Сталь підвищеної корозійної стійкості для виробництва труб

Сталь підвищеної корозійної стійкості для виробництва труб, яка містить вуглець, марганець, кремній, хром, ніобій, алюміній, нікель, мідь, сірку, 3 19228 4 нафтопродуктів в умовах північних широт і забезКрім того, для забезпечення стійкості проти сіркопечує стійкість труб до сульфідного корозійного водневого корозійного розтріскування сталь і трурозтріскування, хорошу зварюваність в умовах би, виконані з неї, повинні піддаватися спеціальній низьких температур з одночасним забезпеченням термічній обробці - гартуванню і відпуску, що призносостійкості. Проте, внаслідок недостатнього водить до значних енерговитрат і до подорожчанвмісту хрому, стійкість такої сталі, а, отже, труб з ня вказаної металопродукції, що обмежує її виконеї проти локальної корозії у водних середовищах, ристання. що містять іони хлору, невисока. Крім того, легуНайближчим аналогом корисної моделі, що вання хромом і молібденом, а також мікролегуванзаявляється, є сталь для виготовлення труб, що ня титаном і церієм призводить до збільшення містить наступні компоненти, мас.%: вартості сталі і труб з неї. Вуглець 0,07-0,30 Відома також сталь для виготовлення труб, що Марганець 0,35-1,50 містить, мас.%: Кремній 0,15-0,70 Вуглець 0,24-0,28 Хром 0,05-1,00 Марганець 1,30-1,50 Ніобій 0,01-0,06 Кремній 0,15-0,35 Нікель 0,05-0,50 Мідь не більше 0,20 Мідь 0,05-0,50 Хром 0,13-0,20 Алюміній 0,01-0,05 Молібден 0,15-0,60 Сірку не більше 0,010 Алюміній 0,007-0,05 Фосфор не більше 0,020 Азот не більше 0,02 Кальцій 0,0008-0,0020 Титан 0,02-0,04 залізо і неминучі домішки, Бор 0,0007-0,0025 у тому числі кисень решта Ніобій 0,02-0,10 Причому вміст вуглецю, марганцю і кремнію Сірку не більше 0,01 відповідає умові: Фосфор не більше 0,03 2[C]+0,l[Mn]+0,4[Si]6,5. сірководневого корозійного розтріскування і водЗа п. 2. безшовні труби, виконані зі сталі за п. невої крихкості, крім того, підвищує міцносні хара1., яка має величину вуглецевого еквіваленту, обктеристики сталі і труб при збереженні високої числювану за формулою: в’язкості і пластичності і задовільної зварюваності при негативних температурах - за рахунок низькоMn Cr V Ni Cu , не більше Cэкв.(%) С го значення вуглецевого еквіваленту не більше 6 5 15 0,40. 0,40, і смугастість структури не вище за 1,5 бали. Були одержані сталі з вмістом компонентів, які Співвідношення компонентів, які заявляються, відповідають тим, що заявляються, а також які одержані експериментальним шляхом. виходять за межі, що заявляються і склад, який Відмінність запропонованої сталі від найближвідповідає найближчому з аналогів. Вказані склади чого з аналогів полягає у зменшенні вмісту вуглеприведені в таблиці 1. цю, збільшенні вмісту хрому, введенні до складу Виплавлені сталі були розлиті у зливки діамеванадію при дотриманні співвідношення тром 200мм, прокатані на трубні заготівки діамет([Cr]+[Nb]+[V])/([C]+0,2[Mn])>6,5. Безшовні труби, ром 120мм, а потім прокатані на автоматичній які виконані зі сталі за п. 1. з величиною вуглецеустановці ТПА 140 у безшовні гарячедеформовані вого еквіваленту не більше 0,40 і смугастістю струтруби розмірами 114х9,0мм. Труби зі сталей, ктури не вище за 1,5 бали. відповідних тим, що заявляються, виготовляли за Технічним результатом використання запроенергозберігаючою технологією нормалізаційної понованого складу є підвищення корозійної стійкопрокатки, без термічної обробки з окремого нагрісті сталі і труб, що виготовляються з неї, в агресиву. Труби зі сталі складу за найближчим з аналогів вних нафтопромислових середовищах з додатково піддавали нормалізації при температурі підвищеним вмістом вуглекислого газу, вуглекис900-9300С з окремого нагріву. лоти, хлоридів, сірководню, механічних домішок і інших складових, підвищення холодостійкості при Таблиця 1 Найменування компонентів сталі Вуглець Марганець Кремній Хром Ниобий Ванадій Алюміній Нікель Вміст компонентів % для сталей випробуваних складів: 1 2 3 4 5 0,035 0,045 0,065 0,040 0,15 0,9 0,65 0,40 0,45 0,38 0,25 0,38 0,18 0,15 0,50 0,90 1,03 1,11 1,30 1,35 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01 0,07 0,06 0,04 0,02 0,01 0,01 0,02 0,06 0,02 0,07 0,35 0,22 0,15 0,09 0,35 6 0,24 0,64 0,20 0,45 0,04 0,04 0,25 7 Найменування компонентів сталі 19228 8 Продовження таблиці 1 Вміст компонентів % для сталей випробуваних складів: 1 2 3 4 5 6 0,35 0,20 0,15 0,08 0,35 0,25 0,035 0,020 0,007 0,008 0,030 0,010 0,030 0,012 0,020 0,015 0,025 0,015 – – – – – 0,002 решта 4,7 6,6 8,2 10,3 5,9 2,0 2,0 1,0 1,5 1,0 2,5 2,0 Мідь Сірка Фосфор Кальцій Залізо ([Cr]+[Nb]+[V])/([C]+0,2[Mn]) Смугастість структури,бал Величина вуглецевого еквіваленту 0,44 0,39 0,38 0,39 0,53 0,47 (Се) 2[C]+0,l[Mn]+0,4[Si] – – – – – 0,62 Вміст алюмінатів кальцію не знайде- не знайде- не знайде- не знайде- не знайде- 3 включ. у но но но но но 1мм3 Примітка: 2, 3, 4 - запропоновані склади сталі; 1,5 - склади із співвідношенням, що виходить за пропоновані межі; 6 - склад сталі, відповідний найближчому з аналогів. На трубах визначали смугастість структури за ГОСТ 5640, а також відбирали зразки для проведення комплексних механічних і корозійних випробувань і випробувань на зварюваність. Випробування на розтягування проводили за ГОСТ 10006 на виточених зразках круглого перерізу з діаметром робочої частини 5мм і довжиною 50мм, випробування на ударну в’язкість при температурі мінус 600С проводили за ГОСТ 9454 на подовжніх зразках з гострим надрізом (тип «Шарпі»), виготовлених з основного металу, і на зварних зразках; спеціальні корозійні випробування на стійкість проти локальної корозії, загальної корозії, сірководневого розтріскування і водневої крихкості - проводили за наступними методиками: 1) запропонованій в роботі Липовских В.М., Кашинского В.И., Реформатской И.И. и др. «Защита металлов». 1999, т.35 №6, с.653-655 (визначали швидкість розвитку пітингів у гарячій воді (парі) при температурі (135±15)0С, що містить 50мг/л хлор-іонів, 50мг/л сульфат-іонів і 20мг/л кисню, при рН 8,59,5, тривалість випробувань 3 місяці); 2) шляхом визначення потенціалів корозії сталей у 1 Н розчині хлористого натрію електрохімічним методом на пласких зразках з робочою поверхнею 1см2; 3) за методом NACE ТМ 0177 (випробування на стійкість проти сірководневого корозійного розтріскування під напругою у середовищі складу: 5% хлористого натрію, 0,5% оцтової кислоти, 3000мг/л сірководню, при рН=4-5 і розтягуючій напрузі, що дорівнювала 70% від межі текучості сталі (0,7 0,2), протягом 720 годин - на зразках круглого перерізу з діаметром робочої частини 6,2мм; 4) за методом NACE ТМ 0284 (випробування пласких зразків на водневу крихкість у розчині методу NACE ТМ 0177 протягом 92 годин); 5) випробування на загальну корозію пласких зразків у розчині методу NACE ТМ 0177, але без сірководню; 6) у нафтопромисловому середовищі нафтогазовидобувного управління «Охтирканафтогаз» Сумської обл., Україна, (вода хлоркальцієвого типу складу (г/л): НСО3- - 0,40; Сl- 146; (Na++К+) - 54,2; Са2+ - 29,8; Mg2+ -5,2; S042- 0,66; (Br++I+) - 0,35; загальна мінералізація - 235; СО2 - 58,2мг/л; H2S - 5-10мг/л; рН=4,8) - протягом 120 діб. Результати проведених випробувань представлені в таблицях 2-3. Таблиця 2 Результати корозійних випробувань № за методикою І): за методикою З) за методикою 4) за методикою за методикою 5) за методикою 6) скла- (швидкість лока(час до розтріс(коефіцієнти 2) (потенціал (швидкість коро- (швидкість короду льної корозії, кування зразків, довжини і ширикорозії, мВ) зії, мм/рік) зії, мм/рік) мм/рік) години) ни тріщин, %) 1 0,56-0,59 -420 523 4і8 0,35-0,38 0,33-0,43 2 0,35-0,38 -400 більше 720 0 0,11-0,12 0,09-0,12 3 0,33-0,37 -380 більше 720 0 0,09-0,11 0,07-0,11 4 0,26-0,31 -370 більше 720 0 0,09-0,10 0,07-0,09 5 0,35-0,46 -380 496 Зі6 0,14-0,25 0,21-0,25 6 0,46-0,48 -430 565 Зі6 0,26-0,31 0,36-0,48 9 19228 10 Таблиця З Механічні властивості № складу 1 2 3 4 5 6 Межа міцності 2 В, Н/мм Межа текучості 2 0,2, Н/мм Відносне видовження 5 % 430-440 485-495 495-510 485-505 465-475 465-480 330-340 359-368 362-370 365-376 340-350 335-345 24-25 35-45 32-44 33-39 20-24 24-25 Ударна в’язкістьKCV, Дж/см2 KCV-60 (зварний KCV-20 KCV-60 шов) 175-185 155-165 80-85 280-300* 260-280* 200-210* 265-285* 250-260* 195-205* 260-280* 240-245* 190-195* 45-65** 43-53** 28-36** 75-82** 48-63** 37-44** Примітка: * - частка в’язкої складової у зламі зразків після випробувань 80-100% , ** - крихкий злам зразків Аналіз представлених даних показує, що склади сталі варіантів 2-4, що відповідають формулі корисної моделі, забезпечують високі механічні властивості (межу міцності, межу текучості, відносне видовження), високі в’язкопластичні характеристики (ударну в’язкість при негативних температурах і 80-100% в’язкої складової у зламі зразків після випробувань), високу корозійну стійкість - проти локальної корозії (швидкість локальної корозії не більше 0,4мм/рік, потенціал корозії зразків у хлорид-вміщуючому середовищі позитивніше за мінус 400мВ), проти загальної корозії (швидкість корозії залежно від середовища складає 0,07-0,12мм/рік), проти сірководневого корозійного розтріскування під напругою (зразки не зруйнувалися у середовищі стандарту NACE ТМ 0177, що містить сірководень, за базовий час випробувань 720 годин при напрузі, яка дорівнювала 0,7 0,2)проти водневої крихкості (подовжні і поперечні тріщини на зразках після випробувань у сірководневому середовищі були відсутні), а також задовільну зварюваність і високі в’язкопластичні властивості звареного шва при негативних температурах. Склади сталі і труб з позамежними значеннями (склади 1 і 5) мають у 1,5-2 рази більш низьку стійкість проти локальної корозії, у 2-5 разів більш низьку стійкість проти загальної корозії в агресивному нафтопромисловому середовищі, не витримують випробування на стійкість проти сірковод Комп’ютерна верстка Л. Купенко невого розтріскування за методикою NACE ТМ 0177. Крім того, склад 5 має недостатню ударну в’язкість сталі, труб з неї і зварного з’єднання при негативних температурах, що обмежує їх використання. Сталь, що відповідає найближчому з аналогів (сталь 6), має понижену стійкість проти локальної і загальної корозії і проти сірководневого корозійного розтріскування, а також сталь, труби з неї і зварні з’єднання мають недостатні в’язкопластичні характеристики при негативних температурах, що обмежує їх використання. Таким чином, використання запропонованої сталі підвищеної корозійної стійкості і труб, виконаних з неї, забезпечує значне підвищення стійкості проти локальної і загальної корозії у високо агресивних нафтопромислових вищах, а також стійкість проти сірководневого розтріскування у поєднанні з високими механічними і в’язкопластичними властивостями і високою холодостійкістью, при задовільній зварюваністі, у тому числі при температурах до мінус 600С та невисокій вартості сталі і виготовлених з неї безшовних труб. Зрештою це приведе до значного підвищення терміну безаварійної експлуатації трубопроводів, поліпшення умов праці і навколишнього середовища. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601