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

Авторы патента:

Тихонцева Надежда Тахировна (RU)

Пышминцев Игорь Юрьевич (RU)

Грехов Александр Игоревич (RU)

Овчинников Дмитрий Владимирович (RU)

Жукова Светлана Юльевна (RU)

Мануйлова Ирина Ивановна (RU)

Битюков Сергей Михайлович (RU)

Софрыгина Ольга Андреевна (RU)

C22C38/54 - с бором

C22C38/46 - с ванадием

C22C38/32 - с бором

C22C38/24 - с ванадием

Владельцы патента RU 2564191:

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

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

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

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

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

углерод	0,31-0,34,
кремний	0,30-0,45,
марганец	0,75-0,95,
ниобий	0,045-0,100,
ванадий	0,001-0,080,
бор	0,002-0,004,
алюминий	0,005-0,006,
титан	0,010-0,045,
хром	1,10-1,50,
сера	0,001-0,045,
фосфор	0,001-0,045,
азот не более	0,012,
никель не более	0,50,
медь не более	0,20;
остальное	железо;

при содержании суммы [хром] + [ванадий] + [ниобий], равной 1,15-1,70% (пат. РФ №2352647, опубл. 20.04.2009).

Недостатком данного состава является возможность применения только для труб в обычном исполнении, состав не применим для условий коррозионного воздействия со стороны сред, содержащих сероводород и углекислый газ. Кроме того, бор в количестве 0,002-0,004% оказывает отрицательное влияние на прокаливаемость с повышением температуры аустенитизации за счет увеличения его растворимости и выделения избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита, что приводит к снижению вязкопластических свойств в высокопрочном состоянии из-за охрупчивающего влияния борсодержащей фазы на границах зерен. А введение сильных карбидообразующих элементов, таких как ванадий 0,001-0,080%, ниобий 0,045-0,100%, требует повышенных температур нагрева при аустенитизации.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение коррозионной стойкости металла труб в средах, содержащих сероводород (при парциальном давлении H₂S до 2 атм) и углекислый газ (при парциальном давлении CO₂ до 1 атм), с достижением уровня прочностных свойств (предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа), соответствующих группам прочности L80, C90, T95, C110 по отечественным нормативным стандартам и международному стандарту API Spec 5CT/ISO 11961 (уровни приемки PSL-1, 2, 3).

Указанный результат достигается тем, что труба выполнена из стали, стойкой к коррозии в среде с содержанием сероводорода и углекислого газа, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, алюминий, серу, фосфор, азот, бор, титан, железо и неизбежные примеси, содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%):

углерод	0,21-0,28
кремний	0,15-0,45
марганец	0,50-0,95
хром	0,80-1,30
молибден	0,25-0,45
никель не более	0,50
медь не более	0,30
алюминий	0,015-0,050
сера не более	0,010
фосфор не более	0,015
азот не более	0,012
бор	0,001-0,004
титан не более	0,045
железо и неизбежные примеси	остальное

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

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

углерод	0,21-0,28
кремний	0,15-0,45
марганец	0,50-0,95
хром	0,80-1,30
молибден	0,25-0,45
никель не более	0,50
медь не более	0,30
алюминий	0,015-0,050
сера не более	0,010
фосфор не более	0,015
азот не более	0,012
ванадий	0,03-0,08
железо и неизбежные примеси	остальное

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

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

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

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

Хром (0,80-1,30) оказывает положительный эффект на повышение прокаливаемости, который проявляется с некоторого его минимального содержания в стали, как правило, в пределах от 1,10% до 1,50%. Еще большее влияние хром оказывает в присутствии сильных карбидообразующих элементов, таких как молибден, титан, ванадий, за счет повышения их содержания в твердом растворе при аустенитизации. Также хром оказывает положительное влияние на стойкость против язвенной углекислотной коррозии за счет обогащения продуктов коррозии и образования защитного слоя на поверхности раздела металл - среда.

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

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

Титан (0,015-0,045) фиксирует азот в стали в виде нитридов и обеспечивает присутствие бора в активной форме, то есть в твердом растворе при закалке, что требуется для достижения высокой прокаливаемости. Чтобы получить эти эффекты необходимо введение титана как минимум на уровне 0,005%. Верхнее ограничение содержания титана необходимо для предотвращения образования крупных нитридов в структуре.

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

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

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

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

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

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

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

углерод	0,21-0,28
кремний	0,15-0,45
марганец	0,50-0,95
хром	0,80-1,30
молибден	0,25-0,45
никель	не более 0,50
медь	не более 0,30
алюминий	0,015-0,050
сера	не более 0,010
фосфор	не более 0,015
азот	не более 0,012
бор	0,001-0,004
титан	не более 0,045
железо и неизбежные примеси	остальное

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

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

углерод	0,21-0,28
кремний	0,15-0,45
марганец	0,50-0,95
хром	0,80-1,30
молибден	0,25-0,45
никель	не более 0,50
медь	не более 0,30
алюминий	0,015-0,050
сера	не более 0,010
фосфор	не более 0,015
азот	не более 0,012
ванадий	0,03-0,08
железо и неизбежные примеси	остальное

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе железа, используемых для изготовления изделий, работающих длительное время в условиях повышенных температур.

Прокат круглого поперечного сечения для изготовления высокопрочного крепежа // 2562719

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве сортового проката круглого сечения для изготовления высокопрочного крепежа холодной осадкой.

Жаропрочная сталь мартенситного класса // 2558738

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, применяемым в энергетической промышленности в качестве конструкционных материалов для производства котлов, роторов и другого оборудования тепловых электростанций нового поколения, работающих при температуре до 640°C.

Высокопрочная хладостойкая бейнитная сталь // 2555306

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

Способ производства горячекатаного плоского стального проката // 2554265

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

Бурильная труба высокопрочная // 2552796

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для изготовления бурильных труб. Труба выполнена из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,28-0,34, кремний 0,15-0,45, марганец 0,65-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,10-0,20, никель не более 0,50, медь не более 0,30, титан 0,015-0,045, бор 0,001-0,004, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси остальное.

Горячекатаный стальной лист и соответствующий способ изготовления // 2551727

Изобретение к производству горячекатаных стальных листов. Лист изготовлен из стали, содержащей, мас.%: 0,040≤С<0,065, 1,4≤Mn≤1,9, 0,1≤Si≤0,55, 0,095≤Ti≤0,145, 0,025≤Nb≤0,045, 0,005≤A1≤0,1, 0,002≤N≤0,007, S≤0,004, P<0,020, железо и неизбежные примеси - остальное.

Способ производства горячекатаного проката повышенной прочности // 2547087

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей большегрузных автомобилей, подъемно-транспортных механизмов и сельскохозяйственных машин методом штамповки, гибки и профилирования.

Малолегированная аустенитная нержавеющая сталь // 2547064

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу аустенитной нержавеющей стали. Сталь содержит, мас.%: до 0,20 С, 2,0-9,0 Мn, до 2,0 Si, 15,0-23,0 Сr, 3,0-6,0 Ni, 0,5-1,0 Мо, 0,05-0,35 N, (7,5(%С))≤(%Nb+%Ti+%V+%Та+%Zr)≤1,5, 0,0005-0,01 В, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Жаропрочная коррозионностойкая сталь // 2543583

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным коррозионностойким сталям, используемым в атомной энергетике и машиностроении в установках, эксплуатирующихся длительное время при температурах 500-600°C.

Высокопрочная хладостойкая сталь // 2562734

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении.

Труба нефтяная горячедеформированная // 2555309

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

Двухслойный стальной листовой прокат и изделие, выполненное из него // 2532755

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.

Сталь // 2532662

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, применяемым для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют азотированием.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки // 2530095

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

Высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь // 2510424

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

Способ производства штрипсов // 2499843

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

Сталь, способ изготовления стальной заготовки и способ изготовления детали из этой стали // 2496907

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

Низкоуглеродистая низколегированная сталь для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката // 2495148

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали.

Горячештампованное изделие, способ изготовления горячештампованного изделия, энергопоглощающий элемент и способ изготовления энергопоглощающего элемента // 2562654

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств.