[go: up one dir, main page]

RU2635205C2 - Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали - Google Patents

Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали Download PDF

Info

Publication number
RU2635205C2
RU2635205C2 RU2016100273A RU2016100273A RU2635205C2 RU 2635205 C2 RU2635205 C2 RU 2635205C2 RU 2016100273 A RU2016100273 A RU 2016100273A RU 2016100273 A RU2016100273 A RU 2016100273A RU 2635205 C2 RU2635205 C2 RU 2635205C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
corrosion
tempering
content
resistant steel
Prior art date
Application number
RU2016100273A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016100273A (ru
Inventor
Игорь Юрьевич Пышминцев
Сергей Михайлович Битюков
Константин Анатольевич Лаев
Вячеслав Алексеевич Гагаринов
Надежда Тахировна Тихонцева
Евгений Михайлович Засельский
Светлана Юльевна Жукова
Ирина Ивановна Мануйлова
Ольга Андреевна Софрыгина
Евгений Сергеевич Ярулин
Елена Олеговна Ковалькова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ")
Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ")
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 Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ"), Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") filed Critical Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ")
Priority to RU2016100273A priority Critical patent/RU2635205C2/ru
Publication of RU2016100273A publication Critical patent/RU2016100273A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2635205C2 publication Critical patent/RU2635205C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству обсадных и насосно-компрессорных труб из коррозионно-стойкой стали, эксплуатируемых на месторождениях для добычи нефти и газа с высокой концентрацией диоксида углерода в составе перекачиваемой среды, расположенных в холодных макроклиматических районах. Для обеспечения высокой ударной вязкости при температуре минус 60°С и удовлетворительной коррозионной стойкости труб групп прочности от L80 до R95 по ГОСТ Ρ 53366-2009 её изготавливают из коррозионно-стойкой стали мартенситного класса, содержащей, мас.%: углерод 0,12-0,17, кремний 0,15-0,50, марганец 0,30-0,90, хром 12,00-14,00, никель 1,80-2,20, медь не более 0,25, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,010, фосфор не более 0,020, азот не более 0,020, железо - остальное. Труба подвергнута закалке от 920 до 1020°С, второй закалке из межкритического интервала температур от 700 до 830°С и отпуску в интервале температур от 560 до 690°С. 3 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству обсадных и насосно-компрессорных труб из коррозионно-стойкой стали, эксплуатируемых на месторождениях для добычи нефти и газа с высокой концентрацией диоксида углерода в составе перекачиваемой среды, расположенных в холодных макроклиматических районах.
Для нефтяных и газовых месторождений с высокой концентрацией диоксида углерода (СO2) в составе перекачиваемой среды применяют трубы, изготовленные из коррозионно-стойких сталей мартенситного класса, например:
- с содержанием хрома 12-16 мас. % (патент РФ №2323982, C21D 9/08, 1/76, опубл. 10.05.2008);
- с содержанием хрома 10,5-14 мас. % (патент РФ №2279486, C21D 6/00, С22С 38/50, 38/46, опубл. 10.07.2006);
- с содержанием хрома 7-15 мас. % (патент США №6159311, С22С 38/38, 38/40, C21D 7/00, опубл. 12.12.2000);
- с содержанием хрома 11,5-13,5 мас. % (патент США №8021502, C21D 9/14, 8/10, опубл. 20.09.2011).
Недостатками труб, изготовленных из указанных марок сталей, являются их низкая хладостойкость, оцениваемая по значениям ударной вязкости при температуре испытания минус 60°С (KCV-60°C должна быть не менее 70 Дж/см2 в соответствии с требованиями СТО Газпром 2-4.1-228-2008 «Технические требования к насосно-компрессорным трубам для месторождений ОАО «Газпром» / М.: ООО «ИРЦ Газпром», 32 с.) или высокая стоимость (трубы из низкоуглеродистых сталей класса супер 13Сr дополнительно легированы никелем и молибденом).
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является обсадная или насосно-компрессорная труба группы прочности L80 тип 13Сr (предел текучести от 552 до 655 МПа), выполненная по ГОСТ Ρ 53366-2009 (ISO11960:2004) «Трубы стальные, применяемые в качестве обсадных или насосно-компрессорных труб для скважин в нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия» / М.: Стандартинформ, 2010, 195 с. Труба изготовлена из стали, содержащей (мас. %): углерод 0,15-0,22; марганец 0,25-1,00; хром 12,0-14,0; никель не более 0,50; медь не более 0,25; сера не более 0,010; фосфор не более 0,020; кремний не более 1,00. Труба подвергнута следующей термической обработке: закалке от температуры аустенитизации (допускается охлаждение на воздухе) и отпуску при температуре не ниже 593°С.
Труба обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в среде, содержащей диоксид углерода, однако ее недостатком является низкая хладостойкость, связанная с высоким содержанием углерода и, как следствие, повышенной объемной долей карбидных фаз в структуре стали. При увеличении прочностных свойств до группы прочности R95 (предел текучести от 655 до 758 МПа) ударная вязкость трубы при температуре испытания минус 60°С становится еще ниже, что не позволяет применять ее на нефтегазовых месторождениях, расположенных в холодных макроклиматических районах.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении хладостойкости труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали групп прочности от L80 до R95 по ГОСТ Ρ 53366-2009.
Поставленная задача решается за счет того, что труба нефтяного сортамента, выполненная из коррозионно-стойкой стали мартенситного класса, подвергнутая закалке и отпуску, согласно изобретению, она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас. %:
углерод 0,12-0,17;
кремний 0,15-0,50;
марганец 0,30-0,90;
хром 12,00-14,00;
никель 1,80-2,20;
сера не более 0,010;
фосфор не более 0,020;
алюминий 0,02-0,05;
медь не более 0,25;
азот не более 0,020;
железо и неизбежные примеси - остальное, при этом перед отпуском труба подвергнута второй закалке из межкритического интервала температур от 700 до 830°С. Кроме того, труба подвергнута отпуску в интервале температур от 560 до 690°С.
Предлагаемые соотношения химических элементов в стали и режим термической обработки определяются следующими факторами.
Содержание углерода в предлагаемых пределах обеспечивает требуемый уровень прочностных свойств труб после проведения термической обработки, заключающейся в двукратной закалке и отпуске. При снижении содержания углерода менее заявленной концентрации 0,12 мас. % происходит снижение прочностных свойств ниже допустимого уровня, а при содержании углерода выше 0,17 мас. % снижаются коррозионная стойкость и ударная вязкость вследствие увеличения объемной доли карбидной фазы в микроструктуре стали.
Кремний и алюминий в указанных пределах обеспечивают требуемую степень раскисления стали. При меньшем их содержании не обеспечивается полное раскисление стали и повышается концентрация кислорода в стали, что приводит к увеличению количества неметаллических включений оксидного типа. При содержании кремния и алюминия в количестве больше верхнего предела каждого элемента образуются неметаллические включения силикатного типа, а также крупные нитриды и карбонитриды алюминия, отрицательно влияющие на ударную вязкость и коррозионную стойкость стали.
Марганец повышает прочность стали, поэтому его содержание в стали должно составлять не менее 0,30 мас. %. Однако при содержании марганца более 0,90 мас. % снижается ударная вязкость, поскольку марганец способствует развитию отпускной хрупкости.
Содержание хрома в указанных пределах обеспечивает высокую коррозионную стойкость труб в средах, содержащих диоксид углерода, поскольку он способствует самопассивации поверхности за счет образования прочной окисной защитной пленки, обогащенной хромом. Положительный эффект от предлагаемого содержания хрома проявляется при ограничении содержания углерода, поскольку за счет этого удается обеспечить присутствие большей части хрома в твердом растворе, а не в карбидных фазах. Содержание хрома ниже 12,00 мас. % приводит к снижению стойкости к углекислотной коррозии. С другой стороны, хром является ферритообразующим элементом, и содержание его более 14,00 мас. % вызывает образование в микроструктуре δ-феррита, понижающего технологическую пластичность при горячем деформировании и ударную вязкость при отрицательных температурах.
Содержание никеля в указанных пределах обеспечивает высокую ударную вязкость при отрицательных температурах за счет его положительного влияния на характеристики кристаллической решетки стали, повышая подвижность дислокаций. При содержании никеля менее 1,80 мас. % элемент не оказывает существенного положительного влияния на ударную вязкость стали. Кроме того, никель является аустенитообразующим элементом, и поэтому его содержание выше 2,20 мас. % приводит к увеличению доли остаточного аустенита в структуре закаленной стали и тем самым снижению предела текучести.
Сера является элементом, который значительно ухудшает обрабатываемость в стали при горячей пластической деформации, поэтому содержание серы ограничено 0,010 мас. %.
Фосфор является элементом, снижающим хладостойкость стали, поэтому его содержание ограничено 0,020 мас. %.
Содержание меди ограничено 0,25 мас. %, так как большее содержание меди приводит к ухудшению технологических свойств стали, а именно - к проявлению красноломкости при горячей пластической деформации.
Азот образует нитриды, снижающие ударную вязкость, поэтому его содержание в стали ограничено 0,020 мас. %.
Режим термической обработки трубы включает двукратную закалку и отпуск. Первую закалку из однофазной аустенитной области при температуре нагрева от 920 до 1020°С проводят для получения исходной мартенситной структуры с содержанием мартенсита не менее 95%. В связи с высокой устойчивостью переохлажденного аустенита (прокаливаемостью) предлагаемая сталь закаливается как при ускоренном охлаждении в воде или масле, так и при охлаждении на спокойном воздухе.
Вторую закалку проводят из межкритического интервала при температуре нагрева от 700 (точка Ac1) до 830°С (точка Ас3), в результате чего формируется структура, состоящая из смеси сорбита отпуска с глобулярными карбидамии вновь образовавшегося мартенсита, при этом сорбит отпуска является высокопластичной и вязкой составляющей. При второй закалке также допустимо охлаждение как в воде или масле, так и на спокойном воздухе.
Отличительной особенностью мартенсита, образовавшегося после закалки из межкритического интервала температур, по сравнению с образовавшимся мартенситом после закалки из однофазной аустенитной области, является малый размер мартенситных реек, объединенных в пакеты, что связано с образованием в межкритическом интервале дисперсных зерен аустенита. Достигнутое в результате двукратной закалки измельчение структуры и наличие сорбита отпуска сохраняется после проведения последующего окончательного отпуска в интервале температур от 560 до 690°С и положительно влияет на хладостойкость стали. При проведении отпуска при температуре менее 560°С развивается обратимая отпускная хрупкость, способствующая снижению хладостойкости. Этот вид отпускной хрупкости наблюдается в сталях мартенситного класса и проявляется при отпуске в интервале температур от 450 до 550°С. Отпуск при температуре выше 690°С приводит к аустенитному превращению и появлению в структуре стали при последующем охлаждении участков неотпущенного мартенсита с повышенной хрупкостью.
В результате предлагаемой термической обработки происходит образование высокодисперсной структуры сорбита отпуска, которая обеспечивает необходимую ударную вязкость - не менее 70 Дж/см2 при температуре испытания минус 60°С.
В заводских условиях были изготовлены насосно-компрессорные трубы размерами 88,9×6,45 мм и 114,3×6,88 мм из предложенной марки стали с содержанием основных легирующих элементов на нижнем, среднем и верхнем уровнях (плавки №1-5, таблица 1) и из стали-прототипа (плавки №6 и 7, там же). Термическую обработку труб проводили с применением как предлагаемой двукратной закалки и последующего отпуска, так и с однократной закалкой и отпуском. Закалочное охлаждение во всех случаях проводили на воздухе.
Для подтверждения высокой эксплуатационной надежности труб, изготовленных из стали предлагаемого химического состава с термической обработкой, были проведены испытания механических свойств (таблица 2) и коррозионной стойкости (таблица 3).
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Как видно из таблицы 2, термическая обработка труб из стали предлагаемого химического состава (плавки №1-5, таблица 1) и по предлагаемым режимам (испытания №1-7, там же) обеспечивает требуемый комплекс механических свойств: значения предела текучести находятся в интервале от 552 до 758 МПа, что соответствует группам прочности от L80 до R95 по ГОСТ Ρ 53366-2009, ударная вязкость при температуре испытания минус 60°С - больше 70 Дж/см2, предел прочности при этом также соответствует требованиям ГОСТ Ρ 53366-2009. Трубы, изготовленные по прототипу (испытания №8-12, таблица 2), не соответствуют заданным требованиям по хладостойкости (KCV-60°C не менее 70 Дж/см2). Результаты коррозионных испытаний, приведенные в таблице 3, показывают, что трубы, изготовленные по предлагаемому изобретению, как и труба-прототип, обладают требуемой по СТО коррозионной стойкостью (скорость равномерной коррозии не более 0,10 мм/год).
Таким образом, трубы нефтяного сортамента, изготовленные из стали с предлагаемым соотношением компонентов и режимом термической обработки, обладают повышенной эксплуатационной надежностью:
- механические свойства соответствуют группам прочности от L80 до R95 по ГОСТ Ρ 53366-2009 (предел текучести от 552 до 758 МПа);
- хладостойкость, оцениваемая по ударной вязкости при температуре испытания минус 60°С, составляет не менее 70 Дж/см2;
- обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью.

Claims (3)

  1. Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали, включающий двукратную закалку и отпуск, отличающийся тем, что труба выполнена из стали, содержащей, мас.%:
  2. углерод 0,12-0,17 кремний 0,15-0,50 марганец 0,30-0,90 хром 12,00-14,00 никель 1,80-2,20 сера не более 0,010 фосфор не более 0,020 алюминий 0,02-0,05 медь не более 0,25 азот не более 0,020 железо и неизбежные примеси остальное,
  3. при этом первую закалку осуществляют с температуры аустенитизации от 920 до 1020°С с обеспечением мартенситной структуры с содержанием мартенсита не менее 95%, вторую закалку из межкритического интервала температур от 700 до 830°С, а отпуск - в интервале температур от 560 до 690°С.
RU2016100273A 2016-01-11 2016-01-11 Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали RU2635205C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100273A RU2635205C2 (ru) 2016-01-11 2016-01-11 Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016100273A RU2635205C2 (ru) 2016-01-11 2016-01-11 Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016100273A RU2016100273A (ru) 2017-07-21
RU2635205C2 true RU2635205C2 (ru) 2017-11-09

Family

ID=59498368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016100273A RU2635205C2 (ru) 2016-01-11 2016-01-11 Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635205C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686405C1 (ru) * 2017-12-04 2019-04-25 Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") Способ изготовления труб нефтяного сортамента (варианты)
RU2751629C1 (ru) * 2018-03-21 2021-07-15 Баошань Айрон Энд Стил Ко., Лтд. Стойкая к низким температурам обсадная нефтяная труба, имеющая высокую прочность и высокую вязкость, а также способ ее изготовления
RU2760140C1 (ru) * 2020-12-10 2021-11-22 Сергей Константинович Лаптев Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали
RU2828902C1 (ru) * 2023-11-04 2024-10-21 Сергей Константинович Лаптев Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали (варианты)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2352647C1 (ru) * 2007-09-06 2009-04-20 Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") Труба нефтяного сортамента повышенной прочности
RU2358020C1 (ru) * 2005-03-30 2009-06-10 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Способ производства мартенситной нержавеющей стали
RU2368836C1 (ru) * 2008-05-06 2009-09-27 ООО "Самарский инженерно-технический центр" Высокопрочная труба для нефтяных скважин
EA013145B1 (ru) * 2007-03-30 2010-02-26 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Трубы нефтяного сортамента для развальцовки в скважине и способ их производства
JP2010070789A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Nippon Steel Corp 疲労特性と曲げ成形性に優れた機械構造鋼管とその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358020C1 (ru) * 2005-03-30 2009-06-10 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Способ производства мартенситной нержавеющей стали
EA013145B1 (ru) * 2007-03-30 2010-02-26 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. Трубы нефтяного сортамента для развальцовки в скважине и способ их производства
RU2352647C1 (ru) * 2007-09-06 2009-04-20 Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") Труба нефтяного сортамента повышенной прочности
RU2368836C1 (ru) * 2008-05-06 2009-09-27 ООО "Самарский инженерно-технический центр" Высокопрочная труба для нефтяных скважин
JP2010070789A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Nippon Steel Corp 疲労特性と曲げ成形性に優れた機械構造鋼管とその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686405C1 (ru) * 2017-12-04 2019-04-25 Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") Способ изготовления труб нефтяного сортамента (варианты)
RU2751629C1 (ru) * 2018-03-21 2021-07-15 Баошань Айрон Энд Стил Ко., Лтд. Стойкая к низким температурам обсадная нефтяная труба, имеющая высокую прочность и высокую вязкость, а также способ ее изготовления
RU2760140C1 (ru) * 2020-12-10 2021-11-22 Сергей Константинович Лаптев Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали
RU2828902C1 (ru) * 2023-11-04 2024-10-21 Сергей Константинович Лаптев Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016100273A (ru) 2017-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101271954B1 (ko) 저온인성 및 수소유기균열 저항성이 우수한 압력용기용 강판 및 그 제조방법
US20190338402A1 (en) Method for manufacturing railway vehicle wheel
US10240221B2 (en) Stainless steel seamless pipe for oil well use and method for manufacturing the same
KR101702480B1 (ko) Ni 함유 후강판
US10151012B2 (en) High-strength stainless steel pipe
CN103131962B (zh) 一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法
WO2017162160A1 (zh) 耐硫化氢应力腐蚀开裂的马氏体不锈钢油套管用钢、油套管及其制造方法
CN113584407A (zh) 一种高强度耐高温腐蚀马氏体不锈钢及其制造方法
US20200270715A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
US20090101247A1 (en) Method for producing martensitic stainless steel pipe
CA2785318A1 (en) Austenite steel material having superior ductility
US20210198764A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
WO2017117885A1 (zh) 高强度、低热处理敏感性的 r5 级系泊链钢及其制造方法
US20200283866A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
EA023196B1 (ru) Низколегированная сталь с повышенным пределом текучести и высокой устойчивостью к образованию трещин под действием нагрузки, вызываемой сульфидами
RU2635205C2 (ru) Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали
JP4289109B2 (ja) 耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管
CA3032502A1 (en) Sucker rod steel and manufacturing method thereof
KR101304824B1 (ko) 라인 파이프용 api 강판 및 그 제조방법
CN104451431A (zh) 一种高性能隔水管板材及生产方法
CN107904487A (zh) 一种多元铬钼耐二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法
CN111363983A (zh) 一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法
Kulkarni et al. Improvement in mechanical properties of 13Cr martensitic stainless steels using modified heat treatments
KR20180001704A (ko) 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재
RU2686405C1 (ru) Способ изготовления труб нефтяного сортамента (варианты)