Спосіб виробництва сталевих високоміцних електрозварних двошовних труб великого діаметра для магістральних трубопроводів

1. Спосіб виробництва сталевих високоміцних електрозварних двошовних труб великого діаметра для магістральних трубопроводів, що включає виготовлення сталевого сляба шляхом виплавки сталі в конвертері з подальшою її позапічною обробкою і розливанням на машині безперервного лиття заготовок, аустенізацію сляба і його подальшу багатостадійну прокатку на реверсивному стані у товстий лист, попередню підготовку товстого листа для подальшого трубної переробки, формування листа в трубну заготовку, зварювання труби і її подальше експандування, який відрізняється тим, що виплавляють сталь наступного хімічного складу, мас.%: 2 (19) 1 3 96097 4 стругальній обробці для отримання заданих розмірів кромок і ширини листа, після чого лист з обробленими поздовжніми кромками подають у семиклітьовий безперервний валково-роликовий формувальний стан, у якому його формують у півциліндричну трубну заготовку з подальшим заданням до збирального пристрою, у якому дві півциліндричні заготовки з'єднують у циліндричну заготовку і задають на збирально-зварювальну лінію, де зістиковані поздовжні кромки трубної заготовки зварюють по всій довжині першим технологічним швом методом автоматичного дугового зварювання в середовищі СО2, і після обертання трубної заготовки на 180°, зварюють другим технологічним швом, потім виконують зварювання внутрішнього і зовнішнього робочих швів методом дугового зварювання під шаром флюсу з використанням зварювального дроту з вмістом молібдену в межах 0,600,90 %, сірки - не більше 0,010 %, фосфору - не більше 0,015 %, після чого здійснюють експандування труб на гідромеханічному експандері з пластичною деформацією 0,81,2%, і після цього здійснюють випробування внутрішнім гідравлічним тиском з подальшим контролем металу зварних швів і основного металу неруйнівними методами, торцюванням та зніманням фаски на кінцях труби. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сталь додатково містить молібден у кількості 0,05...0,45 мас.%. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що сталь додатково містить кальцій у кількості 0,0005...0,0200 мас.%. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що попередню прокатку здійснюють у дві стадії, причому на першій стадії метал деформують у верхній частині аустенітної області при температурі на 20140 °С нижче температури нагрівання слябів, а на другій стадії метал деформують у середній частині аустенітної області при температурі на 2080 °С вище температури рекристалізації. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що остаточну прокатку здійснюють у дві стадії, при цьому першу стадію остаточної прокатки проводять у нижній частині аустенітної області на 20100 °С вище температури АrЗ, а другу стадію остаточної прокатки проводять переважно у змішаній  + - області в інтервалі температур АrЗАrЗ-(1090)°С, причому обтискання за прохід на другій стадії деформації остаточної прокатки складають 515%. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що після остаточної прокатки і охолодження прокату до температури 650350 °С додатково здійснюють дифузійне рафінування листів за воднем шляхом охолодження листів у стопі в інтервалі температур (600100) °С з швидкістю (230)°С/год., з подальшим остаточним охолодженням прокату на спокійному повітрі до температури навколишнього середовища з швидкістю 0,12°С/с. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що після виготовлення труб здійснюють додаткове підігрівання труби до температури її поверхні 190230 °С, після чого на зовнішню поверхню труби наносять тришарове антикорозійне поліетиленове покриття. Винахід належить до виробництва високоміцних електрозварних двошовних труб великого діаметра, що виготовляються з гарячекатаного листового прокату, які використовуються для спорудження магістральних газо- і нафтопроводів, а також виробництва гарячекатаних листів для таких труб. У теперішній час у всьому світі сталеві трубопроводи набувають все більшого значення для транспортування на великі відстані природного газу і нафти від місця їх видобування в райони споживання. Пропускна спроможність трубопроводу визначається їх діаметром і робочим тиском. Підвищення міцності основного металу труби дозволяє зменшити товщину її стінки, що забезпечує додаткову економію витрат при будівництві трубопроводу. Для дотримання вимог, що пред'являються до трубопроводу, необхідно отримати в трубі комплекс характеристик, таких як тимчасовий опір, межа текучості, відносне подовження, опір крихкому руйнуванню, співвідношення т/в та ін. Властивості труби формуються як у процесі виробництва листового прокату, з якого виготовлятиметься труба, так і при виробництві самої труби. З рівня техніки відомі різні способи виробництва гарячекатаного прокату, використовуваного зокрема для виробництва зварних труб великого діаметра [наприклад, а.с. СРСР № 1447889, патент України № 78964], що полягають у виплавці і безперервному розливанні сталі певного хімічного складу, аустенізації отриманого сляба і подальшій прокатці товстого листа у декілька стадій. При здійсненні даних способів виготовлення високоміцного листового прокату для труб великого діаметра не враховується вплив подальшого трубного переділу на механічні властивості основного металу труб. Також відомі різні способи виробництва гарячекатаного прокату для високоміцних зварних труб великого діаметра, що передбачають використання охолоджування сталевих листів в установках прискореного охолоджування [наприклад, патенти РФ №№ 2258762, 2383633, 2385350]. Використання даних способів у повному об'ємі не завжди можливе на підприємствах, де відсутні сучасні установки прискореного охолоджування. Відомий вибраний як найближчий аналог спосіб виробництва високоміцних зварних труб великого діаметра для магістральних трубопроводів [публікація РСТ WO 2005/061749 від 07.07.2005 p.], що полягає у виробництві сляба певного хіміч 5 ного складу, нагріванні сляба до 1000-1250 °C, чорновій прокатці в області температури рекристалізації, прокатці у некристалізаційній аустенітній області при 900 °C або нижче з сумарним ступенем обтискання прокатки не менше 75 % з подальшим охолоджуванням з аустенітної області з швидкістю від 1 до 10 °C/с до отримання в центрі товщини листа температури 500 °C або нижче. Виготовлення труби великого діаметра здійснюється шляхом формування сталевого листа в трубну заготовку, наприклад, за допомогою UOпроцесу при збігові напряму прокатки сталевого листа з поздовжнім напрямом труби, і подальшого зварювання країв листа. У зв'язку з тим, що для застосування даного способу необхідне спеціальне формувальне устаткування - преси попереднього (U-подібного) і остаточного (О-подібного) формування, використання його, наприклад, при виробництві двошовних труб із використанням безперервного валковороликового формувального стану, неможливе. Задачею даного винаходу є розробка способу виробництва сталевої високоміцної електрозварної двошовної труби великого діаметра для магістральних трубопроводів, який включає послідовність технологічних переділів, спрямованих на отримання високоміцного листового прокату і труб великого діаметра, що задовольняють комплексу вимог до заданих фізико-механічних властивостей основного металу готових труб. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виробництва сталевих високоміцних електрозварних двошовних труб великого діаметра для магістральних трубопроводів, який включає виготовлення сталевого сляба шляхом виплавки сталі в конвертері з подальшою її позапічною обробкою і розливанням на машині безперервного лиття заготовок, аустенізацію сляба і його подальшу багатостадійну прокатку на реверсивному стані у товстий лист, попередню підготовку товстого листа для подальшого трубної переробки, формування листа в трубну заготовку, зварювання труби і її подальше експандування, згідно з винаходом, виробляють сталь наступного хімічного складу, мас. %: С 0,04…0,16 Мn 0,80…2,00 Si 0,10…0,60 Р не більше 0,020 S не більше 0,010 V 0,02…0,12 Nb 0,02…1,00 Сu не більше 0,45 Сr не більше 0,45 Ni не більше 0,45 Ті 0,01…0,06 Аl не більше 0,060 В не більше 0,0005 N не більше 0,012, при цьому виконуються співвідношення: [Cr]+[Ni]+[Cu]  0,50 мас. %; [V]+[Nb]+[Ti]  0,15 мас. %, після розливання на машині безперервного лиття заготовок сляб охолоджують з швидкістю 125 °C/год. до температури не вище 100 °C, потім нагрівають до температури на 150200 °C вище 96097 6 АСЗ, після чого здійснюють попередню прокатку, під час якої метал починають деформувати у верхній частині аустенітної області при температурі на 2040 °C нижче температури нагрівання слябів до температури на 2080 °C вище температури рекристалізації, після чого здійснюють остаточну прокатку у нижній частині аустенітної області в інтеро о валі температур АСЗ+(20100) САСЗ(1090) С, при цьому між попередньою і остаточною прокатками здійснюють проміжне охолоджування металу з швидкістю 0,58,0 °C/сек., обтискання за прохід складають 520 %, а сумарний ступінь обтискання при остаточній прокатці складає 5075 %, а після остаточної прокатки здійснюють охолодження прокату до температури650350 °C з швидкістю 1,08,0 °C/с, далі прокат охолоджують до температури 100150 °C з швидкістю 0,56 °C/год., а потім проводять остаточне охолоджування прокату, після чого отриманий прокат задають у трубне виробництво, де спочатку обидві поздовжні кромки листа піддають кромкостругальній обробці для отримання заданих розмірів кромок і ширини листа, після чого лист з обробленими поздовжніми кромками подають у семиклітьовий безперервний валково-роликовий формувальний стан, у якому його формують у півциліндричну трубну заготовку з подальшим заданням до збирального пристрою, у якому дві півциліндричні заготовки з'єднують у циліндричну заготовку і задають на збиральнозварювальну лінію, де зістиковані поздовжні кромки трубної заготовки зварюють по всій довжині першим технологічним швом методом автоматичного дугового зварювання в середовищі СО2, і після обертання трубної заготовки на 180°, зварюють другим технологічним швом, потім виконують зварювання внутрішнього і зовнішнього робочих швів методом дугового зварювання під шаром флюсу з використанням зварювального дроту з вмістом молібдену в межах 0,600,90 %, сірки - не більше 0,010 %, фосфору - не більше 0,015 %, після чого здійснюють експандування труб на гідромеханічному експандері з пластичною деформацією 0,81,2 %, і після цього здійснюють випробування внутрішнім гідравлічним тиском з подальшим контролем металу зварних швів і основного металу неруйнівними методами, торцюванням та зніманням фаски на кінцях труби. Крім того, сталь додатково може містити молібден у кількості 0,05…0,45 мас. %. Крім того, сталь додатково може містити кальцій у кількості 0,0005…0,0200 мас. %. Крім того, попередню прокатку можуть здійснювати у дві стадії, причому на першій стадії метал деформують у верхній частині аустенітної області при температурі на 20-140 °C нижче температури нагрівання слябів, а на другій стадії метал деформують у середній частині аустенітної області при температурі на 2080 °C вище температури рекристалізації Крім того, остаточну прокатку можуть здійснювати у дві стадії, при цьому першу стадію остаточної прокатки проводять у нижній частині аустенітної області на 7 20100 °C вище температури АrЗ, а другу стадію остаточної прокатки проводять переважно у змішаній  + - області в інтервалі температур АrЗАrЗ-(1090) °С, причому обтискання за прохід на другій стадії деформації остаточної прокатки складають 515 % Крім того, після остаточної прокатки і охолодження прокату до температури 650350 °C, можуть додатково здійснювати дифузійне рафінування листів за воднем шляхом охолодження листів у стопі в інтервалі температур (600100) °С з швидкістю (230) °С/год., з подальшим остаточним охолодженням прокату на спокійному повітрі до температури навколишнього середовища з швидкістю 0,12 °C/с. Крім того, після виготовлення труб можуть здійснювати додаткове підігрівання труби до температури її поверхні 190230 °C, після чого на зовнішню поверхню труби наносять тришарове антикорозійне поліетиленове покриття. Технічний результат винаходу полягає у забезпеченні комплексу механічних властивостей труби за рахунок формування механічних властивостей листового прокату з урахуванням подальшого впливу трубної переробки. Нижче пояснюється, чому складові елементи сталі мають зазначені кількісні обмеження. Вуглець ефективний для підвищення міцності сталі і фактичний його вміст повинен забезпечувати необхідну міцність сталевого листа і основного металу труби. Верхня межа вмісту вуглецю встановлена на рівні 0,16 мас. %, оскільки зайвий його вміст негативно впливає на показники низькотемпературної ударної в'язкості і зварюваність основного металу труб. Вміст Мn обмежується межами 0,802,00 мас. %, що дозволяє забезпечити необхідну міцність сталі і, разом з цим, забезпечити необхідну низькотемпературну ударну в'язкість. Введення кремнію і алюмінію, разом з введенням Ті, забезпечує достатнє розкислення сталі. Фосфор і сірка являють собою шкідливі домішки. Вміст Р обмежується не більше 0,020 мас. %, S - не більше 0,010 мас. %, що сприяє підвищенню ударної в'язкості. Спільне введення V, Nb, Cu, Cr, Ni, Ті, Мо у заявлених межах здійснює синергетичний ефект і дозволяє отримати необхідну мікроструктуру, низькотемпературну ударну в'язкість, забезпечити комплекс міцнісних і пластичних властивостей. Бор являє собою високоефективний елемент при отриманні необхідної мікроструктури, оскільки невеликі добавки його різко підвищують прогартовуваність сталі. Азот бере участь у формуванні нітридів TiN, що стримують ріст аустенітних зерен при нагріванні металу під прокатку. Обмеження вмісту молібдену в зварювальному дроті у межах 0,600,90 %, сірки - не більше 0,010 %, фосфору - не більше 0,015 %, дозволяє забезпечити стабільно високі механічні характеристики зварного з'єднання (зокрема ударна в'язкість при низьких температурах) при суттєвому розкиді технологічних параметрів зварювання, при цьому 96097 8 легуючі елементи основного металу труб і зварювального дроту забезпечують сприятливі структуру і хімічний склад наплавленого металу зварного з'єднання. Застосування три- або чотиристадійної прокатки, за рахунок введення додаткових температурно-деформаційних обмежень на стадіях попередньої та остаточної обробки, дозволяє отримати дрібнозернисту однорідну гольчасто-феритну структуру сталі, що підвищує міцнісні характеристики, ударну в'язкість і опір крихкому руйнуванню. Додаткове введення в сталь кальцію у кількості 0,00050,0200 мас. % забезпечує підвищення низькотемпературної ударної в'язкості, регулюючи форму сульфідів, зокрема MnS. Додаткове застосування дифузійного рафінування листів за воднем шляхом охолодження у стопі дозволяє попередити утворення в листах внутрішніх дефектів водневого походження, підвищити пластичність листів, підвищити і покращити зварюваність. Додаткове нанесення тришарового покриття дозволяє забезпечити додатковий антикорозійний захист зовнішньої поверхні труби при температурах експлуатації від – 50 °C до + 80 °C. Нижче наведено приклад виготовлення за заявленим способом електрозварної двошовної труби категорії міцності К56 в умовах ВАТ "МК "АЗОВСТАЛЬ" і ВАТ "ХАРЦИЗСЬКИЙ ТРУБНИЙ ЗАВОД". Сталь було виплавлено у 350-тонному конвертері і після обробки на ковші-печі розлито на установці безперервного лиття заготовок на сляби перерізом 1850 × 300 мм. Сталь мала такий хімічний склад, мас. %: вуглець -0,08; марганець - 1,46; кремній - 0,18; хром - 0,1; нікель - 0,15; кальцій 0,005; титан - 0,022; ніобій - 0,04; ванадій - 0,06; сірка - 0,004; фосфор - 0,015; азот - 0,006, при співвідношеннях: (Nb+V+Ti) = 0,12; Ca/S = 1,25; Ti/N = 3,67. Після розливання безперервно литі сляби були порізані на мірні довжини і після охолодження подані на двоклітьовий реверсивний товстолистовий стан для подальшої прокатки. Аустенізацію слябів у методичних печах проводили при температурах (1150170) °С, прокатку на першій стадії (попередня прокатка) здійснювали при температурах (11301050)ºС, прокатку на другій стадії (попередня прокатка) здійснювали при температурах (900880) °С. Остаточну прокатку виконували в інтервалі температур (800710)°С. Прокатку на першій стадії (попередня прокатка) здійснювали зі ступенем деформації 1015 % за прохід, на другій стадії (попередня прокатка) - зі ступенем деформації 1014 % за прохід, подальшу остаточну прокатку - зі ступенем деформації 812 % за прохід. Сумарний ступінь обтиснення на остаточній стадії прокатки склав 60 %. Охолодження прокату після завершення остаточної деформації здійснювали з швидкістю (1,02,0)°С/с до 450 °C. Потім на другій стадії термодифузної обробки листи охолоджували в стопі з швидкістю (515) °С/год. в інтервалі температур від 450 до 100 °C, після чого охолоджували на 9 96097 спокійному повітрі до температури цеху 20 °C з швидкістю 0,20,4 °C/с. З отриманого товстолистового прокату завширшки понад 1860 мм виготовляли двошовні труби діаметром 1220 мм за такою технологією. Обидві поздовжні кромки листа піддавали кромкостругальній обробці шляхом задавання листів рольгангом у стан і протягуванням через валки з подальшим струганням різцями з напайкою зі сталі Р6М5 для одержання заданих розмірів кромок і ширини листа. Ширина листа перевірялася комп'ютером. Після фрезерної обробки кромки листа очищалися в пристрої очистки. З обробленими поздовжніми кромками кожен лист подавався до семиклітьового безперервного валково-роликового формувального стану, у якому він формувався у півциліндричну трубну заготовку з подальшим задаванням у збиральний пристрій, у якому дві півциліндричні заготовки з'єднувалися кромка до кромки, утворюючи циліндр, і ланцюговим заштовхувачем задавалися на збиральнозварювальну лінію, що складається з двох послідовно розміщених станів, де зістиковані поздовжні кромки трубної заготовки зварювалися по всій довжині першим технологічним швом методом автоматичного дугового зварювання у середовищі СО2 і, після обертання труби на 180° - другим технологічним швом. 10 Далі трубні заготовки надходили на стани зварювання внутрішніх і зовнішніх робочих швів. Обладнання стана забезпечувало рівномірну якість зварювання по всій довжині труби. Обмежений вміст молібдену у зварювальному дроті в межах 0,600,85 %, вміст сірки - не більше 0,010 %, а вміст фосфору - не більше 0,015 %, дозволив забезпечити стабільно високі механічні характеристики зварного з'єднання (зокрема ударна в'язкість при низьких температурах) при істотному розкиді технологічних параметрів зварювання, при цьому легуючі елементи основного металу труб і зварювального дроту забезпечують сприятливі структуру та хімічний склад наплавленого металу зварного з'єднання. Потім труба калібрувалася на гідромеханічному експандері з пластичною деформацією 0,81,2%. Далі труба піддавалася гідростатичним випробуванням на пресі на тиснення, розраховане так, щоб напруга в стінці з урахуванням осьового підпору не перевищувала SMYS. Після гідростатичних випробувань труба проходила УЗК і РТК зварних швів, УЗК основного металу кінців труб і надходила на фаскообрізний станок для формування фаски на кінцях. За результатами проведених випробувань механічні властивості основного металу труби задовольняли критеріям, наведеним у таблиці нижче. Таблиця Границя теТимчасовий опір рокучості зриву в, МПа t0,5, МПа 510540 590620 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Подовження не менше 2’’, % 2830 Відношення Ударна в'язкість ВПВ-20 °C, KCV-20 °C, %(частка в'язкої t0,5 / в не бі2 Дж/см складової) льше 0,860,89 130140 95100 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601