СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ Российский патент 2005 года по МПК C21D8/10 C21D9/08 

Изобретение направлено на совершенствование технологии упрочнения труб нефтяного сортамента из углеродистых и микролегированных Mb, V, Mo и Сr сталей непосредственно в процессе горячей деформации.

Известен способ термической обработки труб из углеродистых и низколегированных сталей, заключающийся в том, что трубу охлаждают водой по выходу из последней клети стана, при этом охлаждение наружной поверхности начинают с 800-840°С в течение 3-5 с со средней скоростью 30-40°С/с за 6-10 циклов, длительность интенсивного охлаждения в цикле составляет 0,2-0,3 с с паузами между циклами 0,15-0,2 с (патент РФ №2112052, М.кл. С 21 D 9/06, опубл. 27.05.1998 г.).

Недостатком этого способа является то, что он непригоден для упрочнения труб из сталей, микролегированных сильными карбидообразующими элементами, так как после интенсивного охлаждения в конечной структуре стали образуется верхний бейнит. Это приводит к сильному упрочнению, но одновременно резко снижаются пластические характеристики и ударная вязкость.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления труб из микролегированной V и/или Nb стали, по которому трубы после предварительной горячей деформации подвергают охлаждению на воздухе в течение 55-60 с до 735-770°С, нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-850°С, а после деформации осуществляют охлаждение водой в течение 1,5-2 с со средней скоростью 20-25°С/с с дальнейшим охлаждением на воздухе (патент РФ №2163643, М.кл. С 21 D 8/10. опубл. 27.02.2001 г.).

Недостатком данного способа является то, что, как показала практика, при изготовлении труб, особенно диаметром более 73 мм, охлаждение водой после окончания деформации сопровождается появлением овальности, концевой кривизны и отклонением от прямолинейности выше допустимых для нарезных труб норм по ГОСТ 633-80, API5CT и АР15Д. На трубах диаметром 89 мм брак по овальности доходит до 100%, а брак по кривизне в зависимости от сортамента составляет 5-25%. Кроме того, при микролегировании молибденом и особенно комплексом Мb+Мо и Nb+Cr резко повышается устойчивость аустенита и в структуре появляются значительные объемы верхнего бейнита, что приводит к охрупчиванию стали.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа термомеханической обработки труб нефтяного сортамента из микролегированных ниобием, ванадием, молибденом и хромом сталей, который одновременно с повышением прочности, пластичности и хладостойкости стали обеспечивает получение требуемых нормативными документами геометрических параметров труб по овальности и прямолинейности.

Поставленная задача решается тем, что в способе термомеханической обработки труб, включающем предварительную деформацию, выдержку на воздухе, нагрев, окончательную деформацию и ускоренное охлаждение, согласно изобретению нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-870°С, а ускоренное охлаждение до температуры 720-760°С производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения в очаге деформации 40-60°С/с, во время междеформационных пауз 20-30°С/с. При таких условиях горячей деформации стан является не только деформирующим, но и охлаждающим устройством, благодаря чему технологические возможности управления структурой и свойствами труб существенно возрастают. Во время многократной конечной деформации трубы охлаждают до температуры 720-760°С в заневоленном с помощью валков редукционного стана состоянии, что исключает овализацию и искривление труб. Скорость охлаждения труб в заданных пределах регулируется интенсивностью охлаждения валков, расходом и давлением воды, направленной на трубу. В очаге деформации трубы охлаждаются контактом с охлаждаемыми валками, потоками воды, которые поступают на ее поверхность после охлаждения валков, и потоками воды из установленных в клетях спрейеров, а во время междеформационных пауз трубы охлаждаются только водой.

Перед окончательной деформацией с ускоренным охлаждением трубы нагревают до температуры 800-870°С. Повышение верхней границы температурного интервала, по сравнению с прототипом, вызвано расширением состава используемых сталей. При таком нагреве под окончательную деформацию выделившиеся при предварительной деформации и во время последующей выдержки стабильные частицы карбидов и карбонитридов Mb не растворяются и тормозят рост зерен аустенита.

В результате ускоренного охлаждения многократная горячая деформация происходит при понижающихся на каждом последующем этапе температурах и температура конца деформации составляет 720-760°С. Деформация инициирует тенденцию Nb образовывать выделения уже в аустенитной области, поэтому его роль в процессе структурообразования ограничивается измельчением зерна. Находящиеся в твердом растворе микродобавки V, Мо и Сr понижают скорость диффузионного перераспределения углерода, снижают температуру YYY-AAA превращения, поэтому несмотря на измельчение зерна, снижающего устойчивость аустенита, доэвтектоидный феррит при деформации не образуется.

Охлаждение в процессе деформации до температуры ниже 720°С приводит к возрастанию нагрузок на прокатное оборудование выше допустимых и повышению износа валков. При повышении температуры конца деформации выше 760°С снижается степень измельчения аустенитного зерна, кроме того при последующем охлаждении на воздухе образуется до 20% доэвтектоидного феррита.

Скорость охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз взаимосвязаны между собой и согласуются с технологической скоростью прокатки таким образом, чтобы температура конца деформации труб всего сортамента составляла 720-760°С.

Понижение скорости охлаждения ниже указанных пределов потребует для достижения требуемой температуры конца деформации снижения скорости прокатки, а следовательно и снижения производительности стана. Повышение скорости охлаждения нецелесообразно, так как это при технологической скорости прокатки приведет к снижению температуры конца деформации ниже 720°С.

Предлагаемые параметры ускоренного охлаждения в процессе горячей деформации позволяют наряду с требуемой точностью геометрических параметров получить благоприятный комплекс свойств труб из микролегированной стали, то есть обеспечивается решение поставленной в изобретении задачи.

Предлагаемый способ термомеханической обработки труб осуществляется следующим образом.

Труба-заготовка после предварительной деформации в непрерывном стане и охлаждения на воздухе до 735-770°С нагревают в индукционных установках до 800-870°С. Окончательная деформация в многоклетьевом редукционном стане производится одновременно с ускоренным охлаждением труб в заневоленном состоянии, которое достигается с помощью обжимающих трубу валков. Охлаждение осуществляют контактом с поверхностью охлаждаемых валков, потоками воды, которые попадают на поверхность трубы после охлаждения валков и потоками воды, направленными с помощью спрейеров на трубу. Скорость охлаждения трубы регулируется интенсивностью охлаждения самих валков, давлением и удельным объемом воды, направленной на трубу. Охлаждение труб производится до температуры 720-760°С со средней скоростью в очаге деформации 40-60°С/с, а во время междеформационных пауз 20-30°С/с.

Предлагаемый и известный способ были опробованы в линии стана ТПА-80 Трубопрокатного цеха 3 № OAO “Синарский трубный завод” при изготовлении насосно-компрессорных труб размером 60×5,0 мм; 73×5,5 мм и 89×6,0 мм группы прочности "Е" по ГОСТ 632-80. В клетях редукционного стана, оснащенных системой охлаждения валков были установлены кольцевые спрейера для дополнительного охлаждения труб в процессе горячей деформации. Расход воды на систему охлаждения валков составлял 30-60 м³/час и 30-60 м³/час на спрейера. Расход воды и количество охлаждающих клетей подбирались таким образом, чтобы средняя скорость охлаждения в очаге деформации независимо от сортамента составляла 50-55°С/с и 20-25°С/с во время междеформационных пауз, а температура труб после выхода из стана 730-740°С.

Результаты опытных прокаток труб из стали, приведенные в таблице, показали, что по предлагаемому техническому решению можно получать механические свойства группы прочности "Е" и геометрические параметры по овальности и прямолинейности, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 633-80. При производстве труб по прототипу с охлаждением после деформации также достигается требуемый уровень свойств, но процент брака по овализации на трубах диаметром 89 мм доходит до 100%, а на трубах диаметром 60 мм, имеющих наиболее низкую продольную устойчивость, брак по концевой кривизне составляет 25-30%. Таким образом, предлагаемый способ термомеханической обработки позволяет получать недостигаемый при обработке по прототипу уровень точности труб по геометрическим параметрам.

ТаблицаСпособВид охлажденияДиаметр труб, ммМарки сталиСодержание элементов, %Механические свойстваБрак по геометрическим размерам, %    СMuCrNbМоσ_в, кг/ммσ_т
кг/ммδ₅, %ОвальностьКонцевая кривизнаОтклонения от прямолинейностиЗаявляемыйОхлаждение в процессе деформа
ции в редукци
онном стане8948Г2Б0,451,25 0,0380,0893,566,522,02-32-32-3  73
6037ХГБ0,380,660,590,04-90,7
91,261,2
60,822,5
23,02-32-32-3  73
6037Г2С0.361,42---81,2
82,554,2
56,823,5
24,02-32-32-3ПрототипОхлажде
ние водой после деформа
ции в редукци
онном стане8948Г2Б0,450,82-0,0380,0894,668,921,01005-105-10  73
6037ХГБ0,380,660,590,04-89,3
91,559,4
62,822,0
20,33-5
2-310-12
25-307-10
10-12  73
6037Г2С0,361,42---79,3
81,552,4
55,823,0
22,53-5
2-310-12
25-307-10
10-12

Изобретение относится к области металлургии, в частности технологии упрочнения труб нефтяного сортамента из углеродистых и микролегированных Nb, V, Mo и Cr сталей непосредственно в процессе горячей деформации. Техническим результатом изобретения является получение требуемых нормативными документами геометрических параметров труб по овальности и прямолинейности при одновременном повышении прочности, пластичности и хладостойкости стали. Для достижения технического результата осуществляют предварительную деформацию трубы, выдержку на воздухе, нагрев под окончательную деформацию до 800-870°С и ускоренное регулируемое охлаждение до температуры 720-760°С, которое производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз. 1 табл.

Способ термомеханической обработки труб, включающий предварительную деформацию, выдержку на воздухе, нагрев, окончательную деформацию и ускоренное регулируемое охлаждение, отличающийся тем, что нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-870°С, а ускоренное охлаждение до температуры 720-760°С производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз.