Труба из аустенитного сплава и способ ее получения
Изобретение относится к области металлургии, в частности производству труб нефтепромыслового сортамента. Для обеспечения низкой анизотропии предела текучести трубы при приложении к ней различных напряжений, зависящих от среды использования, получают трубу из аустенитного сплава, имеющую предел текучести при растяжении YSLT по меньшей мере 689,1 МПа. Предел текучести при растяжении YSLT и предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы, предел текучести при растяжении YSCT в периферийном направлении трубы и предел текучести при сжатии YSCC в периферийном направлении трубы удовлетворяют формулам (1)-(4): 0,90≤YSLC/YSLT≤1,11(1),0,90≤YSCC/YSCT≤1,11(2),0,90≤YSCC/YSLT≤1,11 (3),0,90≤YSCT/YSLT≤1,11(4). 2 н. и 7 з.п. ф-лы,10 ил.,2 табл.,1 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к трубе из сплава и способу ее получения и более конкретно - к трубе из аустенитного сплава и способу ее получения.
Уровень техники
Для нефтяных и газовых скважин (в этом описании нефтяные и газовые скважины в целом обозначаются как "нефтяные скважины») используются трубы нефтепромыслового сортамента. Поскольку нефтяные скважины содержат коррозионные среды, трубы нефтепромыслового сортамента должны быть устойчивы к коррозии. С другой стороны, аустенитный сплав, представленный аустенитной нержавеющей сталью, имеет превосходную коррозионную стойкость. Поэтому труба из аустенитного сплава используется в качестве трубы нефтепромыслового сортамента.
Трубы нефтепромыслового сортамента включают в себя два типа: обсадные трубы и насосно-компрессорные трубы. Обсадные трубы вставляются в скважину. Цемент забивают между обсадной трубой и стенкой скважины, и, таким образом, обсадные трубы фиксируются в скважине. Насосно-компрессорные трубы вставляются в обсадные трубы, чтобы дать возможность течь в них добываемому флюиду, такому как нефть или газ.
Трубы нефтепромыслового сортамента обычно должны иметь высокую прочность в дополнение к превосходной коррозионной стойкости. Класс прочности труб нефтепромыслового сортамента, как правило, определяется в показателях предела текучести при растяжении в осевом направлении трубы. Потребитель труб нефтепромыслового сортамента определяет окружающие условия (пластовое давление, температуру и давление добываемого флюида) пробуриваемой скважины из поискового и разведочного бурения и геологического изыскания и выбирает трубы нефтепромыслового сортамента износостойкого класса прочности.
"Temperature and texture effects on properties for CRA's, Corrosion 92 The NACE Annual Conference and Corrosion Show Paper No. 58" описывает, что для деформированной в холодном состоянии коррозионностойкой трубы из сплава предел текучести при сжатии в осевом направлении меньше предела текучести при растяжении в осевом направлении трубы. Как описано выше, класс прочности труб нефтепромыслового сортамента обычно определяют в показателях предела текучести при растяжении. Поэтому разница между пределом текучести при сжатии и пределом текучести при растяжении является предпочтительно меньшей.
JP10-80715A и JP11-57842A предлагают методы эксплуатации для повышения предела текучести при сжатии в осевом направлении трубы.
JP10-80715A описывает так, как представлено ниже. В способе получения стальной трубы, раскрытом в этом патентном документе, отношение Q эксплуатационной величины толщины стенки к эксплуатационной величине наружного диаметра (Q=RT/RD: RT представляет собой уменьшение участка толщины стенки, RD представляет собой уменьшение участка наружного диаметра) за время деформирования в холодном состоянии, регулируется до 1,5 или менее. Таким образом, можно получить стальную трубу, превосходную по пределу текучести при сжатии в осевом направлении трубы. Точнее говоря, предел прочности при сжатии в осевом направлении стальной трубы составляет 80% или более от предела прочности при растяжении (0,2% напряжение текучести).
JP11-57842A описывает так, как представлено ниже. В способе производства стальной трубы, раскрытом в этом патентном документе, деформированную в холодном состоянии стальную трубу подвергают термообработке при температуре 200-400°C. Предел прочности при сжатии в осевом направлении трубы повышают путем термообработки, потому что дислокации, введенные в сталь путем деформирования в холодном состоянии, перемещаются посредством термообработки. Точнее говоря, с помощью способа производства согласно этому патентному документу предел прочности при сжатии в осевом направлении трубы стальной трубы становится 80% или более от предела прочности при растяжении (0,2% напряжение текучести).
Раскрытие изобретения
В случае, когда трубу из аустенитного сплава используют в качестве трубы нефтепромыслового сортамента, распределение напряжений, приложенных к трубам нефтепромыслового сортамента, изменяется согласно использованию среды труб нефтепромыслового сортамента. Поэтому даже если используют трубы нефтепромыслового сортамента, чей предел текучести при сжатии в осевом направлении трубы увеличили посредством использования способов получения, описанных в вышеописанных патентных документах в зависимости от используемой среды труб нефтепромыслового сортамента, большее напряжение может быть приложено в направлении, отличающемся от осевого направления трубы. Поэтому предпочтительно, чтобы обычные трубные изделий нефтепромыслового сортамента долговременно выдерживали такое напряжение. К тому же в способах эксплуатации, описанных в вышеописанных патентных документах, разница между пределом текучести при сжатии и пределом текучести при растяжении в осевом направлении трубы из аустенитного сплава в некоторых случаях не может быть обеспечена достаточно малой.
Целью настоящего изобретения является обеспечение трубы из аустенитного сплава, которая выдерживает прикладываемые распределения напряжений, изменяющие в зависимости от среды использования.
Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением имеет предел текучести, по меньшей мере, 689,1 МПа. Предел текучести при растяжении YSLT (МПа) в осевом направлении трубы из сплава, ее предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении, предел текучести при растяжении YSCT (МПа) в периферийном направлении трубы из легированной стали и предел текучести при сжатии YSCC (МПа) в периферийном направлении удовлетворяют формулам (1)-(4).
0,90≤YSLC/YSLT≤1,11 (1)
0,90≤YSCC/YSCT≤1,11 (2)
0,90≤YSCC/YSLT≤1,11 (3)
0,90≤YSCT/YSLT≤1,11 (4)
Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением имеет низкую анизотропию пределов текучести, потому что удовлетворяются формулы (1)-(4). Поэтому труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением выдерживает распределение напряжений различающихся в зависимости от среды использования.
Труба из аустенитного сплава может иметь химический состав, включающий в % по массе, C: не больше 0,03%, Si: не больше 1,0%, Mn: 0,3-5,0%, Ni: 23-52%, Cr: 20-30%, N: 0,005-0,50%, Mo: не больше 9% и Cu: не больше 3%, остальное - Fe и примеси.
Труба из аустенитного сплава может содержать вместо некоторого количества Fe один или более элементов, выбранных из группы, состоящей, в % по массе, из Ca: не больше 0,01%, Mg: не больше 0,01% и редкоземельный металл (РЗМ): не больше 0,20%.
Предпочтительно трубу из аустенитного сплава получают посредством воздействия правки, используя правильную машину, и низкотемпературной обработки при 300-550°C после деформирования в холодном состоянии.
Предпочтительно трубу из аустенитного сплава получают посредством воздействия на нее низкотемпературной обработки после ее правки.
Способ получения трубы из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением включает в себя процесс получения черновой трубы из аустенитного сплава, процесс деформирования в холодном состоянии черновой трубы и процесс получения трубы из аустенитного сплава, в котором посредством правки деформированной в холодном состоянии черновой трубы с использованием правильной машины и посредством воздействия на черновую трубу низкотемпературной обработки при 300-550°C обеспечивается труба из сплава с пределом текучести 689,1 МПа, и при этом для трубы из сплава предел текучести при растяжение YSLT (МПа) в осевом направлении, предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении, предел текучести при растяжении YSCT (МПа) в периферийном направлении и предел текучести при сжатии YSCC (МПа) в периферийном направлении удовлетворяют формулам (1)-(4).
Труба из аустенитного сплава, полученная способом по настоящему настоящего изобретению имеет низкую анизотропию пределов текучести и поэтому выдерживает различные прикладываемые распределения напряжений, различающиеся согласно среде использования.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой схематическое изображение нефтяной скважины и трубы нефтепромыслового сортамента.
Фигура 2 представляет собой вид в разрезе трубы нефтепромыслового сортамента, показанной на фигуре 1.
Фигура 3 представляет собой другой вид в разрезе трубы нефтепромыслового сортамента, показанной на фигуре 1, который отличается от фигуры 2.
Фигура 4 представляет собой схематическое изображение для пояснения деформирования в холодном состоянии легированной трубы.
Фигура 5 представляет собой схематическое изображение для объяснения поведения дислокации внутри кристаллического зерна трубы, показанной на фигуре 4.
Фигура 6 представляет собой схематическое изображение для пояснения поведения дислокации внутри кристаллического зерна, когда сжимающую нагрузку прикладывают к деформированной в холодном состоянии легированной трубе.
Фигура 7 представляет собой схематическое изображение для объяснения поведения дислокации внутри кристаллического зерна, когда правку осуществляют на деформированной в холодном состоянии легированной трубе.
Фигура 8 представляет собой график, показывающий связь между температурой термообработки при низкотемпературной обработке и пределом текучести при растяжении и пределом текучести при сжатии в осевом направлении трубы.
Фигура 9 представляет собой схематическое изображение правильной машины; и
фигура 10 представляет собой вид спереди клети правильной машины, показанной на фигуре 9.
Лучший вариант осуществления изобретения
Вариант осуществления настоящего изобретения далее будет описан подробно со ссылкой на прилагающиеся чертежи. Одни и те же символы используются для одних и тех же или эквивалентных элементов, и пояснение к этому не повторяется. Ниже символ "%", относящийся к содержанию каждого элемента, означает "процент по массе".
Авторы настоящего изобретения проводили различные исследования и испытания и в результате получили выводы, описанные ниже.
Трубы нефтепромыслового сортамента, используемые в качестве обсадных труб или насосно-компрессорных труб, получают растягивающую нагрузку и сжимающую нагрузку в осевом направлении трубы. Фигура 1 представляет собой схематическое изображение нефтяной скважины и труб нефтепромыслового сортамента. Обращаясь к фигуре 1, видно, что трубу 101 нефтепромыслового сортамента вводят в пласт 100. Нижний конец трубы 101 нефтепромыслового сортамента размещают в нефтяной скважине 102. В это время труба 101 нефтепромыслового сортамента получает растягивающую нагрузку в осевом направлении трубы из-за собственного веса трубы. К тому же добываемый флюид 103 течет в трубе 101 нефтепромыслового сортамента. Поскольку добываемый флюид 103 имеет высокую температуру, труба 101 нефтепромыслового сортамента подвергается термическому расширению. Обычно верхний и нижний концы трубы 101 нефтепромыслового сортамента фиксируются. Поэтому когда обеспечивают протекание добываемого флюида 103 в трубе 101 нефтепромыслового сортамента, то труба 101 нефтепромыслового сортамента получает сжимающую нагрузку в осевом направлении трубы.
К тому же трубы нефтепромыслового сортамента должны иметь сопротивление внутреннему давлению и сопротивление внешнему давлению. Фигура 2 представляет собой вид в разрезе обычной трубы 101 нефтепромыслового сортамента, показанной на фигуре 1. Обращаясь к фигуре 2, если добываемый флюид 103 протекает в трубе 101 нефтепромыслового сортамента, внутреннее давление PI (pressure internal) прикладывается к трубе 101 нефтепромыслового сортамента добываемым флюидом 103. При этом внутреннем давлении PI растягивающая нагрузка FT прикладывается в периферийном направлении трубы 101 нефтепромыслового сортамента. К тому же из-за растягивающей нагрузки FT в периферийном направлении трубы также возникает сжимающая нагрузка в осевом направлении трубы.
Подобным образом, обращаясь к фигуре 3, в случае, когда трубой 101 нефтепромыслового сортамента является обсадная труба, то пластовое давление PO, которое является наружным давлением, прикладывается к наружной поверхности трубы 101 нефтепромыслового сортамента. При этом пластовом давлении PO сжимающая нагрузка FI прикладывается в периферийном (окружном) направлении трубы 101 нефтепромыслового сортамента. Из-за сжимающей нагрузки FI растягивающая нагрузка прикладывается в осевом направлении трубы.
Такое распределение напряжений также изменяется от места расположения труб нефтепромыслового сортамента. Например, во время бурения насосно-компрессорная труба врезается и продвигается вперед при вращении вокруг трубной оси. В это время самая передняя краевая часть насосно-компрессорной трубы многократно получает растягивающую нагрузку и сжимающую нагрузку в осевом направлении трубы. Также труба нефтепромыслового сортамента, расположенная близко от земной поверхности, подвергается воздействию растягивающей нагрузки в осевом направлении трубы и тоже получает высокое внутреннее давление.
Поэтому труба из аустенитного сплава, используемая в качестве трубы нефтепромыслового сортамента, должна не только иметь сбалансированные пределы текучести в осевом направлении трубы, но также иметь сопротивление внутреннему давлению и сопротивление наружному давлению.
Для того чтобы труба из аустенитного сплава достигла этих свойств, должна быть обеспечена низкая анизотропия предела текучести при растяжении и предела текучести при сжатии в осевом направлении трубы и в периферийном направлении трубы из легированной стали.
Чтобы обеспечить низкую анизотропию, осуществляют правку деформированной в холодном состоянии трубы из сплава с помощью косовалковой правильной машины, а низкотемпературную термообработку осуществляют при температуре 300-550°C. Путем осуществления правки и низкотемпературной термообработки обеспечивают низкую анизотропию пределов текучести полученной трубы из аустенитного сплава. Точнее говоря, предел текучести при растяжении YSLT (МПа) в осевом направлении трубы из сплава, ее предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении трубы, предел текучести при растяжении YSCT (МПа) в периферийном направлении трубы из легированного сплава и предел текучести при сжатии YSCC (МПа) в периферийном направлении трубы удовлетворяют формулам (1)-(4).
0,90≤YSLC/YSLT≤1,11 (1)
0,90≤YSCC/YSCT≤1,11 (2)
0,90≤YSCC/YSLT≤1,11 (3)
0,90≤YSCT/YSLT≤1,11 (4)
Причиной, почему анизотропия пределов текучести трубы из аустенитного сплава делается низкой путем осуществления правки с использованием косовалковой правильной машины и низкотемпературной термообработки, как предполагают, является то, что описано ниже.
Деформирование в холодном состоянии удлиняет трубу из сплава в осевом направлении при уменьшении ее диаметра. Поэтому деформирование в холодном состоянии вносит деформацию растяжения в осевом направлении трубы из сплава, а также вносит деформацию сжатия в периферийном направлении. Как показано на фигуре 4, внимание уделяется любому кристаллическому зерну 10 в трубе 1 из сплава. Когда осуществляют деформирование в холодном состоянии, растягивающая нагрузка FT прикладывается в осевом направлении трубы 1 из сплава. В результате, как показано на фигуре 5, множество дислокаций 12 имеет место в системе 11 скольжения. Дислокации 12 двигаются в направлении X1, показанном на фигуре 5 в системе 11 скольжения, и накапливаются вблизи межзеренной границы GB (grain boundary). Между накопленными дислокациями 12 действует отталкивающая сила RF (repulsive force).
Затем сжимающая нагрузка FI прикладывается в осевом направлении трубы 1 из сплава, находящейся в состоянии после холодной деформации. В этом случае, как показано на фигуре 6, дислокации 12 двигаются в направлении Х2, противоположном направлению X1 в системе 11 скольжения вследствие использования отталкивающей силы RF в дополнение к напряжению под нагрузкой σFI, обусловленному сжимающей нагрузкой FI. В этом случае истинный предел текучести σt определяется следующей формулой.
σt=σFI+RF
Поэтому из-за отталкивающей силы RF, вызванной заблаговременно деформированием в холодном состоянии, дислокации 12 начинают быть активными из-за напряжения под нагрузкой σFI более низком, чем истинный предел текучести σt. Фактически эффект Баушингера вызывается деформированием в холодном состоянии, и предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы уменьшается.
Правка с использованием косовалковой правильной машины подавляет эффект Баушингера и увеличивает предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы из сплава. Причина этого не определена, но предполагается такой, как описано ниже.
При правке с использованием правильной машины с косорасположенными валками труба 1 из сплава удерживается между косорасположенными валками и продвигается вперед при вращении вокруг оси трубы. В это же время труба 1 из сплава получает внешнюю силу с направления, отличающегося от направления деформирования в холодном состоянии (главным образом с радиального направления) из-за косорасположенных валков. Поэтому при правке, как показано на фигуре 7, из-за внешней силы FO дислокации 14 имеют место в системе 13 скольжения, отличающейся от системы 11 скольжения, введенной путем деформирования в холодном состоянии, и активизируются.
Дислокации 14 вводили посредством действия правки как дислокации леса относительно дислокаций 12. К тому же дислокации 12 и 14 пересекаются друг с другом и разрезают друг друга. В результате, образуются дислокации 12 и 14, имеющие изгибную часть и часть-порог. Изгибная часть и часть-порог образуются на поверхности скольжения, отличающейся от других частей дислокаций. Поэтому движения дислокаций 12 и 14, имеющих изгибную часть и часть-порог, ограничены. В результате, даже если сжимающая нагрузка FI прикладывается, как показано на фигуре 6, дислокации 12 менее подвержены движению, и сдерживается снижение предела текучести при сжатии YSLC.
К тому же если низкотемпературную термообработку осуществляют при 300-550°C, то анизотропия пределов текучести в осевом направлении трубы и в периферийном направлении деформированной в холодном состоянии трубы из аустенитного сплава становится низкой. Причиной этого, как предполагают, является то, что описано ниже.
Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением содержит углерод (С) и азот (N). Эти элементы каждый меньше по размеру, чем элементы Fe, Ni и подобные. Поэтому С и N диффундируют в сплаве вследствие низкотемпературной обработки и прилипают к части, близкой к ядру дислокации. С и N, прилипшие к части, близкой к ядру дислокации, препятствуют активности дислокаций вследствие эффекта Коттрела.
Фигура 8 представляет собой график, показывающий связь между пределом текучести при растяжении YSLT и пределом текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы из аустенитного сплава и температурой термообработки (°C). Фигура 8 была получена способом, описанным ниже.
Заготовку, имеющую химический состав сплава А в таблице 1, описываемой позже, обрабатывали в горячем состоянии для получения черновой трубы. Черновую трубу подвергали холодному волочению. Уменьшение площади при этом составило 24%. Уменьшение площади, описанное здесь, определялось формулой (I).
Уменьшение площади = (Площадь поперечного сечения черновой трубы перед деформированием в холодном состоянии - Площадь поперечного сечения черновой трубы после деформирования в холодном состоянии)/Площадь поперечного сечения черновой трубы перед деформированием в холодном состоянии × 100 (I)
Деформированную в холодном состоянии трубу из сплава подвергали воздействию низкотемпературной термообработки при различных температурах термообработки. Время выдержки составляло 10 мин. После термообработки от трубы из сплава отбирали образец для испытаний на растяжение и образец для испытания на сжатие. Размер образца для испытаний определяли в соответствии со стандартами ASTM (American Society of Testing Materials - Американское общество по испытанию материалов)-E8 и ASTM-E9. С использованием образцов для выборочного испытания, испытание на растяжение и испытание на сжатие проводили при нормальной температуре (25°C) в атмосфере для определения предела текучести при растяжении YSLT (МПа) и предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении трубы, таким образом получали фигуру 8.
На фигуре 8 знак "♦" указывает предел текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы и знак "■" указывает предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы. Обращаясь к фигуре 8, если осуществляют низкотемпературную обработку, то предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы увеличивается за счет эффекта Коттрела. С другой стороны, предел текучести на растяжение YSLT в осевом направлении трубы является почти постоянным при температуре термообработки 550°C или ниже.
Из вышеприведенных результатов предполагают, что, если низкотемпературную термообработку осуществляют в температурном интервале от 300 до 550°C, то дислокации, введенные обработкой, предшествующей термообработке (в этом примере - деформирование в холодном состоянии) становятся менее склонными быть активными вследствие эффекта Коттрела. Поэтому низкотемпературная термообработка сдерживает уменьшение предела текучести, вызванное эффектом Баушингера.
Как описано выше, путем осуществления правки и низкотемпературной термообработки уменьшение предела текучести, вызванное эффектом Баушингера, которое вызывается во время деформирования в холодном состоянии, может ограничиваться. Точнее говоря, как показано на фигуре 7, при правке образуются дислокации 14 в системе 13 скольжения, отличающейся от системы 11 скольжения во время деформирования в холодном состоянии, таким образом, уменьшается активность дислокаций 12. К тому же путем низкотемпературной термообработки С и N заставляют прилипать к части, близкой к ядру дислокации, для замедления активности дислокаций. На основе вышеописанных результатов исследования настоящее изобретение было завершено. В дальнейшем трубу из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением подробно описывают.
Трубой из сплава в соответствии с этим вариантом осуществления является труба из аустенитного сплава. В аустенитном сплаве его микроструктура по существу состоит из аустенита. Точнее говоря, микроструктура аустенитного сплава состоит из аустенита и включений и/или выделившихся фаз.
Предпочтительно труба из аустенитного сплава имеет химический состав, описанный ниже.
Предпочтительный химический состав трубы из аустенитного сплава
C: не больше 0,03%
Углерод (C) повышает прочность сплава. Однако если C содержится избыточно, то образуются карбиды Cr на межзеренных границах. Карбиды Cr повышают чувствительность к растрескиванию сплава на границах зерен. Поэтому содержание углерода составляет не больше 0,03%. Содержание углерода составляет предпочтительно менее чем 0,03%, еще более предпочтительно не больше 0,02%. Нижний предел содержания С составляет предпочтительно 0,001%, еще более предпочтительно 0,003%.
Si не больше 1,0%
Кремний (Si) является факультативным элементом. То есть нет необходимости, чтобы Si обязательно содержался. Кремний раскисляет сплав. Однако если Si содержится избыточно, то обрабатываемость сплава в горячем состоянии снижается. Поэтому содержание Si составляет не больше 1,0%. Предпочтительное содержание Si составляет менее чем 1,0%. Верхний предел содержания Si составляет 0,5%, еще более предпочтительно 0,4%. Нижний предел содержания кремния составляет предпочтительно 0,05%, еще более предпочтительно 0,10%.
Mn: 0,3-5,0%
Марганец (Mn) раскисляет сплав. Также Mn является аустенитообразующим элементом и стабилизирует аустенитную фазу. К тому же Mn повышает растворимость азота в сплаве. Поэтому, особенно когда содержание азота увеличивают для повышения прочности сплава, Mn сдерживает образование микроотверстий близко к поверхности. Однако если Mn содержится избыточно, обрабатываемость сплава в горячем состоянии снижается. Поэтому содержание Mn составляет 0,3-5,0%. Предпочтительное содержание Mn составляет выше, чем 0,3, и ниже, чем 5,0%. Верхний предел содержания Mn составляет предпочтительно 3,0%, еще более предпочтительно 1,0%. Нижний предел содержания Mn составляет предпочтительно 0,4%.
Ni: 23-52%
Никель является аустенитообразующим элементом и стабилизирует аустенитную фазу. К тому же Ni образует Ni-сульфидную пленку на поверхности сплава и усиливает сероводородное коррозионное растрескивание (SSC(sulphide stress corrosion)стойкость к сульфидному растрескиванию сплава под напряжением). Однако если Ni содержится избыточно, то эффекты достигают предела. Поэтому содержание Ni составляет 23-52%. Предпочтительное содержание Ni составляет выше, чем 23%, и ниже, чем 52%. Верхний предел содержания Ni составляет предпочтительно 50%, еще более предпочтительно 40%. Нижний предел содержания Ni составляет предпочтительно 25%, еще более предпочтительно 29%.
Cr: 20-30%
Хром (Cr) усиливает SSC-стойкость при совместном действии с Ni. К тому же Cr усиливает прочность сплава вследствие упрочнения твердого раствора. С другой стороны, если Cr содержится избыточно, то эффекты достигают предела, и к тому же снижается обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание Cr составляет 20-30%. Предпочтительное содержание Cr составляет выше, чем 20%, и ниже, чем 30%. Верхний предел содержания Cr составляет предпочтительно 27%, еще более предпочтительно 26%. Нижний предел содержания Cr составляет предпочтительно 23%, еще более предпочтительно 24%.
Mo: не больше 9%
Молибден (Mo) является факультативным элементом. Поэтому нет необходимости, чтобы Mo обязательно содержался. Mo усиливает SSC-стойкость сплава при совместном действии с Cr и Ni. К тому же Mo усиливает прочность сплава вследствие упрочнения твердого раствора. Однако если Mo содержится избыточно, то эффекты достигают предела. Поэтому содержание Mo составляет не больше 9%. Предпочтительное содержание Mo составляет менее чем 9%. Верхний предел содержания Mo составляет предпочтительно 4%. Нижний предел содержания Mo составляет предпочтительно 0,01%, еще более предпочтительно 1,5%.
Cu: не больше 3%
Медь (Cu) является факультативным элементом. Поэтому нет необходимости, чтобы Cu обязательно содержалась. Cu усиливает SSC-стойкость сплава в сероводородной среде. Однако если Cu содержится избыточно, то эффекты достигают предела, и к тому же снижается обрабатываемость в горячем состоянии. Поэтому содержание Cu составляет не больше 3%. Предпочтительное содержание Cu составляет менее чем 3%. Верхний предел содержания Cu составляет предпочтительно 2%. Нижний предел содержания Cu составляет предпочтительно 0,1%, еще более предпочтительно 0,5%.
N: 0,005-0,50
Азот (N) усиливает прочность сплава вследствие упрочнения твердого раствора. Для трубы из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, содержание С запрещают, чтобы усилить коррозионную стойкость. Поэтому с помощью наличия в составе N вместо С усиливают прочность сплава. Если N содержится и осуществляют термообработку на твердый раствор, то можно получить трубу из сплава, имеющую высокую прочность. Если используют трубу из сплава, имеющую высокую прочность, даже если осуществляют деформирование в холодном состоянии при низком коэффициенте обработки, то желательную прочность можно придать деформированной в холодном состоянии трубе из сплава. Однако если N содержится избыточно, то полости склонны к образованию близко к поверхности во время затвердевания сплава. К тому же N снижает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание N составляет 0,005-0,50%. Предпочтительное содержание N выше, чем 0,005%, и ниже, чем 0,50%. Верхний предел содержания азота составляет предпочтительно 0,30%, еще более предпочтительно 0,22%. Нижний предел содержания азота составляет предпочтительно 0,05%, еще более предпочтительно 0,06% и даже еще более предпочтительно 0,16%.
Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением может еще содержать вместо некоторого количества Fe один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из Ca, Mg и редкоземельного металла (РЗМ). Все эти элементы улучшают обрабатываемость сплавов в горячем состоянии.
Ca: не больше 0,01%
Кальций (Ca) является факультативным элементом. Кальций присоединяется к S в виде сульфидов и улучшает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Однако если кальций содержится избыточно, то образуются крупнозернистые оксиды, и снижается обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание Ca составляет не больше 0,01%. Предпочтительное содержание Ca составляет менее чем 0,01%. Нижний предел содержания Ca составляет предпочтительно 0,0005%.
Mg: не больше 0,01%
Магний (Mg) является факультативным элементом. Подобно Ca, Mg присоединяется к S в виде сульфидов и улучшает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Однако если Mg содержится избыточно, то образуются крупнозернистые оксиды, и снижается обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание Mg составляет не больше 0,01%. Предпочтительное содержание Mg составляет менее чем 0,01%. Нижний предел содержания Mg составляет предпочтительно 0,0005%.
Редкоземельный металл (РЗМ): не больше 0,20%
Редкоземельный металл (РЗМ) является факультативным элементом. Подобно Ca и Mg, РЗМ присоединяется к S в виде сульфидов и улучшает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Однако если РЗМ содержится избыточно, то образуются крупнозернистые оксиды, и снижается обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание РЗМ составляет не больше 0,20%.
РЗМ является общим термином для 17 элементов, состоящих из 15 элементов лантаноидов, иттрия (Y), а также скандия (Sc). Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением может содержать один или более из этих 17 элементов в качестве РЗМ. Содержание РЗМ означает общее содержание одного или более из этих 17 элементов. Как способ добавления, могут добавляться один или более РЗМ или на промышленной основе они могут добавляться как мишметалл.
Предпочтительное содержание РЗМ составляет менее чем 0,20%. Нижний предел содержания РЗМ составляет предпочтительно 0,001%.
Остальное из химического состава трубы из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением состоит из Fe и примесей. "Примеси", описанные здесь, означают элементы, которые путем смешения попадают из руды или скрапа, используемых как сырьевой материал сплава, из среды производственного процесса или подобного. Предпочтительно примеси P, S и О ограничивают по содержанию, как описано ниже.
P: не больше 0,03%
Фосфор (P) является примесью. P усиливает восприимчивость сплава к коррозийному растрескиванию под действием напряжения в сероводородной среде. Поэтому содержание P является как можно меньшим. Содержание P составляет предпочтительно не больше 0,03% и даже еще более предпочтительно не больше 0,025%.
S: не больше 0,03%
Сера (S) является примесью. S снижает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание S является как можно меньшим. Содержание S составляет предпочтительно не больше 0,03%, еще более предпочтительно менее чем 0,03% и даже еще более предпочтительно не больше 0,005%.
О: не больше 0,010%
Кислород (О) является примесью. О снижает обрабатываемость сплава в горячем состоянии. Поэтому содержание О является как можно меньшим. Содержание кислорода составляет предпочтительно не больше 0,010%, еще более предпочтительно менее чем 0,010%.
Способ производства
Объясняется один пример способа получения трубы из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением.
Первое: аустенитный сплав плавят для получения расплавленного сплава. Для расплавления сплава могут использоваться электрическая печь, печь обезуглероживания с донной продувкой смешанным Ar-О2 газом (AOD (АОД) печь (argon-oxygen-decarburization - аргонокислородного обезуглероживания)), печь обезуглероживания в вакууме (печь VOD (ВОД) вакуумно-кислородного обезуглероживания).
Литой материал получают путем использования расплавленного сплава. Литой материал представляет собой, например, слиток, сляб или блюм. Точнее говоря, слиток получают с помощью процесса изготовления слитка. Альтернативно сляб или блюм получают с помощью процесса непрерывного литья.
Литой материал подвергают воздействию деформирования в горячем состоянии для получения трубной заготовки. Деформирование в горячем состоянии представляет собой, например, горячую прокатку или горячую штамповку. Получающуюся трубную заготовку деформируют в горячем состоянии для получения черновой трубы. Точнее говоря, черновую трубу получают из трубной заготовки с помощью технологии экструзии труб, представленной процессом Юджина-Сежурнета. Альтернативно, черновую трубу получают из трубной заготовки с помощью процесса Маннесмана для изготовления труб.
Полученную черновую трубу подвергают воздействию деформирования в холодном состоянии. Причиной для этого является то, что прочность трубы из аустенитного сплава усиливается, а предел прочности на растяжение YSLT в осевом направлении трубы увеличивается до 689,1 МПа или выше.
Деформирование в холодном состоянии включает в себя холодное волочение и холодную прокатку, представленную пилигримовой прокаткой. В настоящем изобретении может применяться одно из холодного волочения и холодной прокатки. Холодное волочение дает трубу из легированного сплава с повышенной деформацией при растяжении в осевом направлении трубы по сравнению с холодной прокаткой. Холодная прокатка дает трубу из легированного сплава с повышенной деформацией при растяжении не только в осевом направлении трубы, но также в периферийном направлении черновой трубы. Поэтому холодная прокатка дает трубу из легированного сплава с высоким сжимающим усилием в периферийном направлении черновой трубы по сравнению с холодным волочением.
Предпочтительное уменьшение площади во время деформирования в холодном состоянии составляет 15,0% или более. Уменьшение площади определяется формулой (I). Если деформирование в холодном состоянии осуществляют при вышеописанном уменьшении площади, то предел текучести при растяжении YSLT может увеличиваться до 689,1 МПа или выше. Предпочтительный нижний предел уменьшения площади составляет 20,0%. Если уменьшение площади является слишком высоким, то круглость трубы из сплава уменьшается. Поэтому предпочтительный верхний предел уменьшения площади при холодном волочении составляет 50,0%, а предпочтительный верхний предел уменьшения площади при холодной прокатке составляет 80,0%.
Между деформированием в горячем состоянии и деформированием в холодном состоянии может осуществляться любая другая обработка. Например, деформированную в горячем состоянии черновую трубу подвергают воздействию термообработки на твердый раствор. С черновой трубы, подвергнутой термообработке на твердый раствор, удаляют окалину, чтобы снять окалину. Очищенную от окалины черновую трубу подвергают деформированию в холодном состоянии.
К тому же деформирование в холодном состоянии может осуществляться множество раз. В случае, когда деформирование в холодном состоянии осуществляют множество раз между деформированием в холодном состоянии и следующим деформированием в холодном состоянии, то термообработка на твердый раствор может осуществляться как разупрочняющая термообработка. В случае, когда деформирование осуществляют множество раз, то после конечного деформирования в холодном состоянии черновую трубу подвергают обработкам, описанным ниже.
Холоднокатаную черновую трубу подвергают воздействию правки с использованием правильной машины с косорасположенными валками и низкотемпературной обработке. Первым может быть осуществлено одно из правки и низкотемпературной термообработки. То есть правку осуществляют после деформирования в холодном состоянии, а после этого можно осуществлять низкотемпературную термообработку. Альтернативно, низкотемпературную термообработку осуществляют после деформирования в холодном состоянии, а после этого можно осуществлять правку. Также, правку можно осуществлять множество раз или низкотемпературную термообработку можно осуществлять множество раз. Например, деформирование в холодном состоянии, первая правка, низкотемпературная термообработка и вторая правка могут быть осуществлены в таком порядке, или деформирование в холодном состоянии, первая низкотемпературная термообработка, правка и вторая низкотемпературная термообработка могут быть осуществлены в таком порядке.
В последующем объясняются подробности правки и низкотемпературной термообработки.
Правка
Фигура 9 представляет собой схематическое изображение правильной машины 200. Обращаясь к фигуре 9, правильная машина 200, использованная в этом примере, представляет собой тип с косорасположенными валками. Правильная машина 200, показанная на фигуре 9, имеет множество станин ST1-ST4. Множество станин ST1-ST4 располагаются в ряд.
Каждая из станин ST1-ST4 обеспечена парой или одним косорасположенным валком 22. Точнее говоря, последняя станина ST4 обеспечена одним косорасположенным валком 22, а другие клети ST1-ST3 - каждая обеспечена парой косорасположенных валков, которые размещаются на нижней стороне и верхней стороне.
Каждый из косорасположенных валков 22 включает в себя ось 221 валка и поверхность 222 валка. Ось 221 валка косо наклонена относительно линии прокатки PL. Оси 221 валков парных косорасположенных валков 22 на каждой из станин ST1-ST3 пересекаются друг с другом. Поскольку оси 221 косорасположенных валков 22, размещенных на верхней стороне и нижней стороне, косо наклонены относительно линии прокатки PL и пересекаются друг с другом, косорасположенные валки 22 могут придавать вращение черновой трубе 30 в окружном направлении трубы. Поверхность 222 валка имеет вогнутую форму.
Центр P0 зазора между косорасположенными валками 22 на клети ST2 размещается так, что он является смещенным от линии прокатки PL. Поэтому клети ST1 и ST2 изгибают черновую трубу 30, а клети ST2 и ST3 изгибают обратно черновую трубу 30. Таким образом, правильная машина 200 правит изгиб черновой трубы 30.
Правильная машина 200 еще обжимает черновую трубу в радиальном направлении при использовании парных косорасположенных валков 22 каждой клети STi (i=1÷3). Таким образом, круглость черновой трубы 30 повышается, и анизотропия пределов текучести уменьшается правильной машиной 200.
Фигура 10 представляет собой вид спереди косорасположенных валков 22 и черновой трубы 30 на клети STi, имеющей парные косорасположенные валки 22. Парными косорасположенными валками 22 черновая труба 30 обжимается (обкатывается). Когда наружный диаметр черновой трубы 30А перед прокаткой на клети STi берется как DA, а наружный диаметр черновой трубы 30В после прокатки на клети STi берется как DB, то величина обжима AC (мм) определяется формулой (II).
AC=DA-DB (II)
К тому же коэффициент обжима RC (%) определяется формулой (III).
RC=(DA-DB)/DA×100 (III)
Каждая клеть STi катает черновую трубу 30, которая вращается в направлении вдоль окружности с величиной обжима AC, установленной для каждой клети, и придает черновой трубе деформированное состояние. Дислокации, имеющие место в черновой трубе 30 вследствие прокатки, активизируются в системе скольжения, отличающейся от системы скольжения дислокаций, имеющей место во время деформирования в холодном состоянии, как показано на фигуре 7. Поэтому дислокации, имеющие место во время правки, и дислокации, имеющие место во время деформирования в холодном состоянии, сталкиваются и режут друг друга, и получающиеся в результате дислокации становятся менее склонными к движению. Поэтому правка удерживает напряжение сжатия YSLC в осевом направлении трубы от уменьшения за счет эффекта Баушингера.
Как описано выше, для того чтобы уменьшить анизотропию пределов текучести, особенно анизотропию пределов текучести в осевом направлении трубы, эффективна прокатка, использующая косорасположенные валки 22. Так как коэффициент обжима является высоким, деформация может быть придана в радиальном направлении черновой трубы 30. Максимум коэффициентов обжима RC клетей STi определяется как максимум коэффициента обжима. Прокатка при максимальном коэффициенте обжима может давать наибольшую деформацию черновой трубы 30. Полагают, что максимум коэффициента обжима эффективен для снижения анизотропии пределов текучести в осевом направлении трубы. Максимум коэффициента обжима составляет предпочтительно 2,0-15,0%. Нижний предел максимума коэффициента обжима составляет еще более предпочтительно 5,0%, и верхний предел максимума коэффициента обжима составляет еще более предпочтительно 12,0%.
На фигуре 9 правильная машина 200 обеспечена семью косорасположенными валками 22 и четырьмя клетями ST1-ST4. Однако число косорасположенных валков 22 не ограничивается семью и число стоек не ограничивается четырьмя. Число косорасположенных роликов 22 может быть десять или любое другое число. В случае, где число косорасположенных валков является нечетным числом, последнюю клеть обеспечивают одним косорасположенным валком, а другие клети, каждая, обеспечиваются парой косорасположенных валков. В случае если число косорасположенных валков является четным числом, все клети, каждая, обеспечиваются парой косорасположенных валков.
Низкотемпературная термообработка
При низкотемпературной термообработке черновую трубу загружают в печь термообработки. В печи черновую трубу выдерживают при температуре 300-550°C. При выдерживании в вышеописанном температурном интервале С и N диффундируют в черновой трубе и вынуждены быть склонными к прилипанию к части, близкой к ядру дислокации. В результате, дислокации становятся менее склонными двигаться и снижают анизотропию пределов текучести в осевом направлении трубы и в периферийном направлении трубы.
Если температура термообработки превышает 550°C, то предел текучести уменьшается. Причиной этого, как предполагают, является то, что температура является высокой, и поэтому дислокации соединяются друг с другом и исчезают.
Предпочтительная температура термообработки составляет 400-500°C. В случае этого температурного интервала предел текучести при сжатии, особенно в осевом направлении трубы, увеличивается. Поэтому анизотропия пределов текучести в осевом направлении трубы уменьшается. Предпочтительное время выдерживания составляет пять минут или дольше. В случае этого времени выдерживания С и N в сплаве диффундируют в достаточной мере. Предпочтительный верхний предел времени выдерживания составляет 60 минут. Поскольку температура термообработки в низкотемпературной термообработке является низкой, то термообрабатываемая черновая труба менее склонна к короблению.
С помощью вышеописанных процессов получают трубу из аустенитного сплава, удовлетворяющую формулам (1)-(4).
Как описано выше, порядок правки и низкотемпературной термообработки не является предметом дополнительного ограничения. Предпочтительно, однако, что правку осуществляют после деформирования в холодном состоянии, а низкотемпературную термообработку осуществляют после правки. В этом случае С и N прилипают не только к дислокациям, имеющим место вследствие деформирования в холодном состоянии, но также дислокациям, имеющим место вследствие правки, и достигается эффект Коттрела. Поэтому анизотропия пределов текучести в осевом направлении трубы и в периферийном направлении трубы еще более уменьшается.
Примеры
Множество труб из аустенитного сплава производили в различных производственных условиях. Исследовали анизотропии пределов текучести полученных труб из сплава.
Сплавы A-D, каждый, имеющий химический состав, приведенный в таблице 1, расплавляли для получения слитков.
| Таблица 1 | |||||||||
| Сплав | Химический состав (единицы: мас.%, остальное - Fe и примеси) | ||||||||
| С | Si | Mn | Ni | Cr | N | Mo | Cu | Nd | |
| A | 0,018 | 0,26 | 0,63 | 30,3 | 24,7 | 0,08 | 2,85 | 0,75 | - |
| В | 0,017 | 0,24 | 0,70 | 31,2 | 25,4 | 0,08 | 3,02 | 0,79 | - |
| С | 0,020 | 0,25 | 0,62 | 32,3 | 26,7 | 0,08 | 3,30 | 0,81 | - |
| D | 0,014 | 0,29 | 0,56 | 32,5 | 24,8 | 0,2 | 3,11 | 0,74 | 0,03 |
Химические составы всех сплавов A-D заключались в пределах предпочтительного диапазона из настоящего изобретения. В сплавах A-D содержание P составляло не больше 0,03%, содержание S составляло не больше 0,03%, содержание О составляло не больше 0,010%.
Полученные слитки экструдировали в горячем состоянии для получения множества черновых труб для деформирования в холодном состоянии. Черновые трубы для деформирования в холодном состоянии подвергали производственным процессам, приведенным в таблице 2 для получения труб из аустенитного сплава от марки 1 до марки 21.
| Таблица 2 | ||||||||||||||
| Марка | Сплав | Наружный диаметр (мм) |
Производст-венный процесс | Температура термообработки (°C) | Число валков | Макс. коэффициент обжатия (%) | YSLT
(МПа) |
YSCT (МПа) | YSLC (МПа) | YSCC (МПа) | F1 (YSLC/ YSLT) | F2 YSCC/ YSCT) | F3 (YSCC/ YSLT) | F4 (YSCT/ YSLT) |
| 1 | A | 89,3 | AsP/D | - | - | - | 823 | 784 | 595 | 847 | 0,72 | 1,08 | 1,03 | 0,95 |
| 2 | B | 60,0 | CR | - | - | - | 773 | 661 | 677 | 783 | 0,88 | 1,18 | 1,01 | 0,86 |
| 3 | B | 60,0 | CR | - | - | - | 784 | 668 | 690 | 787 | 0,88 | 1,18 | 1,00 | 0,85 |
| 4 | C | 89,0 | CR→STR | - | 10 | 4,0 | 779 | 640 | 719 | 756 | 0,92 | 1,18 | 0,97 | 0,82 |
| 5 | C | 89,0 | CR→STR | - | 10 | 4,0 | 768 | 654 | 727 | 776 | 0,95 | 1,19 | 1,01 | 0,85 |
| 6 | A | 89,3 | P/D→термообработка | 350 | - | - | 876 | 823 | 713 | 846 | 0,81 | 1,03 | 0,97 | 0,94 |
| 7 | A | 89,3 | P/D→термообработка | 400 | - | - | 879 | 818 | 720 | 838 | 0,82 | 1,02 | 0,95 | 0,93 |
| 8 | A | 89,3 | P/D→термообработка | 450 | - | - | 877 | 825 | 734 | 853 | 0,84 | 1,03 | 0,97 | 0,94 |
| 9 | A | 89,3 | P/D→термообработка | 500 | - | - | 880 | 817 | 754 | 840 | 0,86 | 1,03 | 0,95 | 0,93 |
| 10 | A | 89,3 | P/D→термообработка→STR | 350 | 10 | 2,2 | 833 | 851 | 758 | 876 | 0,91 | 1,03 | 1,05 | 1,02 |
| 11 | A | 89,3 | P/D→термообработка→STR | 350 | 10 | 4,0 | 823 | 835 | 762 | 872 | 0,93 | 1,04 | 1,06 | 1,01 |
| 12 | A | 89,3 | P/D→термообработка→STR | 350 | 10 | 4,0 | 802 | 837 | 758 | 874 | 0,95 | 1,04 | 1,09 | 1,04 |
| 13 | A | 89,3 | P/D→STR→термообработка | 500 | 10 | 4,0 | 823 | 817 | 833 | 851 | 1,01 | 1,04 | 1,03 | 0,99 |
| 14 | A | 89,3 | P/D→STR→термообработка | 500 | 10 | 4,0 | 831 | 817 | 837 | 855 | 1,01 | 1,05 | 1,03 | 0,98 |
| 15 | A | 89,3 | P/D→термообработка | 350 | 7 | 6,7 | 827 | 802 | 741 | 868 | 0,90 | 1,08 | 1,05 | 0,97 |
| 16 | A | 89,3 | P/D→термообработка→STR | 350 | 7 | 11,2 | 845 | 825 | 778 | 872 | 0,92 | 1,06 | 1,03 | 0,98 |
| 17 | A | 89,3 | P/D→термообработка→STR | 350 | 7 | 11,2 | 813 | 796 | 780 | 886 | 0,96 | 1,11 | 1,09 | 0,98 |
| 18 | A | 89,3 | P/D→1-ая STR →термообработка→2-ая STR |
500 | 7 | 1-ая STR:6,7 | 835 | 815 | 825 | 853 | 0,99 | 1,05 | 1,02 | 0,98 |
| 2-ая STR:11,2 | ||||||||||||||
| 19 | B | 60,0 | CR→STR→термообработка | 500 | 7 | 10 | 755 | 702 | 749 | 777 | 0,99 | 1,11 | 1,03 | 0,93 |
| 20 | B | 60,0 | CR→STR→термообработка | 500 | 7 | 10 | 764 | 708 | 756 | 783 | 0,99 | 1,11 | 1,02 | 0,93 |
| 21 | D | 89,3 | CR→STR→термообработка | 500 | 7 | 10 | 854 | 826 | 864 | 833 | 1,01 | 1,01 | 0,98 | 0,97 |
Обращаясь к таблице 2, в колонке "Сплав" характеризуется тип используемой заготовки (сплавы A-D). В колонке "Внешний диаметр" характеризуется наружный диаметр полученной трубы из аустенитного сплава.
В колонке "Производственный процесс" характеризуется производственный процесс, осуществленный на черновой трубе для деформирования в холодном состоянии. Обращаясь к колонке производственного процесса, символ "P/D" означает холодное волочение. Символ "CR" означает холодную прокатку. Символ "STR" означает правку. "Термообработка" означает низкотемпературную обработку.
В примерах уменьшение площади при холодном волочении составляло 24%, а уменьшение площади при холодной прокатке составляло 34%. Уменьшение площади (%) определяли с помощью вышеупомянутой формулы (I).
В колонке "Температура термообработки" характеризуется температурой термообработки для низкотемпературной термообработки, осуществленной во время производственного процесса. В колонке "Число валков" характеризуется число валков правильной машины, использующейся для правки. В колонке "Макс. коэффициент обжима" характеризуется максимум коэффициента обжима во время правки.
Точнее говоря, черновые трубы для деформирования в холодном состоянии (далее называемые просто как черновые трубы) подвергались производственным процессам, описанным ниже. Черновую трубу марки 1 подвергали воздействию холодного волочения только для получения трубы из аустенитного сплава. То есть труба марки 1 из аустенитного сплава была материалом непосредственно после холодного волочения. Черновые трубы марок 2 и 3 подвергали воздействию холодной прокатки только для получения труб из аустенитного сплава.
Черновые трубы марок 4 и 5 подвергали воздействию холодной прокатки, а после этого подвергали воздействию правки при максимальном коэффициенте обжима, приведенном в таблице 2. Черновые трубы марок 6-9 подвергали воздействию холодного волочения, а после этого подвергали воздействию низкотемпературной термообработки при температурах, охарактеризованных в таблице 2.
Черновые трубы марок 10-12 и 15-17 подвергали воздействию холодного волочения. Холоднотянутые черновые трубы подвергали воздействию низкотемпературной термообработки. Термообработанные черновые трубы подвергали воздействию правки. Черновые трубы марок 13 и 14 подвергали воздействию холодного волочения, а затем подвергали воздействию правки. Будучи правлеными, черновые трубы подвергались воздействию низкотемпературной термообработки.
Черновую трубу марки 18 подвергали воздействию правки два раза. Точнее говоря, после воздействия холодного волочения черновую трубу подвергали воздействию первой правки. Максимум коэффициента обжима во время первой правки составил 6,7%. После воздействия первой правки черновую трубу подвергали воздействию низкотемпературной термообработки. Термообработанную черновую трубу подвергали воздействию второй правки. Максимум коэффициента обжима во время второй правки составлял 11,2%.
Черновые трубы марок 19-21 подвергали воздействию холодной прокатки, а после этого подвергали воздействию правки. После воздействия правки черновые трубы подвергали воздействию низкотемпературной термообработки.
От полученной трубы из аустенитного сплава каждой марки отбирали образцы для испытания на сжатие и образцы для испытания на растяжение. Точнее говоря, отбирали образец для испытания на растяжение и образец для испытания на сжатие, вытянутые в осевом направлении трубы для каждой марки, и отбирали образец для испытания на растяжение и образец для испытания на сжатие, вытянутые в периферийном направлении трубы для каждой марки.
Размеры каждого образца для испытания были в соответствии с ASTM-E8 и ASTM-E9. Наружные диаметры образцов для испытания на сжатие и стандартных образцов для испытания на сжатие, каждый, были 6,35 мм, а их измеренные длины, каждая, были 12,7 мм. В каждой марке, если не могли взять стандартный образец для испытаний, то брали пропорциональный образец для испытаний.
С использованием отобранных образцов для испытаний на сжатие и образцов для испытаний на растяжение испытание на сжатие и испытание на растяжение проводили при нормальной температуре (25°C) в атмосфере для определения пределов текучести при сжатии и пределов текучести при растяжении. Точнее говоря, при использовании образцов для испытаний на растяжение, вытянутых в осевом направлении трубы, получали предел текучести при растяжении YSLT (МПа) в осевом направлении трубы. При использовании образцов для испытаний на растяжение, вытянутых в периферийном направлении трубы, получали предел текучести при растяжении YSCT (МПа) в периферийном направлении. При использовании образцов для испытаний на сжатие, вытянутых в осевом направлении трубы, получали предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении трубы. При использовании образцов для испытаний на сжатие, вытянутых в периферийном направлении трубы, получали предел текучести при сжатии YSCC (МПа) в периферийном направлении трубы. Каждый предел текучести определяли из расчета на 0,2% напряжения пластического течения в испытании на растяжение и испытании на сжатие. Полученные пределы текучести (YSLT, YSCT, YSLC и YSCC) приведены в таблице 2.
При использовании полученных пределов текучести определяли для каждой марки F1-F4, характеризуемые ниже.
F1=YSLC/YSLT
F2=YSCC/YSCT
F3=YSCC/YSLT
F4=YSCT/YSLT
Полученные F1-F4 приведены в таблице 2.
Результаты исследования
Обращаясь к таблице 2, для труб из аустенитного сплава марок 10-21 величины F1-F4 удовлетворяли формулам (1)-(4). В частности, для марок 13, 14, 19, 20 и 21, поскольку низкотемпературную термообработку осуществляли после правки, то анизотропия пределов текучести в осевом направлении трубы была чрезвычайно низкой.
С другой стороны, для труб из аустенитного сплава марок 1-9 одно или более из F1-F4 не удовлетворяли формулам (1)-(4). Точнее говоря, величина F1 марки 1 была менее чем 0,90. Причиной этого, как предполагают, является то, как описано ниже. Черновая труба марки 1 удлинялась в осевом направлении путем холодного волочения, поэтому вследствие эффекта Баушингера предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы становился чрезмерно ниже, чем предел текучести YSLT в осевом направлении трубы.
Величина F1 и величина F4 марок 2 и 3 были менее чем 0,90, а их величина F2 превышала 1,11. Черновые трубы марок 2 и 3 подвергали воздействию только холодной прокатки. Черновая труба во время холодной прокатки деформировалась растяжением в осевом направлении и деформировался сжатием в периферийном направлении. В частности, сжимающая деформация в периферийном направлении черновой трубы при холодной прокатке больше, чем она же при холодном волочении. Для марок 2 и 3 вследствие эффекта Баушингера предел текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы становился чрезмерно ниже, чем предел текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы, а предел текучести при растяжении YSCT в периферийном направлении трубы становился чрезмерно ниже, чем предел текучести при сжатии YSCC в периферийном направлении трубы. Поэтому полагают, что формулы (1), (2) и (4) не удовлетворялись.
Для марок 4 и 5 величина F1 и величина F4 не удовлетворяли формулам (2) и (4) соответственно. Полагают, что путем осуществления правки предел прочности при сжатии YSLC в осевом направлении трубы улучшался; однако анизотропия пределов текучести в периферийном направлении трубы не улучшалась, так что формулы (2) и (4) не были удовлетворены.
Для марок 6-9 величина F1 не удовлетворяла формуле (1). Полагают, что хотя предел текучести при сжатии в осевом направлении трубы улучшался путем низкотемпературной термообработки, величина F1 не привела к удовлетворению формулы (1).
Выше приведено объяснение варианта осуществления настоящего изобретения. Вариант осуществления является всего лишь иллюстрацией для воплощения изобретения. Поэтому настоящее изобретение не ограничивается вариантом осуществления, и вариант осуществления может быть воплощен, будучи измененным подходящим образом, без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Труба из аустенитного сплава в соответствии с настоящим изобретением может широко применяться в качестве труб нефтепромыслового сортамента. Главным образом она может применяться в качестве обсадных труб и насосно-компрессорных труб.
1. Труба из аустенитного сплава, характеризующаяся пределом текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы, пределом текучести при сжатии YSLC в осевом направлении трубы, пределом текучести при растяжении YSCT в окружном направлении трубы и пределом текучести при сжатии YSCC в окружном направлении трубы, которые удовлетворяют уравнениям (1)-(4):
0,90≤YSLC/YSLT≤1,11 (1)
0,90≤YSCC/YSCT≤1,11 (2)
0,90≤YSCC/YSLT≤1,11 (3)
0,90≤YSCT/YSLT≤1,11 (4),
при этом предел текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы составляет по меньшей мере 689,1 МПа.
2. Труба по п. 1, характеризующаяся тем, что она выполнена из сплава, содержащего, в мас.%, С не более 0,03, Si не более 1,0, Мn 0,3-5,0, Ni 23-52, Cr 20-30, N 0,005-0,50, Mo не более 9 и Cu не более 3, остальное - Fe и примеси.
3. Труба по п. 2, характеризующаяся тем, что сплав дополнительно содержит, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, в мас.%: Ca не более 0,01, Mg не более 0,01 и РЗМ не более 0,20.
4. Труба по любому из пп. 1-3, характеризующаяся тем, что она подвергнута холодной деформации, правке и низкотемпературной термической обработке при 300-550°C.
5. Труба по п. 4, характеризующаяся тем, что она подвергнута низкотемпературной термической обработке после правки.
6. Способ производства трубы из аустенитного сплава, включающий
получение черновой трубы из аустенитного сплава,
холодную деформацию черновой трубы, правку и низкотемпературную термическую обработку при 300-550°C с обеспечением предела текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы по меньшей мере 689,1 МПа, при этом предел текучести при растяжении YSLT в осевом направлении трубы, предел текучести при сжатии YSLC (МПа) в осевом направлении трубы, предел текучести при растяжении YSCT (МПа) в окружном направлении трубы и предел текучести при сжатии YSCC (МПа) в окружном направлении удовлетворяют уравнениям (1)-(4):
0,90≤YSLC/YSLT≤1,11 (1)
0,90≤YSCC/YSCT≤1,11 (2)
0,90≤YSCC/YSLT≤1,11 (3)
0,90≤YSCT/YSLT≤1,11 (4)
7. Способ по п. 6, в котором черновую трубу подвергают низкотемпературной термообработке после правки.
8. Способ по п. 6 или 7, в котором черновую трубу получают из сплава, содержащего в мас.%: С не более 0,03, Si не более 1,0, Mn 0,3-5,0, Ni 23-52, Cr 20-30, N 0,005-0,50, Mo не более 9, Cu не более 3, остальное - Fe и примеси.
9. Способ по п. 8, в котором трубу получают из сплава, содержащего дополнительно по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, в мас.%: Ca не более 0,01, Mg не более 0,01 и РЗМ не более 0,20%.
