Изобретение относится к композитной трубе, состоящей из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, причем несущая труба изготовлена из некоррозионностойкой стали. Изобретение также относится к способу изготовления композитной трубы, состоящей из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы.
Общеизвестно, что плакированные трубы представляют собой композитные элементы, в которых за счет использования комбинации различных материалов достигаются технические и экономические преимущества. Общеупотребимая комбинация состоит из плакирующих материалов, имеющих хорошую износостойкость и/или устойчивость против коррозии, и материалов для основной или несущей трубы, имеющих хорошие механические свойства. Экономическая эффективность использования таких композитных элементов обеспечивается за счет того, что толщина, как правило, очень дорогих плакирующих материалов может быть уменьшена до размера, технически необходимого для конкретной цели использования, а стабильность композитной трубы достигается за счет использования преимущественно более дешевого материала для основной или несущей трубы.
Из выложенного для всеобщего ознакомления документа Германии DE 3039428A1 уже известен способ изготовления плакированных стальных труб, которые состоят из основной и наружной и/или внутренней стенок. В зависимости от конструкции стальной трубы, которая может быть двух- или трехслойной, основная стенка может служить в качестве внутренней, наружной или промежуточной стенок. Подобные многослойные стальные трубы обычно используются в средах, оказывающих коррозирующее или абразивное воздействие, и их изготовление может быть экономически выгодным, поскольку только стенка или стенки, которые контактируют с коррозионными или абразивными средами, изготавливаются из относительно более дорогого коррозионностойкого защитного металла. В качестве защитных металлов упоминаются износостойкая сталь (износостойкая высокоуглеродистая сталь и износостойкая марганцевая сталь), нержавеющая сталь, никель, никелевые сплавы, титан, титановые сплавы, медь, медные сплавы, хром, хромовые сплавы, алюминий и алюминиевые сплавы. Основными металлами для основной стенки являются углеродистая сталь, легированная сталь, нержавеющая сталь (мартенситная сталь, аустенитная сталь, закаленная сталь и нержавеющая хромомарганцевая сталь) и никелевые сплавы. Для изготовления плакированной стальной трубы с внутренней стенкой из коррозионностойкого защитного металла в основную трубу из основного металла вставляется внутренняя труба из защитного металла. Внутренний диаметр основной трубы и наружный диаметр внутренней трубы выбираются таким образом, чтобы внутреннюю трубу можно было легко вставить. Перед этим наружная поверхность внутренней трубы и внутренняя поверхность наружной трубы очищаются, например, путем зачистки или обработки кислотой. Далее внутренняя и наружная трубы соединяются механически между собой путем обжатия и одно- или многоступенчатой холодной вытяжки на станке для холодного волочения. Затем холоднотянутую трубу нагревают в печи предварительного нагрева и подвергают горячей прокатке до конечного состояния и после этого, в случае необходимости, осуществляют холодную прокатку. За счет горячей прокатки достигается металлургическое соединение внутренней и наружной труб. Чтобы избежать попадания воздуха между внутренней и наружной трубами, преимущественно выполняется наварка на торцевых поверхностях холоднотянутой трубы. Если внутренняя труба имеет более высокий коэффициент теплового расширения по сравнению с наружной трубой, наварка применяться не может. Это имеет место, когда внутренняя труба изготовлена из углеродистой стали, а наружная - из ферритной нержавеющей стали.
Далее, в описании изобретения к европейскому патенту ЕР 0944443В1 представлен способ изготовления труб с внутренним плакированием, состоящих из наружной и внутренней труб. Трубы используются для перекачки жидкостей, оказывающих коррозирующее и/или абразивное воздействие. При этом наружная труба изготавливается из углеродистой стали или другого высокопрочного металлического материала, например, из мартенситной хромистой стали, дуплексной стали или аустенитной высокосортной стали. Внутренняя труба изготавливается из коррозионно- и/или износостойкого металлического материала, например, из мартенситной хромистой стали, дуплексной стали или ферритной, либо аустенитной высокосортной стали, титана, титанового сплава или сплава на никелевой основе. Между наружной и внутренней трубами в целях прессовой посадки за счет механической запрессовки создается соединение с силовым замыканием путем уменьшения диаметра наружной трубы. Для этой цели наружная труба вместе с внутренней протягивается через редукционное кольцо. В частности, в процессе этого наружная труба обжимается настолько, чтобы обусловленная этим механическая деформация внутренней трубы еще оставалась в области упругих деформаций.
В упомянутом описании изобретения к европейскому патенту представлены различные известные способы соединения внутренней и наружной труб в единую композитную трубу. Принципиально различают механическое соединение - так называемое акустически выносливое - и металлургическое соединение. Композитные трубы, в которых используется металлургическое соединение, изготавливаются путем горячего формования, например, путем совместной экструзии, вальцовочного плакирования, изостатического горячего прессования, взрывного плакирования или наварки плакирующего слоя. При этом недостатком может являться то, что любая требуемая термообработка не может быть оптимально адаптирована к обоим материалам композитной трубы. Композитные трубы с механическим соединением изготавливаются, например, путем гидравлического расширения внутренней трубы с одновременным нагревом наружной трубы или без него, расширения внутренней трубы с помощью вытяжной пробки или путем обжатия наружной трубы, как описано выше, с помощью вытяжного кольца. Обычно изготовление композитных труб с использованием механического соединения характеризуется более низкими затратами по сравнению с использованием металлургического соединения. Для композитных труб, использующих механическое соединение, необходимо обеспечить, чтобы в зону между внутренней и наружной трубами не проникала влага, которая может привести к коррозии.
Известные решения имеют тот недостаток, что на основе выбранных исходных материалов изготавливаются основные или несущие трубы, имеющие ограниченную способность формования или же для достижения лучших характеристик формования должны использоваться высоколегированные стали с высоким содержанием хрома и/или никеля, что влечет за собой удорожание.
Исходя из этого, в основе настоящего изобретения лежит задача предложить отличающуюся от других композитную трубу, предназначенную для использования в коррозионной среде и состоящую из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, а также способ изготовления такой композитной трубы, который отличался бы, в частности, невысокими затратами на производство.
Эта задача решается на основе предложения композитной трубы с признаками, описанными в пункте 1 формулы изобретения, и способа ее изготовления согласно пункту 29 формулы. Варианты изобретения, обеспечивающие преимущества, приведены в пунктах 2-28 и 30 формулы изобретения.
Согласно изобретению в композитной трубе, состоящей из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, несущая труба изготовлена из некоррозионностойкой стали, имеющей по крайней мере частично аустенитную структуру, создается путем того, что сталь несущей трубы имеет следующий химический состав (мас.%): C: от 0,005 до 1,4; Mn: от 5 до 35; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас.%): Ni: от 0 до 6; Cr: от 0 до 9; Al: от 0 до 15; Si: от 0 до 8; Mo: от 0 до 3; Cu: от 0 до 4; V: от 0 до 2; Nb: от 0 до 2; Ti: от 0 до 2; Sb: от 0 до 0,5; B: от 0 до 0,5; Co: от 0 до 5; W: от 0 до 3; Zr: от 0 до 4; Ca: от 0 до 0,1; P: от 0 до 0,6; S: от 0 до 0,2; N: от 0,002 до 0,3.
Сталь несущей трубы обладает преимуществом, состоящим в том, что имеет место известный температурно-зависимый ТРИП- (TRIP (Transformation Induced Plasticity - пластичность, наведенная превращением)) или ТВИП-эффект (TWIP - Twinning Induced Plasticity (пластичность, наведенная двойникованием)), который позволяет улучшить характеристики холодного формования стали при формовке труб. Эти эффекты обнаруживаются у высоколегированных, как минимум, частично аустенитных сталей или сталей с высоким содержанием марганца и при пластических деформациях стали отличаются образованием мартенсита деформации (ТРИП-эффект) или образованием двойников при деформации (ТВИП-эффект). Такого рода ТРИП- и ТВИП-стали, а также стали с многофазной структурой обладают очень выгодной комбинацией прочности и характеристик растяжения и вязкости. ТРИП- и/или ТВИП-эффект способствует тому, что при формовке труб (например, путем волочения или внутренней формовки высоким давлением) достигается увеличение прочности несущей трубы при одновременном улучшении характеристик формования. Благодаря увеличению прочности труба может выполняться с меньшей толщиной стенок, что способствует экономии материала и затрат.
Несущая труба предпочтительно изготавливается из стали, которая имеет структуру с содержанием аустенита от 5 до 100%.
В основе настоящего изобретения лежит идея изготовления композитных труб с несущими трубами на основе сталей с высоким содержанием марганца, преимущественно с добавлением алюминия и кремния, которые сами по себе не обладают коррозионной стойкостью. Структура этих сталей является как минимум частично аустенитной и особо отличается высокой прочностью при одновременно хороших характеристиках растяжения и вязкости. Такого рода стали могут изготавливаться, в том числе, с помощью технологии ленточной разливки. Благодаря достижению высокой прочности возможно уменьшение толщины стенок несущей трубы, за счет чего экономятся ресурсы и снижается воздействие на окружающую среду, а также становится возможным использование облегченных конструкций. Добавки алюминия и кремния, помимо всего прочего, снижают удельную плотность и создают дополнительный потенциал в использовании облегченных конструкций.
Такого рода несущие трубы образуют очень хорошую основу для композитных труб, которые в качестве плакированных труб могут использоваться для перекачки веществ, оказывающих коррозирующее воздействие, и/или в условиях воздействия коррозии. Такие композитные трубы могут применяться в условиях высоких механических нагрузок (растяжение, сжатие, напряжение на изгиб и т.д.) и, в частности, также в условиях низких температур.
Композитная труба предпочтительно имеет механическое соединение между несущей трубой и защитной трубой или трубами.
Защитные трубы изготавливаются предпочтительно из устойчивой или инертной к коррозии стали (в частности, CrNi, CrMn, CrMnNi, CrMnN, FeCr, AlCroMaSt) или сплава на основе никеля. Сталь для защитной трубы может также иметь, как минимум, частично аустенитную структуру и/или ТРИП- и/или ТВИП-эффект, а также опционально повышенную устойчивость в отношении абразивного воздействия.
Защитная труба предпочтительно имеет полностью аустенитную структуру. За счет удачной комбинации такой защитной трубы, используемой в качестве внутренней трубы, с несущей трубой из сплава с ТРИП-эффектом, используемой в качестве наружной трубы, может выгодно использоваться эффект увеличения объема наружной трубы за счет ТРИП-эффекта в целях плотного соединения наружной трубы с внутренней.
С другой стороны, для аустенитной несущей трубы в качестве наружной трубы и для одно- или многофазной не полностью аустенитной защитной трубы в качестве внутренней трубы может использоваться эффект повышенного упругого восстановления формы аустенитов таким образом, что аустенитная несущая труба, имеющая модуль упругости, меньший по сравнению с защитной трубой, используемой в качестве внутренней трубы, благодаря совместному расширению обеспечивает улучшенное упругое восстановление формы и за счет этого плотное соединение с внутренней трубой.
Далее, достигнутое преобразование структуры может выгодно использоваться путем того, что аустенитная коррозионностойкая защитная труба надевается на или вставляется в аустенитизированную, при комнатной температуре многофазную, несущую трубу с температурой выше Ас1, в которой при охлаждении происходит, как минимум, частичное фазовое преобразование кубической поверхностно-центрированной (аустенит) в кубическую пространственно-центрированную (феррит/мартенсит/бейнит) фазу с вытекающим отсюда увеличением объема. Увеличение объема способствует плотной запрессовке на аустенитную защитную трубу.
Внутренний диаметр трубы, находящейся снаружи, при этом соответственно оказывается незначительно бóльшим, чем наружный диаметр внутренней трубы.
Такие защитные трубы, в сочетании со сталью несущей трубы, имеющей высокое содержание марганца, по сравнению с трубами, изготавливаемыми обычным способом механического плакирования, могут обеспечить экономию материала и сокращение затрат, при этом композитная труба достигает исключительно высоких механических характеристик применительно к нагрузкам на сжатие и изгиб.
В одном варианте изобретения сталь несущей трубы имеет следующий химический состав (мас.%): C: от 0,005 до 0,9, предпочтительно от 0,01 до <0,3; Mn: более 4,0 до 12, предпочтительно от 4 до 8; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально одного или нескольких из перечисленных далее элементов (мас.%): Al: от 0 до 10, предпочтительно от 0,03 до 0,8; Si: от 0 до 6, предпочтительно от 0,02 до 0,8: Cr: от 0 до 6, предпочтительно от 0,05 до 4; Nb: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,003 до 0,1; V: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,006 до 0,1; Ti: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,002 до 0,5; Mo: от 0 до 3, предпочтительно от 0,01 до 0,8; Cu: от 0 до 3, предпочтительно от 0,05 до 2; Sn: от 0 до 0,5; W: от 0 до 5, предпочтительно от 0,03 до 2; Co: от 0 до 8, предпочтительно от 0,003 до 3; Zr: от 0 до 1, предпочтительно от 0,03 до 0,5; B: от 0 до 0,15, предпочтительно от 0,002 до 0,02; P: макс. 0,1, в частности <0,04; S: макс. 0,1, в частности <0,02; N: макс. 0,1, в частности <0,05; Ca до 0,1.
В одном варианте изобретения защитная труба имеет следующий химический состав (мас.%): C: от 0,005 до 0,8; Cr: от 7 до 30; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас.%): Ni: от 0 до 15; Mn: от 0 до 25; Al: от 0 до 15; Si: от 0 до 8; Mo: от 0,01 до 3; Cu: от 0,005 до 4; V: от 0 до 2; Nb: от 0 до 2; Ti: от 0 до 2; Sb: от 0 до 0,5; B: от 0 до 0,5; Co: от 0 до 5; W: от 0 до 3; Zr: от 0 до 4; Ca: от 0 до 0,1; P: от 0 до 0,6; S: от 0 до 0,2; N: от 0,002 до 0,3.
Во втором варианте изобретения защитная труба имеет следующий химический состав (мас.%): Cr: от 7 до 20; Mn: от 2 до 9; Ni: до 9; C: от 0,005 до 0,4; N: от 0,002 до 0,3; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас.%): Al: от 0 до 3; Si: от 0 до 2; Mo: от 0,01 до 3; Cu: от 0,005 до 4; V: от 0 до 2; Nb: от 0 до 2; Ti: от 0 до 2; Sb: от 0 до 0,5; B: от 0 до 0,5; Co: от 0 до 5; W: от 0 до 3; Zr: от 0 до 2; Ca: от 0 до 0,1; P: от 0 до 0,6; S: от 0 до 0,2.
В третьем варианте изобретения защитная труба имеет следующий химический состав (мас.%): Mn: от 5 до 30; С: от 0,01 до 0,8; Al: от 4 до 10; Cr: от 2 до 10; Si: от 0 до 3,5; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас.%): Co: от 0 до 5; W: от 0 до 3; Ca: от 0 до 0,1; P: от 0 до 0,6; S: от 0 до 0,2; Cu: от 0,005 до 4; Sb: от 0 до 0,5, а также с добавлением опционально соответственно до 1% по весу одного или нескольких элементов из группы: Zr, Ti, V, Nb, B, Mo, Ni, N, редкоземельные элементы.
В четвертом варианте изобретения защитная труба состоит из сплава на основе никеля.
Несущая труба предпочтительно имеет предел прочности при растяжении не менее 800 МПа и относительное удлинение при разрыве не менее 15%.
В соответствии с изобретением предлагается отличающийся от других способ изготовления композитной трубы, состоящей из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, с использованием ранее описанной несущей трубы, при котором несущую трубу и по меньшей мере одну защитную трубу механически или металлургически соединяют друг с другом. Несущую трубу и по меньшей мере одну защитную трубу предпочтительно соединяют друг с другом механически посредством горячей запрессовки, редукционного кольца или совместной развальцовки, либо металлургически путем диффузионного отжига, взрывного или вальцовочного плакирования.
При этом формование несущей трубы предпочтительно осуществляют в соединении ее с, по меньшей мере, одной защитной трубой.
К стали, как правило, добавляются легирующие элементы, чтобы целенаправленно повлиять на определенные характеристики. При этом один легирующий элемент в разных сталях может оказывать воздействие на различные характеристики. Действие и взаимодействие, в общем случае, существенно зависят от количества, присутствия других легирующих элементов и структуры раствора в материале. Взаимозависимости разнообразны и сложны. Ниже более подробно рассматривается воздействие легирующих элементов на сталь несущей трубы. Далее описываются положительные эффекты от использования легирующих элементов в соответствии с изобретением:
Использование обозначения "от" и "до" применительно к содержанию элемента, например, от 5 до 35 мас.%, означает, что крайние точки диапазона - в данном примере 5 и 35 - включены.
Углерод С: Требуется для образования карбидов, стабилизирует аустенит и повышает прочность. Высокое содержание углерода ухудшает сварочные свойства и приводит к ухудшению характеристик растяжения и вязкости стали, в связи с чем устанавливается максимальное содержание 1,4% по весу. Для достижения достаточной прочности материала предусмотрено минимальное содержание 0,005% по весу.
Марганец Mn: Марганец стабилизирует аустенит, повышает прочность и вязкость и делает возможным образование в стали несущей трубы мартенсита и двойников, вызываемых деформацией. Содержание менее 5% по весу недостаточно для стабилизирования аустенита и, таким образом, ухудшает характеристики растяжения. Для марганцевой стали несущей трубы предпочтителен диапазон содержания от 5 до 35% по весу.
Никель Ni: Никель стабилизирует аустенит и улучшает характеристики растяжения, в частности, при низких рабочих температурах, в связи с чем опционально устанавливается максимальное содержание 6,0 % по весу, причем предпочтительным является содержание от 1 до 4% по весу.
Хром Cr: Улучшает прочность и снижает скорость коррозии, замедляет феррито- и перлитообразование и образует карбиды. Максимальное содержание устанавливается опционально 9% по весу, так как более высокое содержание приводит к ухудшению характеристик растяжения. Предпочтительным является содержание добавки хрома от 0,5 до 5% по весу.
Алюминий Al: Алюминий используется для дезоксидации сталей. Кроме этого, содержание алюминия улучшает характеристики прочности и растяжения, уменьшает удельный вес и оказывает положительное воздействие на условия преобразования сплава в соответствии с изобретением. Опционально устанавливается максимальное содержание 15% по весу. Предпочтительным является содержание алюминия от 0,5 до 11% по весу.
Кремний Si: Ограничивает диффузию углерода, уменьшает удельный вес и повышает прочность, улучшает характеристики растяжения и вязкости. Опционально устанавливается максимальное содержание 8% по весу, предпочтительным является содержание от 0,3 до 5% по весу.
Молибден Mo: Действует как сильный карбидообразующий элемент и повышает прочность. Содержание молибдена более 3% по весу ухудшает характеристики растяжения, в связи с чем опционально устанавливается максимальное содержание 3% по весу, предпочтительным является содержание от 0,01 до 1,8% по весу.
Медь Cu: Снижает скорость коррозии и повышает прочность. Содержание выше 4% по весу ухудшает обрабатываемость из-за образования легкоплавких фаз при литье и горячей прокатке, в связи с чем опционально устанавливается максимальное содержание 4% по весу, предпочтительным является содержание от 0,005 до 3% по весу.
Типовыми микролегирующими элементами являются ванадий, ниобий и титан. Эти элементы могут растворяться в кристаллической решетке железа и образовывать в соединении с углеродом и азотом карбиды, нитриды и карбонитриды.
Ванадий V и ниобий Nb: Эти элементы оказывают действие по уменьшению зерен, в частности, за счет образования карбидов, благодаря этому одновременно повышается прочность, вязкость и улучшаются характеристики растяжения. Опционально максимальное содержание каждого элемента устанавливается 2% по весу, предпочтительным является содержание от 0,004 до 1% по весу.
Титан Ti: В качестве карбидообразующего элемента оказывает действие по уменьшению зерен, благодаря этому одновременно повышается прочность, вязкость и улучшаются характеристики растяжения, а также уменьшается межкристаллитная коррозия. Опционально устанавливается максимальное содержание 2% по весу, предпочтительным является содержание от 0,005 до 1,2% по весу.
Сурьма Sb: Сурьма уменьшает диффузию углерода, азота, кислорода и алюминия, за счет чего, в частности, лучше осаждаются карбиды, нитриды и карбонитриды. Благодаря этому улучшается эффективное использование этих легирующих элементов, что повышает экономичность и снижает потребление ресурсов, а также улучшаются характеристики прочности, растяжения и вязкости. Содержание выше 0,5% по весу приводит к нежелательному осаждению сурьмы на границах зерен и, тем самым, к ухудшению характеристик растяжения и вязкости. Поэтому опционально устанавливается максимальное содержание 0,5% по весу, предпочтительным является содержание от 0,003 до 0,2% по весу.
Бор В: бор улучшает прочность и стабилизирует аустенит. Опционально устанавливается максимальное содержание 0,5% по весу, предпочтительным является содержание от 0,0003 до 0,1% по весу.
Кобальт Со: Кобальт повышает прочность стали, стабилизирует аустенит и улучшает жаростойкость. Содержание выше 5% по весу ухудшает характеристики растяжения в сплавах, составляющих предмет изобретения, поэтому опционально устанавливается максимальное содержание 5% по весу, предпочтительным является содержание от 0,01 до 3% по весу.
Вольфрам W: Вольфрам действует как карбидообразующий элемент и повышает прочность и жаростойкость. Содержание вольфрама выше 3% по весу ухудшает характеристики растяжения, поэтому опционально устанавливается максимальное содержание 3% по весу, предпочтительным является содержание от 0,1 до 2% по весу.
Цирконий Zr: Цирконий действует как карбидообразующий элемент и повышает прочность. Содержание циркония выше 4% по весу ухудшает характеристики растяжения, поэтому опционально устанавливается максимальное содержание 4% по весу, предпочтительным является содержание от 0,005 до 2% по весу.
Кальций Са: Кальций используется для преобразования неметаллических оксидных компонентов, которые иначе могут привести к появлению нежелательных включений в структуру, действующих как места концентрации напряжений и ослабляющих связность металла. Кроме этого, кальций улучшает однородность сплава, являющегося предметом изобретения. Содержание свыше 0,1% по весу не приносит дополнительного преимущества в отношении преобразования включений, ухудшает обрабатываемость и не должно использоваться по причине высокого давления паров кальция в плавке стали. Поэтому опционально устанавливается максимальное содержание 0,1% по весу.
Фосфор Р: Является рассеянным элементом железной руды и растворяется в кристаллической решетке железа в качестве атома замещения. Фосфор за счет упрочнения смешанных кристаллов увеличивает твердость стали и улучшает ее способность к закалке. Как правило, всё же пытаются уменьшить, насколько возможно, содержание фосфора, так как он, в числе прочего, из-за своей малой скорости диффузии сильно склонен к ликвации и существенно снижает вязкость. Из-за отложения фосфора на границах зерен при горячей прокатке могут возникать трещины вдоль их границ. Наряду с этим, фосфор повышает температуру перехода от вязкого до хрупкого состояния на величину до 300 К. По указанным выше причинам содержание фосфора опционально ограничивается на уровне меньше или равном 0,6% по весу, предпочтительным является содержание от 0,0005 до 0,1% по весу.
Сера S: Как и фосфор, связана в качестве рассеянного элемента в железной руде. В стали она, в общем, нежелательна, так как вызывает склонность к высокой ликвации и увеличивает хрупкость. Кроме этого, сера образует с марганцем сульфид марганца (MnS), который присутствует в строчечной структуре и, в частности, ухудшает характеристики растяжения и вязкости. Поэтому пытаются достичь, по возможности, минимальных значений содержания серы в плавке (например, с помощью обработки в глубоком вакууме). По указанным выше причинам содержание серы опционально ограничивается на уровне меньше или равном 0,2% по весу.
Азот N: Азот также является сопутствующим элементом производства стали. В растворенном состоянии он улучшает характеристики прочности и вязкости марганцевых сталей с содержанием марганца, большим или равным 5% по весу. Связывание азота в форме нитридов возможно за счет присадок легирующего элемента, например, алюминия, ванадия, ниобия или титана. По указанным выше причинам содержание азота опционально ограничивается на уровне меньше или равном 0,3% по весу, предпочтительным является содержание от 0,004 до 0,2% по весу.
Композитная труба 1, составляющая предмет изобретения, более подробно поясняется с помощью следующих чертежей:
фиг.1 - изображение в разрезе композитной трубы 1 в первом варианте исполнения,
фиг.2 - изображение в разрезе композитной трубы 1 во втором варианте исполнения и
фиг.3 - изображение в разрезе композитной трубы 1 в третьем варианте исполнения.
Композитная труба 1, изготовленная в соответствии с изобретением, состоит согласно фиг.1-3 из несущей трубы 2 и по меньшей мере одной механически соединенной с ней защитной трубы 3.
Защитная труба 3 может находиться внутри (см. фиг.1) или снаружи (см. фиг.2). Возможна также комбинация с защитной трубой внутри и снаружи (см. фиг.3). Несущая труба 2 выполнена, как описано выше, из некоррозионностойкой стали, с высоким содержанием марганца; защитная труба 3 - из устойчивой или инертной к коррозии стали. При этом внутренняя и наружная защитные трубы 3 могут быть также выполнены из различных материалов. По композитной трубе 1, выполненной согласно фиг.1, внутри защитной трубы 3 композитной трубы 1 могут перекачиваться вещества, оказывающие коррозионное воздействие. При этом защитная труба 3 предпочтительно выполнена таким образом, что ее толщина определяется только требованием к ее коррозионной стойкости. Несущая трубы 2 благодаря использованию стали с высоким содержанием марганца может иметь заметно меньшую толщину стенок и все еще будет обеспечивать высокую прочность на сжатие и изгиб, по сравнению с обычной несущей трубой 2 из углеродистой стали. Кроме этого, за счет увеличения толщины стенок несущей трубы 2, выполненной из стали с высоким содержанием марганца, может достигаться заметно более высокая прочность на сжатие, по сравнению с несущими трубами 2 на основе углеродистой стали. С помощью композитной трубы 1, выполненной согласно фиг.2, вещества, не оказывающие агрессивного или коррозионного воздействия, могут перекачиваться по трубе, проходящей во внешней агрессивной или коррозирующей среде.
Композитная труба 1, состоящая из несущей трубы 2 и защитной трубы 3, вместо второй защитной трубы 3 снаружи или внутри может также предусматривать активное и/или пассивное антикоррозийное покрытие, например, в форме металлического (например, покрытие из цинка, цинкового сплава, никеля или хрома) либо другого органического или неорганического покрытия или лакокрасочного материала. Соединение между собой концов композитных труб 1 может осуществляться различными способами с применением таких технологий, как, например, сварка, лазерная, контактная сварка, склеивание, зажимные, фланцевые соединения или использование резьбовых муфт.
Несущая труба 2 соединяется с защитной трубой или трубами 3 известным металлургическим или механическим способом. В качестве технологий металлургического соединения могут быть упомянуты, например, совместная экструзия, вальцовочное плакирование, изостатическое горячее прессование, взрывное плакирование или наварка плакирующего слоя. В качестве технологий механического соединения, например, применительно в варианту исполнения с внутренней защитной трубой 3, могут рассматриваться гидравлическое расширение защитной трубы 3 с одновременным нагревом несущей трубы 2 или без него, расширение защитной трубы 3 с помощью вытяжной пробки или путем обжатия несущей трубы 2 с помощью вытяжного кольца.
Перед механическим соединением несущая труба 2 и защитная труба или трубы 3 вдвигаются друг в друга. При этом внутренняя защитная труба 3 имеет немного меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр несущей трубы 2, или же наружная защитная труба 3 имеет немного больший внутренний диаметр, чем наружный диаметр несущей трубы 2. При этом защитная труба 3 и несущая труба 2 могут быть как без шва или с продольным сварным швом, так и со спиральным сварным швом.
Изобретение описано выше применительно к композитным трубам 1 с круглым сечением. Разумеется, что данное изобретение находит применение и для композитных труб 1 с любым сечением (например, многогранным, эллиптическим или сечением, изменяющимся по длине трубы), а также для труб с внутренним формованием высоким давлением (IHU).
Труба, изготовленная в соответствии с изобретением, может использоваться в областях, где имеет место коррозирующее и/или абразивное внешнее воздействие, или для перекачки коррозирующих и абразивных веществ. Применение предусматривается, в частности, в следующих областях: производство промышленного оборудования (например, оборудования для химической или фармацевтической промышленности), оборудования для пищевой промышленности, котлостроение (например, автоклавы и ресиверы), добывающая техника (например, добыча нефти и газа, перекачка других веществ), производство труб (например, для нефтепродуктов и газа), применение в низкотемпературных процессах (например, сжижение газа, транспортировка сжиженного газа, в качестве материала обшивки для (высокотемпературных) сверхпроводников, криогенная техника), транспортное машиностроение (например, грузовые автомобили, строительная/сельскохозяйственная техника), применения в области внутреннего формования высоким давлением (например, автомобилестроение, производство промышленного оборудования).
Перечень условных обозначений
1 композитная труба
2 несущая труба
3 защитная труба.
Изобретение относится к области изготовления плакированных труб и касается композитной трубы и способа ее изготовления. Труба состоит из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, причем несущая труба изготовлена из некоррозионностойкой стали, имеющей как минимум частично аустенитную структуру, со следующим химическим составом (мас. %): C: от 0,005 до 1,4; Mn: от 5 до 35; остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас. %): Ni: от 0 до 6; Cr: от 0 до 9; Al: от 0 до 15; Si: от 0 до 8; Mo: от 0 до 3; Cu: от 0 до 4; V: от 0 до 2; Nb: от 0 до 2; Ti: от 0 до 2; Sb: от 0 до 0,5; B: от 0 до 0,5; Co: от 0 до 5; W: от 0 до 3; Zr: от 0 до 4; Ca: от 0 до 0,1; P: от 0 до 0,6; S: от 0 до 0,2; N: от 0,002 до 0,3. Изобретение также относится к способу изготовления композитной трубы, состоящей из несущей трубы и по меньшей мере одной защитной трубы, механически или металлургически соединенных друг с другом. Изобретение обеспечивает повышение технологичности композитной трубы, предназначенной для использования в коррозионной среде. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Композитная труба, состоящая из несущей трубы (2) и по меньшей мере одной защитной трубы (3), отличающаяся тем, что несущая труба (2) изготовлена из некоррозионностойкой стали, имеющей как минимум частично аустенитную структуру, со следующим химическим составом (мас. %):
С: от 0,005 до 1,4
Mn: от 5 до 35
остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением по меньшей мере одного из следующих элементов (мас. %):
Ni: от 0 до 6
Cr: от 0 до 9
Al: от 0 до 15
Si: от 0 до 8
Мо: от 0 до 3
Cu: от 0 до 4
V: от 0 до 2
Nb: от 0 до 2
Ti: от 0 до 2
Sb: от 0 до 0,5
В: от 0 до 0,5
Со: от 0 до 5
W: от 0 до 3
Zr: от 0 до 4
Са: от 0 до 0,1
Р: от 0 до 0,6
S: от 0 до 0,2
N: от 0,002 до 0,3.
2. Композитная труба согласно п. 1, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Ni: от 1 до 4.
3. Композитная труба согласно п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Cr: от 0,5 до 5.
4. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Аl: от 0,5 до 11.
5. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Si: от 0,3 до 5.
6. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Мо: от 0,01 до 1,8.
7. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Cu: от 0,005 до 3.
8. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): V: от 0,004 до 1.
9. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Nb: от 0,004 до 1.
10. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-9, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Ti: от 0,005 до 1,2.
11. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Sb: от 0,003 до 0,2.
12. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-11, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): В: от 0,0003 до 0,1.
13. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-12, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Со: от 0,01 до 3.
14. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-13, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): W: от 0,1 до 2.
15. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-14, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Zr: от 0,005 до 2.
16. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-15, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): Р: от 0,0005 до 0,1.
17. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-16, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %): N: от 0,004 до 0,2.
18. Композитная труба согласно п. 1, отличающаяся тем, что сталь несущей трубы содержит (мас. %):
С: от 0,005 до 0,9, предпочтительно от 0,01 до <0,3
Mn: более 4,0 до 12, предпочтительно от 4 до 8
остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально одного или нескольких из перечисленных далее элементов (мас. %):
Аl: от 0 до 10, предпочтительно от 0,03 до 0,8
Si: от 0 до 6, предпочтительно от 0,02 до 0,8
Cr: от 0 до 6, предпочтительно от 0,05 до 4
Nb: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,003 до 0,1
V: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,006 до 0,1
Ti: от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,002 до 0,5
Мо: от 0 до 3, предпочтительно от 0,01 до 0,8
Cu: от 0 до 3, предпочтительно от 0,05 до 2
Sn: от 0 до 0,5
W: от 0 до 5, предпочтительно от 0,03 до 2
Со: от 0 до 8, предпочтительно от 0,003 до 3
Zr: от 0 до 1, предпочтительно от 0,03 до 0,5
В: от 0 до 0,15, предпочтительно от 0,002 до 0,02
Р: макс. 0,1, в частном случае <0,04
S: макс. 0,1, в частном случае <0,02
N: макс. 0,1, в частном случае <0,05
Ca до 0,1.
19. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-18, отличающаяся тем, что несущая труба (2) имеет предел прочности при растяжении не менее 800 МПа и относительное удлинение при разрыве не менее 15%.
20. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-19, отличающаяся тем, что несущая труба (2) изготовлена из стали, в которой при воздействии механических напряжений возникает ТРИП- и/или ТВИП-эффект.
21. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-20, отличающаяся тем, что несущая труба (2) изготовлена из стали, которая имеет структуру с содержанием аустенита от 5 до 100%.
22. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-21, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна защитная труба (3) изготовлена из устойчивой или инертной к коррозии стали.
23. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-22, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна защитная труба (3) имеет по крайней мере частично аустенитную структуру, и в ней при воздействии механических напряжений возникает ТРИП- и/или ТВИП-эффект.
24. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-23, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна защитная труба (3) имеет полностью аустенитную структуру.
25. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-24, отличающаяся тем, что защитная труба (3) изготовлена из устойчивой или инертной к коррозии стали со следующим химическим составом (мас. %):
С: от 0,005 до 0,8
Cr: от 7 до 30
остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас. %):
Ni: от 0 до 15
Mn: от 0 до 25
Al: от 0 до 15
Si: от 0 до 8
Мо: от 0,01 до 3
Cu: от 0,005 до 4
V: от 0 до 2
Nb: от 0 до 2
Ti: от 0 до 2
Sb: от 0 до 0,5
В: от 0 до 0,5
Со: от 0 до 5
W: от 0 до 3
Zr: от 0 до 4
Са: от 0 до 0,1
Р: от 0 до 0,6
S: от 0 до 0,2
N: от 0,002 до 0,3.
26. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-24, отличающаяся тем, что защитная труба (3) изготовлена из устойчивой или инертной к коррозии стали со следующим химическим составом (мас. %):
Cr: от 7 до 20
Mn: от 2 до 9
Ni: до 9
С: от 0,005 до 0,4
N: от 0,002 до 0,3
остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас. %):
Al: от 0 до 3
Si: от 0 до 2
Мо: от 0,01 до 3
Cu: от 0,005 до 4
V: от 0 до 2
Nb: от 0 до 2
Ti: от 0 до 2
Sb: от 0 до 0,5
В: от 0 до 0,5
Со: от 0 до 5
W: от 0 до 3
Zr: от 0 до 2
Са: от 0 до 0,1
Р: от 0 до 0,6
S: от 0 до 0,2.
27. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-24, отличающаяся тем, что защитная труба (3) изготовлена из устойчивой или инертной к коррозии стали со следующим химическим составом (мас. %):
Mn: от 5 до 30%
С: от 0,01 до 0,8%
Al: от 4 до 10%
Cr: от 2 до 10%
Si: от 0 до 3,5%
остальное - железо, включая обязательные элементы стали, с добавлением опционально следующих элементов (мас. %):
Со: от 0 до 5
W: от 0 до 3
Са: от 0 до 0,1
Р: от 0 до 0,6
S: от 0 до 0,2
Cu: от 0,005 до 4
Sb: от 0 до 0,5,
а также с добавлением опционально соответственно до 1% по весу одного или нескольких элементов из группы: Zr, Ti, V, Nb, В, Mo, Ni, N, редкоземельные элементы.
28. Композитная труба согласно как минимум одному из пп. 1-24, отличающаяся тем, что защитная труба (3) изготовлена из устойчивого или инертного к коррозии сплава на основе никеля.
29. Способ изготовления композитной трубы (1), состоящей из несущей трубы (2) и по меньшей мере одной защитной трубы (3), с использованием композитной трубы (1) согласно как минимум одному из пп. 1-28, отличающийся тем, что несущую трубу (2) и по меньшей мере одну защитную трубу (3) механически или металлургически соединяют друг с другом.
30. Способ согласно п. 29, отличающийся тем, что несущую трубу (2) подвергают формованию в соединении с по меньшей мере одной защитной трубой (3), в частности, с использованием внутреннего формования высоким давлением.
| WO 9825712 A1, 18.06.1998 | |||
| DE 102010034161 A1, 22.09.2011 | |||
| WO 03025240 A1, 27.03.2003 | |||
| DE 3039428 A1, 06.05.1982. |
