают таким комплексом механических свойств.
Для проверки эксплуатационной надежности труб по варианту 1-1 были проведены их стендовые испытания гидравлическим давлением. Испытания проводили с нанесением искусственного дефекта по основному металлу, центру сварного шва, линии сплавления. Разрушение происходило при давлении, превышающем давление расчетное, а трещины не выходили за пределы нанесенного искусственного дефекта. Также были проведены полигонные пневматические испытания. Остановка трещины произошла с обеих сторон в пределах первой испытуемой трубы на расстоянии 4,4 м от кольцевого стыка с трубой-инициатором. Оба испытания показали высокую эксплуатационную надежность труб с ВДС.
Таким образом, применение описанного способа производства проката и труб, приведенного химического состава, обеспечивает достижение требуемого уровня качественных характеристик электросварных прямошовных труб (с высокой деформационной способностью) класса прочности К65 наружным диаметром от 508 до 1422 мм для газопроводов, рассчитанных на рабочее давление до 11,8 МПа включительно, в том числе эксплуатируемых на участках пересечения активных тектонических разломов, повышенной сейсмичности и многолетнемерзлых грунтов, а также в районах со слабонесущими, пучинистыми и просадочными грунтами:
- в продольном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 525-665 МПа, временное сопротивление 620-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,91, относительное удлинение не менее 19%;
- в поперечном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 555-665 МПа, временное сопротивление 650-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 250 Дж/см2, доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40°C не менее 85%, критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм при отсутствии площадки текучести на диаграмме растяжения в продольном и поперечном направлениях, что подразумевает выполнение условий
σп0,6 / σп0,4 ≥ 1,070, σп1,0 / σп0,6 ≥ 1,050, σп2,0 / σп1,0 ≥ 1,020;
- характеристики сварного соединения: временное сопротивление 650-760 МПа, ударная вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления составляет не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления составляет не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
Таблица 1
Массовая доля химических элементов, %
| Химический состав |
С | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | Ti+V+Nb | Mo | N | Al | S | P |
| 1 | 0,041 | 0,11 | 1,45 | 0,04 | 0,15 | 0,05 | 0,05 | 0,15 | 0,005 | 0,02 | 0,002 | 0,011 |
| 2 | 0,055 | 0,24 | 1,54 | 0,07 | 0,23 | 0,08 | 0,08 | 0,19 | 0,005 | 0,04 | 0,002 | 0,011 |
| 3 | 0,065 | 0,31 | 1,90 | 0,10 | 0,30 | 0,14 | 0,15 | 0,25 | 0,006 | 0,05 | 0,003 | 0,012 |
| 4 | 0,038 | 0,15 | 1,39 | 0,17 | 0,11 | 0,06 | 0,01 | 0,05 | 0,007 | 0,01 | 0,003 | 0,012 |
| 5 | 0,071 | 0,35 | 1,95 | 0,20 | 0,34 | 0,29 | 0,18 | 0,29 | 0,007 | 0,07 | 0,003 | 0,013 |
Таблица 2
Технологические параметры производства листов
| Вариант производства | Химический состав | Температура аустенизации, °С | Температура начала черновой прокатки, °С | Кратность раската по толщине | Частные относительные обжатия на черновой стадии, % | Температура начала чистовой прокатки, °С | Температура окончания чистовой прокатки, °С | Температура начала ускоренного охлаждения, °С | Скорость охлаждения, °С/с | Температура окончания ускоренного охлаждения, °С |
| 1 | 1 | 1191 | 982 | 4 | 10 | 762 | 777 | 712 | 12 | 195 |
| 2 | 2 | 1205 | 1011 | 5 | 12 | 790 | 800 | 734 | 20 | 105 |
| 3 | 3 | 1229 | 1039 | 6 | 11 | 817 | 820 | 748 | 31 | 52 |
| 4 | 4 | 1210 | 1007 | 5 | 10 | 788 | 792 | 745 | 18 | 98 |
| 5 | 5 | 1220 | 992 | 4 | 13 | 773 | 779 | 739 | 15 | 93 |
| 6 | 1 | 1150 | 940 | 3 | 9 | 748 | 752 | 689 | 8 | 218 |
| 7 | 2 | 1245 | 950 | 3 | 8 | 840 | 849 | 761 | 39 | 37 |
Таблица 3
Результаты испытаний образцов от листового проката на статическое растяжение
| Вариант производства | Химический состав | σп0,5 , МПа | σв , МПа | δ5 , % | σп0,5 / σв | σп0,6 / σп0,4 | σп1,0 / σп0,6 | σп2,0 / σп1,0 |
| 1 | 1 | 545 | 640 | 23 | 0,85 | 1,09 | 1,07 | 1,03 |
| 2 | 2 | 570 | 650 | 20 | 0,88 | 1,08 | 1,07 | 1,02 |
| 3 | 3 | 600 | 695 | 21 | 0,86 | 1,08 | 1,05 | 1,03 |
| 4 | 4 | 530 | 630 | 22 | 0,84 | 1,08 | 1,04 | 1,02 |
| 5 | 5 | 560 | 645 | 19 | 0,87 | 1,07 | 1,06 | 1,01 |
| 6 | 1 | 520 | 635 | 24 | 0,82 | 1,06 | 1,05 | 1,03 |
| 7 | 2 | 690 | 760 | 20 | 0,91 | 1,05 | 1,04 | 1,02 |
| Примечание: σп0,5 – предел текучести условный с допуском на величину полной деформации 0,5%; σв – временное сопротивление; δ5 – относительное удлинение после разрыва; σп0,6 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,6%; σп0,4 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,4%; σп1,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 1,0%; σп2,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 2,0%. |
Таблица 4
Результаты динамических испытаний на изгиб и трещиностойкость CTOD
| Вариант производства | Химический состав | KCV-40 , Дж/см2 | ДВС при ИПГ-40 , % | δc , мм |
| 1 | 1 | 350 | 100 | 0,58 |
| 2 | 2 | 328 | 100 | 0,46 |
| 3 | 3 | 312 | 95 | 0,42 |
| 4 | 4 | 270 | 85 | 0,25 |
| 5 | 5 | 250 | 85 | 0,23 |
| 6 | 1 | 260 | 90 | 0,25 |
| 7 | 2 | 245 | 80 | 0,19 |
| Примечание: KCV-40 – ударная вязкость при температуре испытаний минус 40oC; ДВС при ИПГ-40 – доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40oC; δc – раскрытие вершины трещины. |
Таблица 5
Результаты механических испытаний образцов от основного металла (ОМ) и
сварного соединения (СС) труб
| Характеристика | Вариант 1-1 | Вариант 5-5 |
| Образцы от ОМ в продольном/поперечном направлении | ||
| Предел текучести σп0,5, МПа | 535 / 550 | 555 / 570 |
| Временное сопротивление σв, МПа | 630 / 650 | 630 / 655 |
| Относительное удлинение δ5, % | 23 / 23 | 20 / 19 |
| Отношение σп0,5 / σв | 0,85 / 0,85 | 0,88 / 0,87 |
| Отношение σп0,6 / σп0,4 | 1,09 / 1,09 | 1,05/ 1,05 |
| Отношение σп1,0 / σп0,6 | 1,07 / 1,07 | 1,03 / 1,03 |
| Отношение σп2,0 / σп1,0 | 1,03 / 1,03 | 1,00 / 1,01 |
| Ударная вязкость KCV-40 , Дж/см2 | - /350 | - /250 |
| Доля вязкой составляющей при ИПГ-40 , % | - /95 | - /85 |
| Раскрытие вершины трещины δc, мм | - / 0,56 | - / 0,22 |
| Образцы от СС в поперечном направлении (надрез по линии сплавления) | ||
| Временное сопротивление σв, МПа | - / 690 | - / 730 |
| Ударная вязкость KCV-40 , Дж/см2 | - / 110 | - / 53 |
| Раскрытие вершины трещины δc, мм | - / 0,46 | - / 0,08 |
1. Труба класса прочности К65, выполненная из стального листа путем формовки в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки с внутренней и наружной поверхностей и экспандированием, отличающаяся тем, что стальной лист содержит, мас.%:
| углерод | 0,04-0,07 |
| кремний | 0,10-0,35 |
| марганец | 1,45-1,90 |
| хром | не более 0,10 |
| никель | 0,15-0,30 |
| медь | не более 0,15 |
| суммарное содержание титана, | |
| ванадия и ниобия | 0,05-0,15 |
| молибден | 0,15-0,25 |
| азот | не более 0,007 |
| алюминий | 0,02-0,06 |
| сера | не более 0,003 |
| фосфор | не более 0,013 |
| железо и примеси | остальное, |
при этом в продольном направлении труба имеет предел текучести при полной деформации 0,5% 525-665 МПа, временное сопротивление 620-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,91, относительное удлинение не менее 19%, а в поперечном направлении труба имеет предел текучести при полной деформации 0,5% 555-665 МПа, временное сопротивление 650-760 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительное удлинение не менее 18%, ударную вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 250 Дж/см2, долю вязкой составляющей в изломе при испытании падающим грузом (ИПГ) при температуре испытаний минус 40°C не менее 85% и критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм, при этом сварное соединение имеет временное сопротивление 650-760 МПа, ударную вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления, составляющую не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, и критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления, составляющее не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что в продольном и поперечном направлениях выполняются условия:
σп0,6/σп0,4≥1,070,
σп1,0/σп0,6≥1,050,
σп2,0/σп1,0≥1,020,
где σп0,6 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,6%, МПа;
σп0,4 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,4%, МПа;
σп1,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 1,0%, МПа;
σп2,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 2,0%, МПа.
3. Способ производства трубы класса прочности К65, включающий получение непрерывно-литых заготовок из стали, их аустенизацию, черновую прокатку с регламентированным обжатием за проход, подстуживание раската, чистовую прокатку, охлаждение на спокойном воздухе с последующим ускоренным охлаждением в установке контролируемого охлаждения, правку, формовку стального листа в трубную заготовку при совмещении продольных осей симметрии с последующей сваркой технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговой сваркой под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки с внутренней и наружной поверхностей и экспандирование, отличающийся тем, что непрерывно-литые заготовки получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:
| углерод | 0,04-0,07 |
| кремний | 0,10-0,35 |
| марганец | 1,45-1,90 |
| хром | не более 0,10 |
| никель | 0,15-0,30 |
| медь | не более 0,15 |
| суммарное содержание титана, | |
| ванадия и ниобия | 0,05-0,15 |
| молибден | 0,15-0,25 |
| азот | не более 0,007 |
| алюминий | 0,02-0,06 |
| сера | не более 0,003 |
| фосфор | не более 0,013 |
| железо и примеси | остальное, |
при этом аустенизацию непрерывно-литой заготовки производят до температуры 1190-1240°С, черновую прокатку начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину раската, составляющую не менее четырех толщин готового листа, чистовую прокатку начинают и завершают в интервале температур 760-820°С, после чего лист охлаждают на спокойном воздухе до температуры начала ускоренного охлаждения 710-750°С, а затем подвергают ускоренному охлаждению в установке для контролируемого охлаждения со скоростью охлаждения 10-35°С/с до температуры не выше 200°C, далее лист подвергают правке в роликовой листоправильной машине с обеспечением в продольном направлении предела текучести при полной деформации 0,5% 510-640 МПа, временного сопротивления 610-740 МПа, отношения предела текучести при полной деформации 0,5% к пределу прочности не более 0,91, относительного удлинения не менее 20%, относительного равномерного удлинения не менее 7,5%, а в поперечном направлении - предела текучести при полной деформации 0,5% 530-670 МПа, временного сопротивления 640÷750 МПа, отношения предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,90, относительного удлинения не менее 19,5%, ударной вязкости на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°C не ниже 270 Дж/см2, доли вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40°C не менее 90%, критического раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не ниже 0,25 мм, после формовки стального листа в трубную заготовку при совмещении их продольных осей симметрии осуществляют сварку технологического шва в атмосфере защитных газов и многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок с внутренней и наружной поверхностей и экспандирование, при этом сварное соединение имеет временное сопротивление 650-760 МПа, ударную вязкость на поперечных образцах с V-образным надрезом по центру шва и по линии сплавления не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 40°C, критическое раскрытие в вершине трещины на поперечных образцах с надрезом по линии сплавления, составляющее не менее 0,15 мм при температуре испытания минус 20°C.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что черновую прокатку осуществляют с частными относительными обжатиями не менее 10%.
5. Способ по п. 3 отличающийся тем, что в продольном и поперечном направлениях выполняются условия:
σп0,6/σп0,4≥1,070,
σп1,0/σп0,6≥1,050,
σп2,0/σп1,0≥1,020,
где σп0,6 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,6%, МПа;
σп0,4 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 0,4%, МПа;
σп1,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 1,0%, МПа;
σп2,0 – величина напряжения с допуском на величину полной деформации 2,0%, МПа.
