Труба для нефте-, газо- и продуктопроводов и способ ее производства

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сварных труб для нефте-, газо- и продуктопроводов и других аналогичных конструкций (резервуары, сосуды давления), работающих в сложных геологических, климатических условиях и при наличии агрессивных коррозионных сред. Труба для нефте-, газо- и продуктопроводов изготовлена из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк и железо, а также дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,11, марганец 0,10-1,80, кремний 0,06-0,60, хром 0,005-0,30, никель 0,005-1,0, ванадий 0,01-0,12, ниобий 0,02-0,10, титан 0,01-0,04, алюминий 0,01-0,05, кальций 0,0005-0,008, сера 0,0005-0,008, фосфор 0,001-0,012, азот 0,001-0,012, медь 0,005-0,25, сурьма 0,0001-0,005, олово 0,0001-0,007, мышьяк 0,0001-0,008, молибден 0,001-0,5, железо - остальное, при этом суммарное содержание никеля и марганца связано с концентрацией молибдена и фосфора в мас.% следующим соотношением: [(Ni + Mn)/(1+Mo)]Р<0,03. Способ производства описанной трубы включает выплавку стали с указанным составом, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку, формовку и сварку, горячую прокатку ведут на реверсивном или непрерывном станах с последующим регулируемым ускоренным охлаждением. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству сварных труб для нефте-, газо- и продуктопроводов и других аналогичных конструкций (резервуары, сосуды давления), работающих в сложных геологических, климатических условиях и при наличии агрессивных коррозионных сред.

Известна труба и способ ее производства (патент РФ №2180691, С 21 D 9/08, опубл. 10.11.1999), включающий выплавку стали, обработку в ковше разливку, горячую прокатку на лист за несколько проходов с заданной степенью деформации, формовку и сварку. Сталь выплавляют на первородных или чистых шихтовых материалах, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,03-0,11

марганец 0,90-1,80

кремний 0,06-0,60

хром 0,005-0,30

никель 0,005-0,30

ванадий 0,02-0,12

ниобий 0,03-0,10

титан 0,010-0,040

алюминий 0,010-0,055

кальций 0,001-0,005

сера 0,0005-0,008

фосфор 0,0005-0,010

азот 0,001-0,012

медь 0,005-0,25

сурьма 0,0001-0,005

олово 0,0001-0,007

мышьяк 0,0001-0,008

железо остальное,

при этом содержание углерода, азота, меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям:

С+10N<0,14

10P+Cu<0,14

2P+Sn+Sb+As<0,035

Горячая прокатка ведется с уменьшением степени деформации в каждом последующем проходе в 1,25-2,5 раза по отношению к предыдущему и при температуре, удовлетворяющей следующему соотношению:

Т_н.пр.-Т_к.пр.<200,

где Т_н.пр. и Т_к.пр. - температуры начала и конца прокатки в проходе соответственно.

Отсутствие в описанном выше способе производства труб из горячекатаного листа регулируемого ускоренного охлаждения резко ограничивает возможности получения высокопрочных труб класса К60 и выше (особенно при толщинах листа больше 12 мм) без снижения таких важных характеристик как ударная вязкость при отрицательных температурах, пластичность, свариваемость, трещиностойкость и коррозионная стойкость. Это обусловлено тем, что компенсацией не предусмотренного изобретением ускоренного охлаждения для обеспечения требуемых прочностных характеристик на уровне 60 кг/мм² и выше могут быть: снижение температуры конца прокатки до 700-750°С, повышение содержания углерода и марганца. И то, и другое, обеспечивая необходимую прочность, приводят к ухудшению вышеперечисленных характеристик, в первую очередь, к резкому снижению ударной вязкости, свариваемости и коррозионной стойкости.

Задачей данного изобретения является обеспечение сочетания необходимого уровня прочности (предел прочности выше 620 кг/мм²) с высокими характеристики пластичности и вязкости, трещиностойкости и коррозионной стойкости в трубах и других конструкциях, изготавливаемых из листа толщиной до 50 мм.

Технический результат достигается тем, что труба для нефтегазопроводов изготавливают из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,02-0,11

марганец 0,10-1,80

кремний 0,06-0,60

хром 0,005-0,30

никель 0,005-1,0

ванадий 0,01-0,12

ниобий 0,02-0,10

титан 0,01-0,04

алюминий 0,01-0,05

кальций 0,0005-0,008

сера 0,0005-0,008

фосфор 0,001-0,012

азот 0,001-0,012

медь 0,005-0,25

сурьма 0,0001-0,005

олово 0,0001-0,007

мышьяк 0,0001-0,008

молибден 0,001-0,5

железо остальное,

при этом суммарное содержание никеля и марганца связано с концентрацией молибдена и фосфора следующим соотношением, мас.%:

Технический результат достигается также тем, что способ производства включает получение стали с составом, указанным выше, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку, формовку и сварку трубы. При этом горячую прокатку ведут на реверсивном или непрерывном станах с последующим регулируемым ускоренным охлаждением, скорость которого, определяемая по выражению:

удовлетворяет следующему соотношению:

где Т_к.пр. - температура поверхности листа или полосы в конце прокатки в интервале 750-850°С;

Т_к.охл. - температура поверхности листа или полосы в конце регулируемого ускоренного охлаждения в интервале 500-700°С;

V_л. - скорость перемещения листа или полосы в душирующей или ламинарной установках, м/с;

L_д.у. - длина душирующей или ламинарной установок (может изменяться в пределах 10-100 метров), м.

Предложенные изобретения с соблюдением приведенных соотношений обеспечивают одновременное удовлетворение требований как по прочностным характеристикам (предел прочности выше) труб из листов толщиной до 50 мм и вязкости при отрицательных температурах, так и свариваемости, трещиностойкости и коррозионной стойкости.

В таблице 1 приведен химический состав материала (стали) предложенной и известной труб. Составы подбирались таким образом, чтобы оценить влияние молибдена и никеля на прочность при различных условиях охлаждения листов после прокатки. Плавки проводили в вакуумной индукционной печи. Завалка состояла из чистого армко-железа и в зависимости от варианта состава - никеля, ферромолибдена, меди и других шихтовых материалов. После достижения требуемого разрежения в печи начинали расплавление завалки. После полного расплавления и нагрева металла до температуры 1630-1650°С проводили дегазирующую выдержку, а затем вводили в ванну необходимые расчетные количества металлического марганца, феррованадия и феррониобия, а затем присаживали раскислители: ферросилиций, алюминий и ферротитан. После доведения температуры жидкой стали до требуемой (1560-1580°С) металл без нарушения вакуума сливали непосредственно из тигля в изложницу.

Всего в вакуумной индукционной печи было выплавлено 12 опытных плавок. Для всех плавок был проанализирован химический состав металла, и по его результатам отобрали три плавки, в которых соотношение, связывающее суммарное содержание никеля и марганца с концентрацией молибдена и фосфора, для плавок 1, 2, 3 равно 0,01; 0,0057 и 0,0064 соответственно, т.е. меньше 0,03.

Отобранные слитки, а также металл плавки стали известной трубы были прокованы на пластины толщиной 80-430 мм, затем прокатаны на реверсивном стане на толщину 50 и 20 мм и охлаждены со скоростями 10 и 20 градусов в секунду, а также на воздухе. Последнее условие охлаждения соответствует горячекатаному листу, а первые два - регулируемому ускоренному охлаждению. Полученные листы подвергли формовке и сварке с получением труб.

В таблице 2 приведены свойства этих плавок в сравнении с плавкой известного состава. Полученные результаты свидетельствуют, что новая сталь заявленного состава в сочетании с заявленной технологией прокатки, предусматривающей регулируемое охлаждение со скоростями не менее 4°С/с, обладает требуемым сочетанием высокого уровня прочности в сечениях до 50 мм с высокой вязкостью, а значит и трещиностойкостью, пластичностью при низких температурах. Скорость регулируемого охлаждения, равная 10 м/с, получена при прокатке на широкополосном стане: температура поверхности полосы в конце прокатки - 840°С, температура поверхности полосы в конце регулируемого ускоренного охлаждения - 640°С, длина ламинарной установки - 60 м, скорость перемещения полосы в ламинарной установке 3 м/с. Скорость регулируемого охлаждения, равная 20 м/с, получена при прокатке на реверсивном стане: температура поверхности листа в конце прокатки - 800°С, температура поверхности листа в конце регулируемого ускоренного охлаждения - 600°С, длина душирующей установки - 10 м, скорость перемещения листа в душирующей установке - 1 м/с. Скорость охлаждения листа на воздухе равна примерно 2-3°С/с. После охлаждения формуют из листа трубу и сваривают ее.

Таблица 1
Химический состав стали
Компонент	Содержание, мас.%
Плавка №1	Плавка №2	Плавка №3	Плавка известной стали
Углерод	0,02	0,04	0,09	0,06
Марганец	1,50	1,0	0,3	1,4
Кремний	0,1	0,18	0,25	0,25
Хром	0,05	0,28	0,2	0,15
Никель	0,5	0,1	0,9	0,1
Ванадий	0,1	0,05	0,01	0,07
Ниобий	0,032	0,06	0,087	0,06
Титан	0,01	0,015	0,035	0,015
Алюминий	0,012	0,021	0,028	0,024
Кальций	0,0005	0,003	0,006	0,005
Сера	0,0035	0,004	0,008	0,003
Фосфор	0,005	0,007	0,008	0,005
Азот	0,005	0,006	0,007	0,007
Медь	0,23	0,1	0,01	0,15
Сурьма	0,0003	0,0009	0,004	0,005
Олово	0,0005	0,005	0,007	0,005
Мышьяк	0,0002	0,004	0,008	0,006

Та6лица 2

Свойства стали
Плавка	Толщина листа, мм	Предел прочности, Н/мм2	Температура хрупко-вязкого перехода, °С
		Скорость охлаждения, °С/с	Скорость охлаждения, °С/с
20	10	воздух	20	10	воздух
1	20/50	836/687	780/730	550/470	-90/-80	-80/-70	-50/-40
2	20/50	807/712	750/650	540/460	-90/-80	-80/-70	-50/-40
3	20/50	767/657	720/630	530/450	-90/-80	-80/-70	-50/-40
плавка известной стали	20/50	621/528	500/410	420/340	-80/-30	-50/-20	-20/-10

1. Труба для нефте-, газо- и продуктопроводов, изготовленная из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,02-0,11

марганец 0,10-1,80

кремний 0,06-0,60

хром 0,005-0,30

никель 0,005-1,0

ванадий 0,01-0,12

ниобий 0,02-0,10

титан 0,01-0,04

алюминий 0,01-0,05

кальций 0,0005-0,008

сера 0,0005-0,008

фосфор 0,001-0,012

азот 0,001-0,012

медь 0,005-0,25

сурьма 0,0001-0,005

олово 0,0001-0,007

мышьяк 0,0001-0,008

молибден 0,001-0,5

железо остальное

при этом суммарное содержание никеля и марганца связано с концентрацией молибдена и фосфора следующим соотношением, мас.%:

2. Способ производства трубы для нефте-, газо- и продуктопроводов, включающий выплавку стали, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку, формовку и сварку, отличающийся тем, что осуществляют выплавку стали с составом по п.1, горячую прокатку ведут на реверсивном или непрерывном станах с последующим регулируемым ускоренным охлаждением, скорость которого определяют по выражению:

удовлетворяет следующему соотношению:

где

Т_к.пр. - температура поверхности листа или полосы в конце прокатки в интервале 750-850°С;

Т_к.охл. - температура поверхности листа или полосы в конце регулируемого ускоренного охлаждения в интервале 500-700°С;

V_л. - скорость перемещения листа или полосы в душирующей или ламинарной установках, м/с;

L_д.у. - длина душирующей или ламинарной установок.