ТРУБА ДЛЯ НЕФТЕГАЗОПРОДУКТОПРОВОДОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2002 года по МПК C21D9/08 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству труб для нефтегазопродуктопроводов и других конструкций, работающих под давлением при температурах от минус 100 до плюс 450^oС.

Известна труба для нефтегазопроводов, изготовленная из холоднокатаной стали, содержащей углерод, марганец, серу, никель, молибден, медь, РЗМ, магний, кремний, фосфор, хром, азот, ванадий, кобальт, вольфрам, кальций, железо и примеси. Труба обладает повышенным сопротивлением коррозии в среде H₂S-СO₂-Сl^- (патент США 4400211, С 22 С 19/05, 23.08.1983).

Известна также сварная труба для нефтяных скважин с высокой вязкостью при низкой температуре, выполненная из горячекатаной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, кальций, железо и примеси (патент Японии JР 51-85932, C 21 D 9/46, 28.05.1982).

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является известная труба для нефтегазопроводов, выполненная из стальной горячекатаной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, ванадий, ниобий, азот, никель, хром, алюминий, РЗМ, титан, медь, железо и примеси (SU 863707, С 22 С 38/58, 15.09.1982).

Известные трубы не обладают требуемым современным комплексом качественных характеристик технологических, механических и эксплуатационных свойств металла.

Известен способ изготовления труб, включающий выплавку стали, горячую прокатку слитков на лист, формовку листа и сварку трубы (Матвеев Ю.М., Ружинский М. Б. , Ромашов А.А. и Халомец Е.М. "Технология производства электросварных труб", М., Металлургия, 1967 г., с. 78-130).

Известен также способ получения высокопрочных сварных труб для нефтепроводов, включающий выплавку стали, содержащей 0,08-0,26% углерода, 0,8-1,9% марганца, до 0,5% кремния, остальное железо и примеси, разливку, горячую прокатку слитков, закалку, смотку в рулон, формовку трубной заготовки, сварку, закалку и отпуск (DE 36117725 Al, C 21 D 8/10, 04.12.1986).

Известен способ изготовления стальной трубы электросваркой, включающий выплавку стали, содержащей углерод, марганец, алюминий, ванадий и ниобий, разливку, горячую прокатку полосовой заготовки, формовку и сварку (US 4410369, C 21 D 8/10, 18.10.1983).

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является известный способ производства трубы для нефтепроводов, включающий выплавку стали, содержащей углерод, марганец, кремний, никель, хром, медь, титан, кальций, алюминий, азот, серу, ванадий и железо, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку за несколько проходов на лист с заданной степенью деформации, формовку трубной заготовки и сварку (RU 2048541 С1, C 21 D 8/02, 21.11.1995).

Известные способы не позволяют изготовить трубу, обладающую требуемыми сегодня высокими технологическими, механическими и эксплуатационными свойствами по свариваемости, пластичности, прочности, ударной вязкости особенно при отрицательных температурах, трещиностойкости и коррозионной стойкости.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение трубы для работы в агрессивных средах в интервале температур от минус 100 до плюс 450^oС, обладающей высокими технологическими характеристиками, прочностными свойствами, ударной вязкостью, стойкостью к охрупчиванию, коррозионной стойкостью, повышенной долговечностью и надежностью в эксплуатации.

Для достижения технического результата трубу для нефтегазопродуктопроводов изготавливают из стального горячекатаного листа, лист получают из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03-0,11
Марганец - 0,90-1,80
Кремний - 0,06-0,60
Хром - 0,005-0,30
Никель - 0,005-0,30
Ванадий - 0,02-0,12
Ниобий - 0,03-0,10
Титан - 0,010-0,040
Алюминий - 0,010-0,055
Кальций - 0,001-0,005
Сера - 0,0005-0,008
Фосфор - 0,0005-0,010
Азот - 0,001-0,012
Медь - 0,005-0,25
Сурьма - 0,0001-0,005
Олово - 0,0001-0,007
Мышьяк - 0,0001-0,008
Железо - Остальное
при этом содержания углерода, азота меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям
C+10N<0,14
10P+Cu<0,14
2P+Sn+Sb+As<0,035,
где С, N, Р, Сu, Sn, Sb, As - концентрации углерода, азота, фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка, мас.%.

Для достижения технического результата способ производства трубы для нефтегазопродуктопроводов включает выплавку стали, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку за несколько проходов с заданной степенью деформации на лист, формовку и сварку трубы, сталь выплавляют на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03-0,11
Марганец - 0,90-1,80
Кремний - 0,06-0,60
Хром - 0,005-0,30
Никель - 0,005-0,30
Ванадий - 0,02-0,12
Ниобий - 0,03-0,10
Титан - 0,010-0,040
Алюминий - 0,010-0,055
Кальций - 0,001-0,005
Сера - 0,0005-0,008
Фосфор - 0,0005-0,010
Азот - 0,001-0,012
Медь - 0,005-0,25
Сурьма - 0,0001-0,005
Олово - 0,0001-0,007
Мышьяк - 0,0001-0,008
Железо - Остальное
при этом содержания углерода, азота меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям
C+10N<0,14
10Р+Cu<0,14
2Р+Sn+Sb+As<0,035,
где С, N, Р, Сu, Sn, Sb, As - концентрации углерода, азота, фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка, маc.%,
горячую прокатку ведут с уменьшением степени деформации в каждом последующем проходе в 1,25-2,5 раза по сравнению с предыдущим проходом и при температуре, удовлетворяющей следующему соотношению:
Тн.пр. - Тк.пр. <200^oС,
где Тн.пр. и Тк.пр. - температуры начала и конца прокатки в проходе соответственно.

Принципиальной отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что трубу изготавливают из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах с заявленным химическим составом и низкими содержаниями примесей. Строгое соблюдение требований, предъявляемых к трубе и способу ее производства, обосновано результатами исследований.

Так, если содержание углерода в металле трубы выше 0,11% то ухудшаются свариваемость, пластичность и вязкость стали; если содержание углерода ниже 0,03% - снижается прочность стали.

Увеличение содержания марганца, кремния и хрома соответственно выше 1,8; 0,6 и 0,3% снижает ударную вязкость и повышает температуру хрупко-вязкого перехода. Введение этих элементов в количествах, ниже заявленных минимальных, не обеспечивает требуемой прочности металла.

Повышение содержания титана, ниобия и ванадия выше верхних пределов снижает пластичность и вязкость основного металла и зоны термического влияния сварного соединения при отрицательных и высоких температурах. При содержании этих элементов меньше нижних пределов не достигается необходимой прочности и пластичности стали при температурах до плюс 450^oС.

Содержание в стали фосфора и серы в указанных пределах обеспечивает высокую свариваемость, хладостойкость и коррозионную стойкость металла.

Положительная роль кальция в выбранном диапазоне концентраций обусловлена его благоприятным влиянием на морфологию сульфидов: глобулизация сульфидов повышает пластичность и вязкость стали.

Соблюдение соотношения
C+10N<0,14
обеспечивает высокую свариваемость, пластичность и ударную вязкость металла. Превышение указанной величины приводит к существенным снижениям этих характеристик стали.

При невыполнении ограничения
10P+Cu<0,14
появляется хрупкий излом и заметно снижаются сопротивление хрупкому разрушению и коррозионная стойкость металла.

Несоблюдение соотношения
2P+Sn+Sb+As<0,035
увеличивает вероятность зарождения и распространения трещин и приводит к охрупчиванию металла в процессе изготовления и эксплуатации трубы.

Способ производства трубы предусматривает выплавку стали с использованием первородных или чистых шихтовых материалов, внепечную обработку ее в ковше, прокатку на лист за два или более проходов, причем степень деформации в каждом последующем проходе должна быть в 1,25-2,5 раза меньше чем в предыдущем при температуре, удовлетворяющей следующему соотношению:
Тн.пр. -Тк.пр. <200^oС,
где Тн.пр. и Тк.пр. - температуры начала и конца прокатки в проходе соответственно.

Если при прокатке листа степень деформации в каждом последующем проходе будет отличаться от предыдущего больше чем в 2,5 раза, то в изломе металла появится полосчатость, и пластичность стали будет ниже требуемой величины; а если разница в степенях деформации окажется меньше чем в 1,25 раза, то укрупнится излом металла и уменьшится ударная вязкость стали.

Если разница температур начала и конца прокатки в проходе превысит 200^oС, то структура металла укрупнится и снизится ударная вязкость стали.

Примеры осуществления заявленного способа изготовления трубы указаны в табл.1-4.

В табл. 1 приведены технологические особенности выплавки стали и термодеформационные режимы прокатки листа для трубы. Плавки 1, 2 и 3 проведены в открытых печах на первородных или чистых шихтовых материалах с внепечным рафинированием в ковше. Плавка 4 для сравнения выплавлена на обычном шихтовом материале - стальном ломе без внепечного рафинирования.

В табл.2 представлен химический состав металла трубы.

В табл.3 показано влияние характеристических соотношений содержания углерода и вредных примесей на хрупковязкие свойства металла трубы.

В табл.4 приведены механические свойства металла трубы.

Приведенные результаты свидетельствуют, что заявленные химический состав и технологические параметры способа изготовления трубы обеспечивают достижение высоких современных требований по технологическим, механическим и эксплуатационным характеристикам трубы. Трубы превосходят известные отечественные и находятся на уровне лучших зарубежных аналогов.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству труб для нефтегазопродуктопроводов. Технический результат изобретения заключается в получении трубы для работы в агрессивных средах при температурах от минус 100 до плюс 450^oС, в том числе в условиях Крайнего Севера. Трубы обладают высокими технологическими и прочностными свойствами, пластичностью, ударной вязкостью при температурах до минус 100^oС, стойкостью к охрупчиванию, трещинообразованию, коррозионной стойкостью, повышенной долговечностью и надежностью в эксплуатации. Для достижения технического результата трубу для нефтегазопродуктопроводов изготавливают из горячекатаного листа, полученного из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,03-0,11, марганец 0,90-1,80, кремний 0,06-0,60, хром 0,005-0,30, никель 0,005-0,30, ванадий 0,02-0,12, ниобий 0,03-0,10, титан 0,010-0,040, алюминий 0,010-0,055, кальций 0,001-0,005, сера 0,0005-0,008, фосфор 0,0005-0,010, азот 0,001-0,012, медь 0,005-0,25, сурьма 0,0001-0,005, олово 0,0001-0,007, мышьяк 0,0001-0,008, железо - остальное, при этом содержания углерода, азота меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям С+10N<0,14, 10Р+Cu<0,14, 2Р+Sn+Sb+As<0,035, где С, N, P, Cu, Sn, Sb, As - концентрации углерода, азота, фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка, мас.%, горячую прокатку листа для трубы ведут с уменьшением степени деформации в каждом последующем проходе в 1,25-2,5 раза по сравнению с предыдущим проходом. Температура при прокатке должна удовлетворять соотношению Тн.пр. - Тк.пр. <200^oС, где Тн.пр. и Тк.пр. - температуры начала и конца прокатки в проходе соответственно. Трубы, изготовленные в соответствии с заявленным изобретением, отвечают всем высоким современным требованиям, предъявляемым к трубам для газонефтепродуктопроводов, и находятся на уровне лучших зарубежных аналогов. 2 с. п. ф-лы, 4 табл.

1. Труба для нефтегазопродуктопроводов, изготовленная из стального горячекатаного листа, отличающаяся тем, что лист получают из стали, выплавленной на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод - 0,03-0,11
Марганец - 0,90-1,80
Кремний - 0,06-0,60
Хром - 0,005-0,30
Никель - 0,005-0,30
Ванадий - 0,02-0,12
Ниобий - 0,03-0,10
Титан - 0,010-0,040
Алюминий - 0,010-0,055
Кальций - 0,001-0,005
Сера - 0,0005-0,008
Фосфор - 0,0005-0,010
Азот - 0,001-0,012
Медь - 0,005-0,25
Сурьма - 0,0001-0,005
Олово - 0,0001-0,007
Мышьяк - 0,0001-0,008
Железо - Остальное
при этом содержания углерода, азота, меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям
С+10N<0,14
10Р+Cu<0,14
2Р+Sn+Sb+As<0,035,
где С, N, P, Cu, Sn, Sb, As - концентрации углерода, азота, фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка, мас. %. 2. Способ производства трубы для нефтегазопродуктопроводов, включающий выплавку стали, обработку в ковше, разливку, горячую прокатку на лист за несколько проходов с заданной степенью деформации, формовку и сварку, отличающийся тем, что сталь выплавляют на первородных или чистых шихтовых материалах при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод - 0,03-0,11
Марганец - 0,90-1,80
Кремний - 0,06-0,60
Хром - 0,005-0,30
Никель - 0,005-0,30
Ванадий - 0,02-0,12
Ниобий - 0,03-0,10
Титан - 0,010-0,040
Алюминий - 0,010-0,055
Кальций - 0,001-0,005
Сера - 0,0005-0,008
Фосфор - 0,0005-0,010
Азот - 0,001-0,012
Медь - 0,005-0,25
Сурьма - 0,0001-0,005
Олово - 0,0001-0,007
Мышьяк - 0,0001-0,008
Железо - Остальное
при этом содержания углерода, азота меди, фосфора, сурьмы, олова и мышьяка должны удовлетворять соотношениям
С+10N<0,14
10Р+Cu<0,14
2Р+Sn+Sb+As<0,035,
где С, N, P, Cu, Sn, Sb, As - концентрации углерода, азота, фосфора, меди, олова, сурьмы и мышьяка, мас. %,
горячую прокатку ведут с уменьшением степени деформации в каждом последующем проходе в 1,25-2,5 раза по отношению к предыдущему проходу и при температуре, удовлетворяющей следующему соотношению:
Т н. пр. - Т к. пр. < 200^oС,
где Т н. пр. и Т к. пр. - температуры начала и конца прокатки в проходе соответственно.