[go: up one dir, main page]

RU2188874C1 - High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines - Google Patents

High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2188874C1
RU2188874C1 RU2001105858A RU2001105858A RU2188874C1 RU 2188874 C1 RU2188874 C1 RU 2188874C1 RU 2001105858 A RU2001105858 A RU 2001105858A RU 2001105858 A RU2001105858 A RU 2001105858A RU 2188874 C1 RU2188874 C1 RU 2188874C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
nickel
pipelines
corrosion
equivalent
Prior art date
Application number
RU2001105858A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Г. Азбукин
Е.Н. Башаева
В.Н. Павлов
Г.П. Карзов
Г.Н. Филимонов
Б.И. Бережко
И.С. Осипова
Н.А. Минченко
Р.П. Крылова
А.А. Хохлов
И.В. Кудрявцева
О.Г. Попов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority to RU2001105858A priority Critical patent/RU2188874C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2188874C1 publication Critical patent/RU2188874C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: steelmaking. SUBSTANCE: steel contains, wt %: carbon 0.05-0.10, silicon 0.3- 0.6, manganese 1.0-1.5, chromium 14.0-16.0, nickel 3.5-4.5, molybdenum 1.5-2.0, titanium 0.15-0.35, aluminum 0.02- 0.05, nitrogen 0.01-0.05, and iron - the balance. Ratio of nickel equivalent to chromium equivalent is expressed by following equation: Ni/Cr = [30(C+N)+Ni + 1.5Mn]/(Cr + Mo + 1.55Si + 4Ti + 3.5Al) and lies between 0.4 and 0.55. Content of trace elements do not exceed following values, wt %: sulfur 0.02, phosphorus 0.02, and copper 0.2. Steel can be used for pipelines operated in undersea production of minerals and oil. EFFECT: increased resistance against crevice and pitting corrosion, hydroabrasive wear at preserved level of resistance against intercrystallite corrosion, and corrosion cracking. 2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области производства легированных сталей, применяемых для изготовления трубопроводов (труб и арматуры), работающих в морской воде с твердыми частицами и нефтепродуктами в оборудовании для добычи полезных ископаемых и нефти со дна мирового океана. The invention relates to the production of alloy steels used for the manufacture of pipelines (pipes and fittings) operating in sea water with solid particles and oil products in equipment for the extraction of minerals and oil from the bottom of the oceans.

В настоящее время наибольшее применение в качестве материала для трубопроводов транспортировки нефти при добыче на платформах в Северном море и в районах шельфа находят аустенитно-ферритные хромоникелевые стали с молибденом типа Х25Н5МЗ. Currently, austenitic-ferritic chromium-nickel steels with molybdenum of the X25N5MZ type are most widely used as materials for oil transportation pipelines during production on platforms in the North Sea and in the shelf areas.

В качестве перспективных сталей рассматриваются стали с регулируемым фазовым превращением типа 17-4РН и 07Х16Н4Б. As promising steels, steels with controlled phase transformation of the 17-4РН and 07Х16Н4Б types are considered.

Наиболее близкой по составу является высокопрочная коррозионно-стойкая сталь по патенту ФРГ DE 2616599 В2, опубликованному 21.10.1977, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,001-0,12
Кремний - 0,2-1,5
Марганец - 0,5-8,0
Хром - 12,0-30,0
Никель - 2,0-16,0
Молибден - 0,1-5,0
Титан - 0,01-1,2
Ниобий - 0,01-1,6
Медь - 0,01-3,5
Азот - 0,01-0,35
Железо - Отальное
Известная сталь в пределах своего химического состава имеет нестабильную структуру (может изменяться от аустенитного до мартенситного класса). В связи с этим известная сталь в диапазоне содержания легирующих элементов, близком к пределам легирующих элементов предлагаемой стали, может обладать пониженной стойкостью к межкристаллитной коррозии, коррозионному растрескиванию и гидроабразивному износу, а также пониженной вязкостью разрушения.
The closest in composition is high-strength corrosion-resistant steel according to the patent of Germany DE 2616599 B2, published 10/21/1977, containing, wt.%:
Carbon - 0.001-0.12
Silicon - 0.2-1.5
Manganese - 0.5-8.0
Chrome - 12.0-30.0
Nickel - 2.0-16.0
Molybdenum - 0.1-5.0
Titanium - 0.01-1.2
Niobium - 0.01-1.6
Copper - 0.01-3.5
Nitrogen - 0.01-0.35
Iron - Otalnoe
Known steel within its chemical composition has an unstable structure (can vary from austenitic to martensitic class). In this regard, the known steel in the range of alloying elements close to the limits of the alloying elements of the proposed steel may have reduced resistance to intergranular corrosion, corrosion cracking and waterjet wear, as well as reduced fracture toughness.

Задачей изобретения является создание высокопрочной коррозионно-стойкой свариваемой стали, обладающей высокой стойкостью против гидроабразивного износа, межкристаллитной коррозии, коррозионного растрескивания, а также обладающей высокой вязкостью разрушения. The objective of the invention is to provide a high-strength corrosion-resistant weldable steel with high resistance against hydroabrasive wear, intergranular corrosion, corrosion cracking, and also having high fracture toughness.

Поставленная задача достигается следующим соотношением компонентов, мас. %:
Углерод - 0,05-0,10
Кремний - 0,3-0,6
Марганец - 1,0-1,5
Хром - 14,0-16,0
Никель - 3,5-4,5
Молибден - 1,5-2,0
Титан - 0,15-0,35
Алюминий - 0,05-0,2
Азот - 0,01-0,05
Железо - Остальное
При этом отношение никелевого эквивалента, определенного по формуле Niэкв= 30(C+N)+Ni+1,5Мn, к хромовому эквиваленту, определенному по формуле Сrэкв= Сr+Мо+l, 5Si+4Ti+3,5А1, должно находиться в пределах Niэкв/Сrэкв= 0,40-0,55, а содержание примесных элементов не должно превышать следующих значений маc.%: сера ≤ 0,02, фосфор ≤ 0,03, медь ≤ 0,2.
The task is achieved by the following ratio of components, wt. %:
Carbon - 0.05-0.10
Silicon - 0.3-0.6
Manganese - 1.0-1.5
Chrome - 14.0-16.0
Nickel - 3.5-4.5
Molybdenum - 1.5-2.0
Titanium - 0.15-0.35
Aluminum - 0.05-0.2
Nitrogen - 0.01-0.05
Iron - Else
In this case, the ratio of the nickel equivalent determined by the formula Ni equiv = 30 (C + N) + Ni + 1.5Mn to the chromium equivalent determined by the formula Cr equiv = Cr + Mo + l, 5Si + 4Ti + 3.5A1 should be in the range of Ni equiv / Cr equiv = 0.40-0.55, and the content of impurity elements should not exceed the following values wt.%: sulfur ≤ 0.02, phosphorus ≤ 0.03, copper ≤ 0.2.

При этом устанавливается оптимальное соотношение никелевого эквивалента к хромовому эквиваленту в пределах Niэкв/Сrэкв=0,40-0,55, что обеспечивает стойкость стали против межкристаллитной коррозии и технологичность при сварке. Так как при соотношении Niэкв/Сrэкв<0,40 снижается стойкость стали к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию, а при соотношении Niэкв/Сrэкв>0,55 ухудшается стойкость стали против гидроабразивного износа.In this case, the optimal ratio of nickel equivalent to chromium equivalent is established within Ni equiv / Cr equiv = 0.40-0.55, which ensures the resistance of steel against intergranular corrosion and manufacturability in welding. Since at a ratio of Ni equiv / Cr equiv <0.40, the resistance of steel to intergranular corrosion and corrosion cracking decreases, and at a ratio of Ni equiv / Cr equiv > 0.55, the resistance of steel against hydroabrasive wear deteriorates.

Легирование титаном (в отсутствии ниобия) при производстве заготовок ограниченной массы экономически обосновано и в пределах 0,15-0,35% полностью выполняет функцию по обеспечению стойкости стали против межкристаллитной коррозии. Alloying with titanium (in the absence of niobium) in the production of billets of limited mass is economically feasible and, within 0.15-0.35%, fully performs the function of ensuring the resistance of steel against intergranular corrosion.

Наличие в заявляемой композиции добавок азота в указанном соотношении с углеродом и другими элементами улучшает ее структурную стабильность, способствует образованию при отпуске в достаточном количестве карбидных и нитридных фаз, термодинамически устойчивых в широком интервале температур технологических и сварочных нагревов, что способствует снижению структурной неоднородности и повышает сопротивление металла хрупкому разрушению в условиях статического и динамического нагружения. При этом обеспечение требуемого уровня прочностных и пластических свойств стали в состоянии после закалки и высокого отпуска достигается за счет формирования устойчивой дислокационной структуры, определяющей число активных плоскостей скольжения в процессе пластической деформации. The presence in the inventive composition of nitrogen additives in the indicated ratio with carbon and other elements improves its structural stability, promotes the formation of carbide and nitride phases thermally stable during the tempering in a wide range of temperatures of technological and welding heating, which helps to reduce structural heterogeneity and increases resistance brittle fracture metal under static and dynamic loading. At the same time, ensuring the required level of strength and plastic properties of steel in the state after quenching and high tempering is achieved by forming a stable dislocation structure that determines the number of active slip planes in the process of plastic deformation.

Важное значение для высокопрочных сталей мартенситного класса имеют форма и размер неметаллических включений. Наличие оставшегося алюминия обусловлено необходимостью регулирования формы и дисперсности образующихся избыточных фаз, в частности сфероидизацией оксидов и сульфидов. Кроме того, наличие алюминия снижает чувствительность металла к флокенообразованию и существенно улучшает технологичность заявляемой стали на стадии металлургического передела и сварки, повышая выход годного при получении полуфабрикатов и поковок. The shape and size of non-metallic inclusions are important for high-strength steels of the martensitic class. The presence of the remaining aluminum is due to the need to control the shape and dispersion of the formed excess phases, in particular the spheroidization of oxides and sulfides. In addition, the presence of aluminum reduces the sensitivity of the metal to flock formation and significantly improves the manufacturability of the inventive steel at the stage of metallurgical redistribution and welding, increasing the yield when obtaining semi-finished products and forgings.

Ограничение содержания примесей обеспечивает стойкость стали против межкристаллитной коррозии и технологичность при горячем переделе и сварке. The limitation of the content of impurities ensures the resistance of steel against intergranular corrosion and manufacturability during hot processing and welding.

Выбор системы комплексного легирования заявляемой композиции предусматривает пониженную температуру начала образования аустенита при нагреве закаленной стали. В связи с этим оптимальной температурой отпуска заявляемой стали является температура 620oС, а получаемые в результате такого отпуска повышенные механические свойства увеличивают стойкость ее против гидроабразивного износа.The choice of a complex alloying system of the claimed composition provides for a lower temperature for the onset of austenite formation upon heating of hardened steel. In this regard, the optimal tempering temperature of the inventive steel is a temperature of 620 o C, and the resulting mechanical properties increased mechanical properties increase its resistance to waterjet wear.

В лабораторных электродуговых печах были выплавлены опытные плавки (табл. 1) с содержанием легирующих элементов на нижнем (плавка 1), среднем (плавка 2) и верхнем (плавка 3) пределах заявляемой композиции. In laboratory electric arc furnaces, experimental melts were melted (Table 1) with alloying elements on the lower (melting 1), middle (melting 2) and upper (melting 3) limits of the claimed composition.

Результаты определения необходимых механических и служебных свойств стали и ее сварных соединений как материала для изготовления трубопроводов, работающих в морской воде, представлены в табл. 2 и 3. The results of determining the necessary mechanical and service properties of steel and its welded joints as a material for the manufacture of pipelines operating in sea water are presented in table. 2 and 3.

Исследования свойств проводились на материале, термически обработанном по режимам: закалка 1080oС, отпуск 620oС.Studies of the properties were carried out on a material thermally processed according to the following modes: quenching 1080 o C, tempering 620 o C.

Сварка производилась аргонодуговым способом с применением в качестве присадки прутков из заявляемой стали (сварные соединения подвергались высокому отпуску). Welding was carried out by the argon-arc method using rods of the inventive steel as an additive (welded joints were subjected to high tempering).

Испытания показали, что заявляемая сталь и ее сварные соединения обладают высокой стойкостью против гидроабразивного износа, межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания, а также имеют высокую вязкость разрушения. Tests have shown that the inventive steel and its welded joints are highly resistant to waterjet wear, intergranular corrosion and corrosion cracking, and also have a high fracture toughness.

Заявляемая сталь представляет собой конкурентоспособный на мировом уровне материал для изготовления сварных трубопроводов добычи полезных ископаемых, нефти и газа со дна мирового океана. The inventive steel is a globally competitive material for the manufacture of welded pipelines for the extraction of minerals, oil and gas from the bottom of the oceans.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования новой марки стали выразится в повышении эксплуатационной надежности и безопасности, а также общего ресурса работы создаваемых трубопроводов. The expected technical and economic effect of the use of the new steel grade will be expressed in increasing the operational reliability and safety, as well as the overall life of the pipelines being created.

Литература
1. Гост 5632 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные", 1977, стр.6,7 (прототип).
Literature
1. GOST 5632 "High-alloy steels and alloys corrosion-resistant, heat-resistant and heat-resistant", 1977, p.6.7 (prototype).

2. Коррозионно-стойкие стали и сплавы для оборудования и трубопроводов АЭС. Киев: Наукова Дума, 1983, 144 стр. 2. Corrosion-resistant steels and alloys for equipment and pipelines of nuclear power plants. Kiev: Naukova Duma, 1983, 144 pp.

3. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭГ-7-008-89. 3. Rules for the design and safe operation of equipment and pipelines of nuclear power plants PNAEG-7-008-89.

Claims (1)

1. Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь для трубопроводов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, азот и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод - 0,05 - 0,10
Кремний - 0,3 - 0,6
Марганец - 1,0 - 1,5
Хром - 14,0 - 16,0
Никель - 3,5 - 4,5
Молибден - 1,5 - 2,0
Титан - 0,15 - 0,35
Алюминий - 0,02 - 0,05
Азот - 0,01 - 0,05
Железо - Остальное
при этом отношение никелевого эквивалента (Niэкв) к хромовому эквиваленту (Сrэкв) находится в пределах
Figure 00000001

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание примесных элементов серы фосфора и меди не превышает следующих значений, мас. %:
Сера - ≤0,02
Фосфор - ≤0,02
Медь - ≤0,2
1. High strength corrosion-resistant welded steel for pipelines, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, titanium, nitrogen and iron, characterized in that it additionally contains aluminum in the following ratio of components, wt. %:
Carbon - 0.05 - 0.10
Silicon - 0.3 - 0.6
Manganese - 1.0 - 1.5
Chrome - 14.0 - 16.0
Nickel - 3.5 - 4.5
Molybdenum - 1.5 - 2.0
Titanium - 0.15 - 0.35
Aluminum - 0.02 - 0.05
Nitrogen - 0.01 - 0.05
Iron - Else
the ratio of Nickel equivalent (Ni equiv ) to the chromium equivalent (Cr equivalent ) is within
Figure 00000001

2. Steel under item 1, characterized in that the content of impurity elements of sulfur of phosphorus and copper does not exceed the following values, wt. %:
Sulfur - ≤0.02
Phosphorus - ≤0.02
Copper - ≤0.2
RU2001105858A 2001-03-01 2001-03-01 High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines RU2188874C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105858A RU2188874C1 (en) 2001-03-01 2001-03-01 High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105858A RU2188874C1 (en) 2001-03-01 2001-03-01 High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2188874C1 true RU2188874C1 (en) 2002-09-10

Family

ID=20246765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001105858A RU2188874C1 (en) 2001-03-01 2001-03-01 High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2188874C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263155C1 (en) * 2004-08-12 2005-10-27 Зао "Ижевский Опытно-Механический Завод" High-strength stainless steel
RU2363877C2 (en) * 2004-12-07 2009-08-10 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Pipe made of martensite stainless steel for oil wells
RU2451763C2 (en) * 2006-07-20 2012-05-27 Актех Гмбх Stainless austenitic cast steel, method of production and use thereof
US9090957B2 (en) 2004-12-07 2015-07-28 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Martensitic stainless steel oil country tubular good

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU648649A1 (en) * 1975-08-08 1979-02-25 Uralsky Zavod Tyazhelovo Mashi Steel
SU815069A1 (en) * 1979-01-05 1981-03-23 Научно-Производственное Объединениепо Технологии Машиностроения Цниитмаш Stainless steel
DE2616599B2 (en) * 1976-04-13 1981-03-26 Mannesmann AG, 40213 Düsseldorf Use of a high-alloy steel for the manufacture of high-strength objects that are resistant to acid gas corrosion
US4299623A (en) * 1979-11-05 1981-11-10 Azbukin Vladimir G Corrosion-resistant weldable martensitic stainless steel, process for the manufacture thereof and articles
SU949014A1 (en) * 1981-01-12 1982-08-07 Предприятие П/Я М-5481 Composition of steel
US4374680A (en) * 1979-11-05 1983-02-22 Azbukin Vladimir G Corrosion-resistant weldable martensitic stainless steel, process for the manufacture thereof and articles
SU1664868A1 (en) * 1989-08-07 1991-07-23 Институт проблем литья АН УССР Erosion resistant steel
RU2071989C1 (en) * 1993-07-22 1997-01-20 Московский институт стали и сплавов Steel (its variants)

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU648649A1 (en) * 1975-08-08 1979-02-25 Uralsky Zavod Tyazhelovo Mashi Steel
DE2616599B2 (en) * 1976-04-13 1981-03-26 Mannesmann AG, 40213 Düsseldorf Use of a high-alloy steel for the manufacture of high-strength objects that are resistant to acid gas corrosion
SU815069A1 (en) * 1979-01-05 1981-03-23 Научно-Производственное Объединениепо Технологии Машиностроения Цниитмаш Stainless steel
US4299623A (en) * 1979-11-05 1981-11-10 Azbukin Vladimir G Corrosion-resistant weldable martensitic stainless steel, process for the manufacture thereof and articles
US4374680A (en) * 1979-11-05 1983-02-22 Azbukin Vladimir G Corrosion-resistant weldable martensitic stainless steel, process for the manufacture thereof and articles
SU949014A1 (en) * 1981-01-12 1982-08-07 Предприятие П/Я М-5481 Composition of steel
SU1664868A1 (en) * 1989-08-07 1991-07-23 Институт проблем литья АН УССР Erosion resistant steel
RU2071989C1 (en) * 1993-07-22 1997-01-20 Московский институт стали и сплавов Steel (its variants)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 5632-72, сталь 07Х16Н4Б. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2263155C1 (en) * 2004-08-12 2005-10-27 Зао "Ижевский Опытно-Механический Завод" High-strength stainless steel
RU2363877C2 (en) * 2004-12-07 2009-08-10 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Pipe made of martensite stainless steel for oil wells
US9090957B2 (en) 2004-12-07 2015-07-28 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Martensitic stainless steel oil country tubular good
RU2451763C2 (en) * 2006-07-20 2012-05-27 Актех Гмбх Stainless austenitic cast steel, method of production and use thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102058602B1 (en) Manufacturing method of welding material for ferritic heat resistant steel, welding joint for ferritic heat resistant steel and welding joint for ferritic heat resistant steel
AU2017266359B2 (en) Steel bar for downhole member and downhole member
US6793744B1 (en) Martenstic stainless steel having high mechanical strength and corrosion
KR20130121755A (en) Steel for stream turbine blade with excellent strength and toughness
KR20180052111A (en) Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same
JPH10251809A (en) High toughness ferritic heat resistant steel
EP0770696B1 (en) High strength and high toughness heat resisting steel and its manufacturing method
EP2803741B1 (en) Method of post weld heat treatment of a low alloy steel pipe
SE528454C3 (en) Extractable curable martensitic stainless steel including titanium sulfide
RU2188874C1 (en) High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines
AU683389B2 (en) Cavitation resistant fluid impellers and method of making same
SE411227B (en) STABLE ALLOY
RU2122600C1 (en) High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines
CN103981437B (en) Alloy steel with high strength and high toughness, preparation method and application thereof to steel structure
RU2149206C1 (en) Refractory alloy
RU2149210C1 (en) Refractory alloy
JP2948324B2 (en) High-strength, high-toughness heat-resistant steel
JPH1036944A (en) Martensitic heat resistant steel
RU2100470C1 (en) Steel
CA3024661C (en) Method for producing a steel material, and steel material
RU2716922C1 (en) Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen
RU2782832C1 (en) High-strength low-magnetic non-stabilized weldable steel, resistant to local corrosion in zones of thermal affect of welding and prolonged heating in the area of hazardous temperatures
JPS61272316A (en) Manufacture of high tension steel having more than 100kgf/mm2 yield strength and superior in stress corrosion cracking resistance
RU2700440C1 (en) Austenitic-ferritic stainless steel
Kumar et al. Comparative study on tempering response of martensitic grade AISI-420 stainless steels with varying carbon content

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090302