Спосіб виготовлення труб з аустенітних корозійностійких сталей

Спосіб виготовлення труб з аустенітних корозійностійких сталей, що включає багаторазову холодну прокатку з термічними обробками на проміжних і готових розмірах, який відрізняється тим, що термічну обробку на готовому розмірі здійснюють при температурі 1160-1230 °С і витримці, що забезпечує утворення мікроструктури з кількістю великокутови х спеціальних низькоенер Корисна модель відноситься до трубного виробництва й може бути використана при виготовленні з аустенітних корозійностійких сталей, зокрема, хромонікелевих і хромонікельмолібденових, холоднокатаних труб з високою стійкістю до між кристалітної корозії (МКК) у високоагресивних дуже окислюваних середовищах і до пітингової корозії (ПК) у середовищах, що містять хлориди, при підвищених температурах. Труби з а устенітних корозійностійких сталей можуть мати понижену стійкість до міжкристалітної і пітингової корозії в агресивних середовищах, наприклад, при експлуатації при підвищених температурах у випарному, теплообмінному або іншому устаткуванні - у хімічній, нафтохімічній, харчовій промисловості, тепловій і атомній енергетиці, тощо. Це приводить до швидких наскрізних корозійних ушкоджень труб у процесі експлуатації, передчасного виходу з ладу устаткування, ремонтним простоям, необхідності частої заміни коштовних труб, а також до погіршення умов праці й навколишнього середовища. Тому основними вимогами, які пред'являються до труб із зазначених сталей, є забезпечення високої стійкості до різних видів локальних корозійних руйнувань при достатній міц ності й пластичності, необхідних для труб, що працюють в агресивних середовищах під тиском. Відомий спосіб виготовлення труб з аустенітних корозійностійких сталей, що включає гарячу деформацію (прошивання або пресування) суцільних трубни х заготівок, наступну багаторазову холодну або теплу прокатку на проміжні й готовий розміри з термічною обробкою після кожного проходу деформації при температурах 1050-1080°С. [Сталь, 1983. №8, С.20-22]. Однак, стійкість таких труб до міжкристалітної корозії в дуже окислюваних середовищах і стійкість до пітингової корозії в середовищах, що містять хлориди, при підвищених температурах недостатня у зв'язку з відносно дрібнозернистою структурою труб і наявністю у структурі значної кількості границь зерен з підвищеною питомою поверхневою енергією, що володіють пониженою корозійною стійкістю. Відомий також спосіб виготовлення труб з аустенітних корозійностійких сталей, що включає багаторазову холодну або теплу деформацію, термічну обробку на проміжних розмірах і остаточну термічну обробку на готовому розмірі. При цьому останню здійснюють при температурах 9501150°С, а перед нею проводять додаткову термообробку при 700-850°С [а. с. СССР №1573037, S 3n не менше 65 %. (19) UA (11) 35523 (13) U гетичних границь зерен типу 3 35523 4 МПК В 21 D9/08, 1990.]. Зазначені труби признапідвищених температурах, при збереженні високочені для експлуатації в дуже окислюваних середого рівня механічних властивостей. вища х. Разом з цим, швидкість їх міжкристалітної Це обумовлено тим, що запропоноване підвикорозії при випробуванні в киплячій 65%-ній азощення температури термічної обробки готових тній кислоті (за методом ДУ, ГОСТ 6032, або за труб при витримці, що забезпечує створення регметодом С стандарту ASTM А 262) у ряді випадків ламентованої мікроструктури готови х тр уб зі знач(наприклад, при підвищеному вмісті вуглецю або ною кількістю великокутови х спеціальних низькопри наявності домішок поверхнево активних елеенергетичних границь зерен типу S3n , сприяє: ментів у сталі), перевищує величину 0,5мм/рік, що зниженню швидкості міжкристалітної корозії в дуже відповідає верхній границі вимог нормативних доокислюваних середовищах, яка протікає на граникументів. Крім того, додаткова термообробка труб цях зерен, - внаслідок пониженої швидкості корозії призводить до збільшення енергоємності виробнизькоенергетичних границь зерен, що становлять ництва й до збільшення тривалості виробничого значну частку в порівнянні з границями загального циклу. Отримані за зазначеною технологією тр уби типу, а також забезпечує підвищену стійкість до не володіють гарантованою стійкістю до МКК у штангової корозії в середовищах, що містять хлодуже окислюваних середовищах і стійкістю до піриди, - внаслідок гальмування процесу утворення тингової корозії в середовищах, що містять хлорипітингів на низькоенергетичних границях зерен, не ди, при підвищених температурах. погіршуючи при цьому механічні властивості труб. В основі даної корисної моделі лежить рішенКрім того, виключення додаткової термообробки ня задачі по удосконаленню способу виготовлення готових тр уб перед остаточною термообробкою труб з а устенітних корозійностійких сталей шляхом сприяє скороченню технологічного циклу виробнизмінення режимів термічної обробки й структурноцтва, зниженню енергоємності й підвищенню ренго складу металу готових тр уб, у результаті чого табельності виробництва. забезпечується підвищення стійкості труб до міжВ остаточному підсумку це дозволяє збільшикристалітної корозії в дуже окислюваних середоти випуск придатної товарної продукції й підвищивища х і стійкості до пітингової корозії в середовити рентабельність виробництва труб на трубних ща х, що містять хлориди, при підвищених заводах за рахунок виключення відбраковування температурах, - при одночасному збереженні викоштовних тр уб при здавальних випробуваннях, і сокого рівня механічних властивостей тр уб. дає можливість протягом тривалого часу без реПоставлена задача вирішена тим, що в спосомонтів і заміни труб експлуатувати устаткування у бі виготовлення труб з аустенітних корозійностійвисокоагресивних середовищах хімічної, нафтохіких сталей, що включає багаторазову холодну мічної, харчової промисловості, у тепловій і атомдеформацію, термічну обробку на проміжних й ній енергетиці, де труби виходять із ладу через готовому розмірах, відповідно до корисної моделі, наскрізні руйнування внаслідок зазначених видів термічну обробку труб на готовому розмірі здійскорозії, а також сприяє поліпшенню умов праці й нюють при температурі 1160-1230°С і витримці, що стану навколишнього середовища. забезпечує утворення мікроструктури з кількістю На Фіг.1 зображена типова мікроструктура ховеликокутових спеціальних низькоенергетичних лоднокатаної відпаленої труби з аустенітної хрограниць зерен типу S3n не менше 65%. монікелевої сталі 02X18Н11, яка містить більше Великокутові спеціальні низькоенергетичні границі типу S3n - це границі між двома кристалами (зернами), що мають більш високу в порівнянні з границями загального типу щільність співпадаючих вузлів кристалічної решітки й відповідно більш високу щільність атомів, спільних для обох зерен, що знаходяться у контакті [Multiple twinning and specific properties of S = 3n boundaries in FCC crystals. // Acta Metall. Materials. - 1991. - Vol. 39, №7. - P.1603-1615]. Параметри корисної моделі, які заявляються, отримані експериментальним шляхом. Відмінність запропонованої корисної моделі від найбільш близького з аналогів полягає в тому, що термічну обробку готових тр уб здійснюють при температурі 1160-1230°С і витримці, що забезпечує утворення мікроструктури сталі з кількістю великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен типу S3n не менш 65%. Технічним результатом застосування запропонованої корисної моделі є підвищення стійкості труб до міжкристалітної корозії в агресивних дуже окислюваних середовищах і стійкості до пітингової корозії в середовищах, що містять хлориди, при 65% великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен типу S3n . На Фіг.2 зображена зерногранична структура аустенітної хромонікелевої сталі з ансамблем спеціальних границь S3n . На Фіг.3 наведений приклад кристалографічної оцінки кількості спеціальних низькоенергетичних границь зерен S3n . На Фіг.4 представлене електронномікроскопічне зображення спеціальної низькоенергетичної границі зерна. Запропонована корисна модель здійснюється таким чином. Попередньо від холоднокатаних тр уб з аустенітної хромонікелевої сталі 02X18Н11 були відібрані зразки й піддані термічній обробці в температурному інтервалі, що відповідає технології, що заявляється, з варіюванням часу витримки до забезпечення кількості великокутови х спеціальних низькоенергетичних границь зерен у мікроструктурі сталі не менше 65%. Були ви готовлені холоднокатані труби розміром Ø20x2,5мм зі сталі 02X18Н11 по технології, що відповідає тій, що заявляється, а також по тех 5 35523 6 нології з використанням режимів термічної обробХолодний прокат труб Ø20x2,5мм відповідно ки, що виходять за межі, що заявляються, і по техдо технології, що відповідає аналогу, здійснювали нології, що відповідає найбільш близькому з аназа аналогічним маршрутом, але на готовому розлогів. мірі перед остаточною термообробкою (гартуванХолодну прокатку труб Ø20x2,5мм відповідно ням у воду після витримки при температурі до технології, що заявляється, й по технології з 1120°С), труби піддавали додатковій термообробці використанням режимів термічної обробки, що при температурі 780°С з витримкою 20 хвилин. виходять за межі, що заявляються, здійснювали за Зазначені технологічні режими наведені в табмаршрутом: лиці 1. Від виготовлених тр уб були відібрані патрубки 01. Ø89x9,5 ® Ø57х6,4 (стан ХПТ 55), термічна й виготовлені зразки для дослідження мікрострукобробка при температурі 1020-1050°С; тури й проведення випробувань на стійкість до 02. Ø57x6,4 ® Ø38x4,3 (стан ХПТ-32), термічна міжкристалітної корозії (МКК) у дуже окислюваних обробка при температурі 1020-1050°С; середовищах й на стійкість до пітингової корозії 03. Ø38х4,3 ® Ø20x2,5 (стан ХПТ-32), термічна (ПК). обробка при температурах: 1) 1100°С, 2) 1160°С, 3) 1180°С, 4) 1230°С, або 5) 1280°С. Таблиця 1 № режиму 1 2 3 4 5 Режим термічної обробки труб на проміжному розмірі 1050°С, витримка 10хв., о холодження у воді 1020°С, витримка 10хв., о холодження у воді 1020°С, витримка 10хв., о холодження у воді 1020°С, витримка 10хв., о холодження у воді 1050°С, витримка 10хв., о холодження у воді 6 800°С, витримка 20хв., о холодження у воді Примітка: 2, 3, 4 - запропоновані технології виробництва тр уб; 1,5- технологічні режими, що виходять за запропоновані границі; 6 - технологія, що відповідає найбільш близькому з аналогів. Випробування на стійкість до МКК у дуже окислюваному середовищі проводили за методом ДУ, ГОСТ 6032 (відповідає методу С стандарту ASTM А-262), що полягає в кип'ятінні зразків протягом 5 циклів по 48 годин кожний в 65%-ному розчині азотної кислоти, з оцінкою швидкості корозії в мм/рік по втраті ваги за одиницю часу з одиниці поверхні кожного зразка. Випробування на стійкість до пітиВипробування механічних властивостей труб на розтяг проводили на зразках - сегментах за ГОСТ 10006-81 з визначенням границі міцності (sв ) , границі плинності s 0,2 і відносного видов ( ) ження (d5 ) . Результати проведених корозійних і механічних випробувань і кількісної оцінки великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен у структурі металу труб представлені в таблиці 2. Аналіз представлених даних показує, що використання технологічних варіантів 2-4 (корисна модель, що заявляється), забезпечує високу стій Режим термічної обробки готових тр уб 1100°С, витримка 10хв., о холодження у воді 1160°С, витримка 8хв., о холодження у воді 1180°С, витримка 6хв., о холодження у воді 1230°С, витримка 2хв., о холодження у воді 1280°С, витримка 2хв., о холодження у воді 780°С, витримка 20хв., о холодження на повітрі + 1120°С, витримка 5хв., о холодження у воді нгової корозії проводили за методом А стандарту ASTM G-48 - при температурах 22, 40 і 50°С, що полягає у витримці зразків протягом 72 годин у 6%-ному розчині хлорного заліза FeCl3, з оцінкою питомої втрати ваги в г/см 2 і кількості пітингів на поверхні зразків після випробування. Кількісну оцінку великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен у мікроструктурі сталі здійснювали за спеціально розробленою методикою, яка описана в статті: Сборник научных трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия: Стародубовские чтения 2004. Дніпропетровськ. - 2004. - С.174-180. кість до міжкристалітної корозії при випробуванні в киплячій 65%-ній азотній кислоті за методом ДУ, ГОСТ 6032, або за методом С стандарту ASTM А262 (швидкість міжкристалітної корозії становить 0,1-0,5мм/рік і не перевищує граничної за нормативними документами величини 0,5мм/рік), високу стійкість до штангової корозії при підвищених температурах (пітинги на поверхні зразків після випробувань при температурах 40 і 50°С були відсутні, питома втрата ваги зразків при підвищених температурах склала 0, 00006-0,00010г/см 2 і не перевищила гранично припустимої згідно з ASTM G-48 величини 0,0001г/см 2). 7 35523 8 Таблиця 2 № п/п швидкість МКК, мм/рік 1 2 3 4 5 6 Вимоги нормативних документів 0,6-1,2 0,4-0,5 0,2-0,4 0,1-0,3 0,2-0,7 0,4-0,9 0,5 Результати випробувань і оцінки: кількості корозійної стійкості низькоенергетичних швидкість штангової корозії при виграниць, % пробуванні за методом А стандарту ASTM G-48, г/см 2 при 40°С при 50°С при 22°С 0,000183) 0,000452) 0,000652) 46 1) 1) 0,00003 0,00009 0,000101) 66 0,000041) 0,000071) 0,000081) 78 0,000081) 0,000061) 0,000091) 85 0,000123) 0,000233) 0,000352) 88 0,000153) 0,000253) 0,000502) 57 не більше 0,0001 0,0001 0,0001 механічних властивостей sB s 0,2 Н/мм 2 d5 % 230-280 200-250 190-240 180-200 160-170 210-260 540-580 520-560 500-550 480-500 460-470 550-580 не менше 30-38 45-48 50-55 60-65 65-68 40-45 180 480 40 Примітка: 1) - пітинги на поверхні й на торцях зразків після випробувань відсутні; 2) - є пітинги на поверхнях зразків; 3) - є одиничні пітинги на торцях і бічних різах зразків. При цьому кількість корозійностійких великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен у структурі сталі склала 66-85%, при збереженні високого рівня механічних властивостей (границі міцності, границі плинності, відносного видовження). Технологічні варіанти виготовлення труб з використанням режимів термічної обробки готових труб, що ви ходять за межі, що заявляються (варіанти 1 і 5), мають у 2-2,4 рази більш низьку стійкість до міжкристалітної корозії при випробуванні в киплячій концентрованій (65%-ній) азотній кислоті, в 2,25-4 рази і в 3,8-6,5 разів більш низьку стійкість до пітингової корозії при температурах 22 і 40-50°С відповідно. Крім того, труби, виготовлені по варіанту 1, мають понижену кількість великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен і випади по відносному видовженню (30-38% замість не менш 40%), а тр уби, виготовлені по варіанту 5, мають випади по границі плинності (160170Н/мм 2 замість не менш 180Н/мм 2) і по величині границі міцності (460-470Н/мм 2 замість не менш 480Н/мм 2), що несприятливо впливає на їх експлуатаційні властивості. Труби, виготовлені по технологічному варіанту, що відповідає найбільш близькому з аналогів (варіант 6), мають понижену кількість великокутових спеціальних низькоенергетичних границь зерен типу S3n у мікроструктурі, понижену внаслідок цього стійкість до міжкристалітної корозії в дуже окислюваних середовищах (швидкості МКК складає до 0,9мм/рік) і понижену стійкість до пітингової корозії, особливо при підвищених температурах (швидкість пітингової корозії сягає 0,0005г/см 2), що не забезпечує гарантовану стійкість до МКК і до пітингової корозії в умовах експлуатації й обмежує використання таких труб. Крім того, виготовлення труб-аналогів являється більш енергоємним - внаслідок збільшення технологічного циклу виготовлення труб, що приводить до їх подорожчання й робить виробництво менш рентабельним. Таким чином, використання запропонованої корисної моделі виготовлення труб з аустенітних корозійностійких сталей забезпечує підвищення їх стійкості до міжкристалітної і штангової корозії у високо агресивних дуже окислюваних середовища х і середовищах, що містять хлориди, у тому числі при підвищених температурах, у сполученні з високими механічними властивостями. У кінцевому результаті це приведе до виключення або значного зменшення браку по міжкристалітній і пітинговій корозії коштовних труб при здавальних випробуваннях і дає можливість протягом тривалого часу експлуатувати їх без ремонтів і заміни у високоагресивних середовищах у хімічній, нафтохімічній, харчовій промисловості, у тепловій та атомній енергетиці, а також буде сприяти поліпшенню умов праці й навколишнього середовища. 9 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков 35523 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601