СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ Российский патент 2012 года по МПК C21D9/14 C22C38/26 E21B17/01 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления полых изделий, предусматривающим изменение физической структуры металла, и может быть использовано при изготовлении труб, эксплуатирующихся в нефтяных скважинах с агрессивными средами, содержащими сероводород и углекислый газ.

Известен способ изготовления высокопрочных насосно-компрессорных и обсадных труб для нефтяных скважин, согласно которому трубу изготавливают из стали, содержащей углерод в пределах 0,06-0,18% и легированной хромом, марганцем, никелем, молибденом, ванадием, ниобием, алюминием, бором, азотом и РЗМ в количествах и соотношении элементов, обеспечивающих закалку охлаждением на воздухе, и осуществляют подогрев под редуцирование или калибровку диаметра до температуры 1000-1050°C (патент РФ №2070585, МПК C21D 9/14). Однако трубы, изготовленные по этому способу, обладая достаточными прочностными характеристиками, не обладают при этом необходимой коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ изготовления насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающий раскатку стенки при температуре 1200-950°C, охлаждение на воздухе до температуры 700-750°C, нагрев до температуры 890-910°C и редуцирование или калибровку диаметра при температуре 800-820°C с последующим охлаждением на воздухе (Технологическая инструкция Первоуральского новотрубного завода ТИ 159-ТР.ТБ-252-04). Однако при использовании для изготовления труб из коррозионно-стойких сталей типа 15Х5МФБЧ данный способ не позволяет получить однородные структуру и свойства по сечению и длине трубы, что соответственно приводит к нестабильности механических и коррозионных свойств трубы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка необходимых механических и коррозионных характеристик по длине и сечению трубы.

Поставленная задача решается путем того, что в предложенном способе изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающем раскатку стенки, охлаждение на воздухе, редуцирование или калибрование диаметра и последующее охлаждение на воздухе, в отличие от прототипа трубы изготавливают из стали, легированной хромом, молибденом, ванадием, ниобием, РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод не более 0,16 Кремний 0,30-0,50 Марганец 0,50-0,70 Хром 3,00-6,00 Молибден 0,40-1,00 Ванадий 0,04-0,10 Ниобий 0,04-0,10 Алюминий 0,02-0,05 РЗМ 0,005-0,015 Железо и неизбежные примеси остальное,

раскатку стенки ведут при температуре 1050-900°C, охлаждение на воздухе после раскатки осуществляют до температуры 700-650°C и при этой температуре проводят редуцирование или калибровку диаметра.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в том, что предложенные последовательность операций и температурные режимы их проведения позволяют сформировать такую структуру стали, которая обеспечивает стабильность ее характеристик как по сечению, так и по длине изготовленной трубы. Как показали проведенные дилатометрические, дюрометрические и металлографические исследования, при изготовлении труб из стали указанного состава известным способом в результате охлаждения после редуцирования в интервале 800-820°C в структуре стали от границ аустенитных зерен сдвиговым путем формируются колонии верхнего и нижнего бейнита. По границам бывших аустенитных зерен сохраняются микрообъемы доэвтектоидного феррита (см. фиг.1 - микроструктура металла насосно-компрессорной трубы из стали 15Х5МФБЧ после проката по ТИ 159-ТР.ТБ-252-04, × 2000), что негативно сказывается на прочностных и вязко-пластических характеристиках металла трубы. Кроме того, при последующем охлаждении в структуре стали могут образоваться микротрещины ввиду различного удельного объема аустенита и феррита. Согласно предложенному способу исключается операция подогрева перед редуцированием и само редуцирование проводится при более низких температурах 700-650°C. В предложенном диапазоне температур сталь находится в аустенитном состоянии (ГЦК решетка), при этом, за счет снижения количества барьеров на пути движения дефектов структуры, происходит разупрочнение металла с ГКЦ решеткой, что существенно облегчает прокат. При данном способе изготовления труб формируется однородная мартенсито-бейнитная структура (см. фиг.2 - микроструктура металла насосно-компрессорной трубы из стали 15Х5МФБЧ по предлагаемому способу изготовления, × 2000). Зерна доэвтектоидного феррита выделиться не успевают. Кроме того, в структуре стали происходит выделение карбидов и карбонитридов ванадия, замедляющих рост аустенитного зерна. Формирование равномерной мелкозернистой мартенситно-бейнитной структуры по толщине и длине трубы после редуцирования не требует проведения последующей дорогостоящей нормализации и позволяет получить необходимые стабильные механические и коррозионные характеристики трубы.

В заводских условиях была произведена прокатка насосно-компрессорных труб ⌀ 73×5,5 мм из стали 15Х5МФБЧ (химический состав приведен в таблице 1). Температурные параметры прокатки приведены в таблице 2, в таблице 3 - механические свойства по длине трубы.

Таблица 1 Химический состав стали марки 15Х5МФБЧ (плавка №35143) Массовая доля элементов, % C Si Mn S P Cr Ni Cu Al Mo V Са Nb Ce N, ppm O, ppm H, ppm 0,14 0,40 0,56 0,004 0,011 4,67 0,07 0,06 0,03 0,41 0,044 0,0015 0,04 0,008 90 13 2

Таблица 2 № трубы/
режима Темп-ра перед подогр. печью, °C Время нагрева в подогр. печи, с Темп-ра перед редукционным станом, °C Темп-ра после редукционного стана, °C 1 - - 773-815 729 2 680 30 765-769 697 3 630 40 711-716 657 4 590 40 640-670 657 5 590 40 630-670 650

Таблица 3 № Температура раскатки, °C Темп-ра ред-я, °C σ_в, кгс/мм² σ_т, кгс/мм² δ, % перед. конец трубы задний конец трубы перед. конец трубы задний конец трубы перед. конец трубы задний конец трубы 1 1050 697 134,3 136,8 95,5 98,4 15,5 12,0 2 950 672 138,0 141,0 106,5 105,0 13,0 12,5 3 900 657 137,9 134,3 92,9 99,5 14,0 14,0 4 910 657 138,5 137,1 99,7 100,0 14,5 14,5 5 925 650 142,6 143,0 103,5 103,8 15,0 14,5

Как видно из полученных данных, все механические характеристики сохранили стабильность по длине трубы.

Изобретение относится к области обработки коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб. Трубы изготавливают из стали, содержащей, мас.%: углерод не более 0,16, кремний 0,30-0,50, марганец 0,50-0,70, хром 3,00-6,00, молибден 0,40-1,00, ванадий 0,04-0,10, ниобий 0,04-0,10, алюминий 0,02-0,05, РЗМ 0,005-0,015, железо и неизбежные примеси - остальное, раскатку стенки трубы ведут при температуре 1050-900°C, охлаждение на воздухе после раскатки осуществляют до температуры 700-650°C и при этой температуре проводят редуцирование или калибровку диаметра. Техническим результатом изобретения является формирование структуры стали, которая обеспечивает стабильность ее характеристик по длине изготовленной трубы. 3 табл., 2 ил.

Способ изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающий раскатку стенки трубы, охлаждение на воздухе, редуцирование или калибрование диаметра и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что трубы изготавливают из стали, легированной хромом, молибденом, ванадием, ниобием и РЗМ, при следующем содержании компонентов, мас.%:
углерод не более 0,16 кремний 0,30-0,50 марганец 0,50-0,70 хром 3,00-6,00 молибден 0,40-1,00 ванадий 0,04-0,10 ниобий 0,04-0,10 алюминий 0,02-0,05 РЗМ 0,005-0,015 железо и неизбежные примеси остальное,