CZ281082B6 - Olejářská bezešvá trubka - Google Patents

Olejářská bezešvá trubka Download PDF

Info

Publication number
CZ281082B6
CZ281082B6 CS901236A CS123690A CZ281082B6 CZ 281082 B6 CZ281082 B6 CZ 281082B6 CS 901236 A CS901236 A CS 901236A CS 123690 A CS123690 A CS 123690A CZ 281082 B6 CZ281082 B6 CZ 281082B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
steel
tube
temperature
carbon
maximum
Prior art date
Application number
CS901236A
Other languages
English (en)
Inventor
Aleš Ing. Csc. Kalivoda
Petr Ing. Míček
Eva Ing. Csc. Mazancová
Original Assignee
Nová Huť, A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nová Huť, A.S. filed Critical Nová Huť, A.S.
Priority to CS901236A priority Critical patent/CZ281082B6/cs
Publication of CS123690A3 publication Critical patent/CS123690A3/cs
Publication of CZ281082B6 publication Critical patent/CZ281082B6/cs

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Olejářská bezešvá trubka odolná proti křehkému lomu v prostředí sirovodíku, vyválcovaná z oceli o hmotnostním složení 0,28 až 0,40 % uhlíku; 1,0 až 1,5 % manganu; 0,20 až 0,50 % křemíku; 0,07 až 0,14 % vanadu; max. 0,08 % titanu; 0,001 až 0,003 % bóru, stopy až 0,030 % fosforu, stopy až 0,010 % síry; 0,010 až 0,030 % hliníku, max. 0,14 % mědi; max. 0,20 % niklu a max. 0,30 % chrómu, zbytek železo, se tepelně zpracovává kalením s úplným prokalením v celé její délce a v každém místě její stěny na minimální tvrdost HRC = 0,9 |(50.C) + 29|, kde C značí hmotnostní obsah uhlíku v oceli /%/, a následným popouštěním trubky na minimální popouštěcí teplotu 620 .sup.o .n.C.ŕ

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby olejářské bezešvé trubky odolné proti křehkému lomu, která je určena pro práci v naftových a plynových hlubokých vrtech s výskytem sirovodíku a vyrobena z oceli mikrolegované karbidotvornými prvky a zušlechtěné na zaručené hodnoty odolnosti v sirovodíkovém prostředí.
Dosavadní stav techniky
Požadavky na užitné vlastnosti naftových trubek do náročného prostředí s výskytem sirovodíku, vznikající při rostoucích hloubkách vrtů spolu se ztíženými geologickými podmínkami, vytvářejí novou potřebu zlepšení jejich vlastností.
Nejedná se již jen o zvýšení základních mechanických vlastností ocele v podobě meze RpO 2, ale spíše o soulad nominálních pevnostních vlastností s plasticitou oceli na vysokých popřípadě velmi vysokých absolutních úrovních, které jsou vyžadovány zejména při trojosém napětí, namáhajícím konstrukci naftových kolon tahem, tlakem i ohybem. Takové namáhání je v kyselém prostředí provázeno fyzikálně chemickým jevem koroze pod napětím. To je vyvoláno výskytem sirovodíku, který doprovází průzkum a těžbu nafty a plynu z větších hloubek, popřípadě ze specifických ložisek.
Za určitých podmínek koncentrace sirovodíku převyšující hranici 150 ppm, může být při současném mechanickém zatížení kolony příčinou předčasných křehkých lomů, a to i v případech, kdy zátěž nedosahuje ani poloviny nominální hodnoty meze R__ 9. V takovém pu f z prostředí a při takových podmínkách dochází k degradaci základních vlastností ocele, přičemž tyto nepříznivé vlivy jsou přímo úměrné pevnostním hodnotám, popřípadě tvrdosti oceli.
V běžné praxi je pro toto prostředí akceptována limitní hodnota 23 HRC. U navrhovaného typu ocelí lze však dosáhnout vyšší hodnoty HRC a přitom zachovat odolnost v sirovodíkovém prostředí.
Lze tedy volbou vhodné oceli, jejího tepelného zpracování a následných technologických operací odolnost ocelových trubek proti působení sirovodíku podstatně zvýšit.
Dosud se pro výrobu ocelových bezešvých trub pro práci v prostředí s výskytem sirovodíku používají zejména ocele nízkoa středně legované molybdenem. Tyto trubky mnohdy vykazují vcelku uspokoj ivé vlastnosti při namáhání v hlubokých vrtech se zvýšeným výskytem sirovodíku v podmínkách mezních hodnot pH výplachu a při běžné pracovní teplotě, ale nevyhovují vždy zcela požadavkům na vyšší hodnotu R^ 9. Jejich míra odolnosti je proto v nemalé míře závislá na maximální možné výši teploty popouštění po kalení, která určuje společně s vyloučenými precipitáty a dalšími faktory skutečnou degradační hodnotu ocelové trubky. Navíc při výrobě
-1CZ 281082 B6 trub s obsahem chrómu musí být s ohledem na výsledky výtěžnosti používány náročnější technologické podmínky při jejich válcování, které nejsou běžně v provozních podmínkách k dispozici.
K výrobě olejářských trub určených pro práci v prostředí, ve kterém jsou podrobeny kombinovanému namáhání mechanickou a sirovodíkovou korozí, je známé použití ocele, která je mikrolegovaná vanadem a má následující hmot, složení: 0,28 až 0,35 % uhlíku, 1,10 až 1,40 % manganu, 0,25 až 0,35 % křemíku, 0,15 až 0,20 vanadu, maximálně 0,030 % fosforu a maximálně 0,25 % síry. Její použití je však v současně užívaných rotačních dopředných kalicích systémech, vzhledem k nízké prokalitelnosti, omezeno jen na trubky s menší tloušťkou stěny.
Účinnost zvolených opatření je potom možno ověřit nejen v praxi přímo zabudováním trub do kritického prostředí, ale také provedením laboratorních zkoušek na odolnost proti působení sirovodíku, například podle předpisu NACE. Při takovéto zkoušce je zkušební tyč odebraná z hotové trubky zatěžována staticky tahem v korozní lázni složené z 0,5 % CHgCOOH a 5 % vodného roztoku chloridu sodného, který je při normální teplotě trvale sycen plynným sirovodíkem po dobu 720 hodin. Finální trubka je považována za vyhovující, když při tahovém zatížení, které odpovídá 80 % nominální meze R„„ nedojde během zkoušky v daném prostředí po f Δ a čase k lomu zkušební tyče.
Podstata vynálezu
Způsob výroby olejářské bezešvé trubky odolné proti křehkému lomu v prostředí sirovodíku spočívá v tom, že se trubka válcuje z oceli o hmot, složení 0,28 až 0,40 % uhlíku, 1,00 až 1,50 % manganu, 0,20 až 0,50 % křemíku, 0,07 až 0,14 % vanadu, maximálně 0,08 % titanu, 0,001 až 0,003 % bóru, stopy až 0,020 % fosforu, stopy až 0,015 % síry, 0,010 až 0,030 % hliníku a jako nečistoty maximálně 0,14 % mědi, maximálně 0,2 % niklu a maximálně 0,30 % chrómu, zbytek železo, potom se tepelně zpracovává kalením z kalící teploty 860±10 °C vodní sprchou po celé délce trubky. Prokalení je zjišťované měřením tvrdosti HRC a naměřené hodnoty musí odpovídat vztahu
HRC min =0,9 (C50 +29), kde C přestavuje obsah uhlíku v procentech. Tímto vztahem je určen minimálně 90 % podíl martenzitu ve struktuře po zakalení. Potom se trubka popouští na minimální teplotu 620 °C.
Podle tohoto řešení je zaručená odolnost trubky dána využitím vzájemného spolupůsobeni základních materiálových složek oceli trubky a jejího tepelně-technologického zpracování, tedy kombinací všech shora uvedených znaku. Precipitované karbidy a karbonitridy totiž umožňují aplikovat vysoké teploty popouštění důkladné prokalené martenzitické struktury trubky, a to i v případě výsledné R„_. 9 až 760 MPa.
Popouštění, jehož cílem jsou výsledné hodnoty prahového napětí v sirovodíku (H2S), definované 80 % hodnotou skutečné meze
-2CZ 281082 B6 kluzu Rpo2/ se provádí na minimální popouštěcí teplotu 620 °c s prodlevou na teplotě minimálně 15 minut. Kratší dobu popouštění je možné volit při zvýšené teplotě nad 620 °c.
Zvýšená plasticita základní popouštěné feritické hmoty je důsledkem rozdělení volného a karbidicky vázaného uhlíku a prakticky snižuje hodnotu tvrdosti trubky při nesnížených pevnostních hodnotách, excitovaných karbidy a karbonitridy na příslušných precipitačních hladinách.
Olejářská trubka, vyrobená způsobem podle vynálezu umožňuje zvýšit v prostředí sirovodíku shora definovanou 80 % hodnotu nominální meze kluzu tak, že pro daný účel například zvyšuje hranici nominálně aplikované meze kluzu R 2 ° 15 * reálně z hodnoty 552 MPa na 624 MPa. P '
Materiál tepelně zpracované trubky je charakterizován velmi jemným austenitickým mikrozrnem 8 až 11.
Příklady provedení vynálezu
Bezešvou ocelovou trubku zušlechtěnou podle vynálezu z oceli definovaného složení je možno vyrábět z kruhových předvalků vakuované elektrooceli s nízkou hladinou nečistot, fosforu, síry a nežádoucích doprovodných prvků, zejména niklu, mědi a cínu. Kruhové předvalky mohou být válcovány na bezešvé trubky na válcovacích tratích Mannesmannova typu a poutnickými stolicemi, Stiefelových tratích s automatikem, popřípadě na jiných zařízeních .
Tepelné zpracování trubky kalením z manganové mikrolegované oceli je možné s ohledem na její dostatečnou prokalitelnost provádět až do tloušťky stěny 18 mm jednostrannou intenzivní vodní sprchou s rotačním pohybem trubky a definovanou dopřednou rychlostí. Popouštění trubky je nutno provádět v pecích s regulovaným tepelným režimem s odchylkou maximálně 7,5 °C, aby se dosáhlo rovnoměrné rozložení výsledných mechanických hodnot po délce trubky a v jejím průřezu. Pokud je prováděno rovnání trub po tepelném zpracování za studená, je povolena celková deformace 1,5 %. Při větší deformaci je nutno trubku pro odstranění vnitřního pnutí ještě žíhat.
Způsob výroby podle vynálezu, který je spolu s výslednými užitnými vlastnostmi zřejmý z následujícího popisu, byl vyzkoušen na konkrétním přikladu výroby série trub.
Z oceli s hmot, obsahem 0,30 % uhlíku, 1,27 % manganu, 0,28 % křemíku, 0,10 % vanadu, 0,05 % titanu, 0,002 % boru, 0,013 % fosforu, 0,002 % síry, 0,024 % hliníku a nečistot mědi, niklu a chrómu do maximálního dovoleného obsahu, zbytek železo, která byla vyrobena v 50 t elektrické obloukové peci s následnou rafinací a odlita spodem do kokil s hmotností ingotů 6,8 t, byly vyválcovány kruhové sochory. Z těch byly ve Stiefelově válcovací trati s automatikem vyválcovány trubky s vnějším průměrem 168 mm a tloušťkou stěny 8,9 mm.
-3CZ 281082 B6
Tyto trubky byly tepelně zpracovány kalením v dopředném rotačním zařízení z kalicí teploty 850 až 870 ’C intenzivním ochlazováním vodní sprchou. Prokalení, vyjádřené tvrdostí HRC v každém místě trubky, odpovídalo vztahu pro minimální tvrdost podle vzorce HRC min = 0,9 (50C + 29), kde C je obsah uhlíku v procentech. Nejnižší dosažená hodnota převyšovala vzorcem požadovanou hodnotu 40 HRC. Trubky byly po kalení popouštěny na teplotu 655 ± 5 °C. Dosažené mechanické hodnoty se pohybovaly v rozmezí u meze kluzu od 621 do 682 MPa, pevnosti od 726 do 781 MPa, tažnosti od 24,0 do 31,9 %. Dosažené hodnoty tvrdosti na průřezu stěny trubky maximálně 22,2 HRC a rozdíly v hodnotách tvrdosti po průřezu stěny byly maximálně 2,8 HRC a rozdíly v hodnotách tvrdosti po průřezu stěny byly maximálně 2,8 a minimálně 0,4 HRC. Hodnoty vrubové houževnatosti s vrubem Charpy V byly 168 J při teplotě +20 °C a při teplotě -40 °C dosáhly 156 J.
Výsledná mikrostruktura byla tvořena jemným sorbitem s homogenním rozložením při velikosti zrna 10, která zaručuje rovnoměrnost vlastností na celém průřezu stěny trubky.
Zkušební tyčinky průměru 3 mm byly staticky zatíženy tahem v korozním roztoku 0,5 % kyseliny octové 5 % vodného roztoku chloridu sodného, při trvalém sycení plynným sirovodíkem (zkušební metoda NACE TM-01-77) a vyhověly.
Na 50tunové elektrické peci byla vyrobena tavba ve složení C 0,33; Mn 1,29; Si 0,44; P 0,011; S 0,008; Cu 0,09; Ni 0,08; Cr 0,18, AI 0,2, V 0,09, Ti 0,067, B 0,0021 hmot. %. Ocel byla odlita do ingotů o hmotnosti po 4,5 ta ty potom vyválcovány na sochory o 170 mm. Ze sochorů potom byly na Stiefelově trati vyválcovány trubky o vnějším průměru 95 mm při tloušťce stěny 20 mm. Po provozním tepelném zpracování kalením z teploty 870 ± 5 “C vodní sprchou bylo provedeno měření tvrdosti HRC, které dalo výsledky vyhovující vzorci HRC min. = 0,9 (50C + 29). Po provozním popouštění trubek na teplotu 650 °C byly dosaženy hodnoty meze kluzu 623 až 670 MPa, pevnosti 728 až 790 MPa při tažnosti 24,3 až 32,1 %. Mikrostruktura je tvořena popouštěným martenzitam při velikosti primárního austenitického zrna 10 až 11, a to v celém průřezu stěny trubky. Z trubek byly vyrobeny vzorky, které byly podrobeny zkoušce odolnosti proti působení sirovodíku (NACE - TM - 01 - 77), přičemž byly získány vyhovující výsledky.
Trubky vyrobené podle vynálezu byly v praxi aplikovány v hlubokých vrtech s výskytem sirovodíku a dosažené praktické výsledky uspokojivě potvrdily výsledky zjištěné zkouškami.
Výhodou výroby bezešvých, a podle vynálezu zušlechtěných trub z oceli mikrolegované vanadem, titanem a bórem, je oproti ocelím chrom-molybdenovým jednoduchost a hospodárnost výroby, vysoká prokalitelnost s možnosti vysokých teplot popouštění, které podstatně zlepšují odolnost trub proti křehkému porušení v H2S. Samotná chemická konstituce komplexně mikrolegovaného materiálu (V, Ti, B) umožňuje vedle výrazného zjemnění matrice (přispívá k jemnosti oceli) řízené ovládat v kyselém prostředí rovnoměrnou distribuci atomů vodíku a jejich rovnoměrné uchycení ve vodíkových pastech, kterými jsou, vedle sulfitových směstků, karbidy, respektive karbonitridy mikrolegujících prvků (velmi
-4CZ 281082 B6 silné pasti), ale také například povrchy hranic zrn. To znamená, že v případě vyššího objemového podílu zmíněných pastí budou vodíkové atomy (rovnoměrná distribuce) uchyceny v daném časovém limitu (dáno předpisem API pro odolnost proti sulfidickému koroznímu praskání pod napětím - SSC) v koncentraci nižší, než je kritická koncentrace vedoucí k porušení, takže po 720 hodinové expozici v prostředí H2S není předmětný typ oceli náchylný k SSC.

Claims (1)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    Způsob výroby olejářské bezešvé trubky odolné proti křehkému lomu v prostředí sirovodíku, vyznačující se tím, že se trubka válcuje z oceli o hmot, složení 0,28 až 0,40 % uhlíku, 1,00 až 1,50 % manganu, 0,20 až 0,50 % křemíku,
    0,07 až 0,14 % vanadu, maximálně 0,08 % titanu, 0,001 až 0,003 % boru, stopy až 0,020 % fosforu, stopy až 0,015 % síry, 0,010 až 0,030 % hliníku, maximálně 0,14 % mědi, maximálně 0,20 % niklu a maximálně 0,30 % chrómu, zbytek železo, potom se tepelně zpracovává kalením z teploty 860 ±10 °C ve vodní sprše s dopředným posuvem rychlostí 1,7 až 2,9 m/min na minimální tvrdost
    HRC min = 0,9(50C +29), kde C představuje obsah uhlíku v procentech, a potom se popouští na teplotu 620 ’C a vyšší.
CS901236A 1990-03-14 1990-03-14 Olejářská bezešvá trubka CZ281082B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS901236A CZ281082B6 (cs) 1990-03-14 1990-03-14 Olejářská bezešvá trubka

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS901236A CZ281082B6 (cs) 1990-03-14 1990-03-14 Olejářská bezešvá trubka

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS123690A3 CS123690A3 (en) 1992-02-19
CZ281082B6 true CZ281082B6 (cs) 1996-06-12

Family

ID=5346248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS901236A CZ281082B6 (cs) 1990-03-14 1990-03-14 Olejářská bezešvá trubka

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ281082B6 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ299495B6 (cs) * 2005-12-06 2008-08-13 Comtes Fht, S. R. O. Zpusob výroby vysokopevných nízkolegovaných ocelových trubek

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ299495B6 (cs) * 2005-12-06 2008-08-13 Comtes Fht, S. R. O. Zpusob výroby vysokopevných nízkolegovaných ocelových trubek

Also Published As

Publication number Publication date
CS123690A3 (en) 1992-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10655200B2 (en) Steel material and oil-well steel pipe
CA2754123C (en) Low alloy steel with a high yield strength and high sulphide stress cracking resistance
EP2728030B1 (en) Thick-walled high-strength seamless steel pipe with excellent sour resistance for pipe for pipeline, and process for producing same
US10443114B2 (en) Steel material and oil-well steel pipe
EA008934B1 (ru) Сталь для изготовления труб
BR122017002730B1 (pt) Method of production of a high resistance steel sheet
MX2014002896A (es) Acero al cromo con bajo contenido de carbono, reducido en vanadio y alta resistencia a la corrosion, y metodos de fabricacion.
JPH06104849B2 (ja) 硫化物応力割れ抵抗性に優れた低合金高張力油井用鋼の製造方法
AU2017226126A1 (en) Steel material and oil-well steel pipe
WO2011120108A1 (pt) Aço bainítico para moldes
EP3330398A1 (en) Steel pipe for line pipe and method for manufacturing same
JP4728884B2 (ja) 低サイクル疲労特性に優れた高周波輪郭焼入れ鋼材及び高周波輪郭焼入れ部品
US12104234B2 (en) Steel material
JP7464832B2 (ja) ボルト、及びボルト用鋼材
US4282047A (en) Method of producing steel pipe material for oil well
CZ281082B6 (cs) Olejářská bezešvá trubka
RU2753397C1 (ru) Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали
EP3385398A1 (en) High-strength bolt
CN102383040A (zh) 适用于油井盐膏层套管
CA2486902C (en) Steel for components of chemical installations
Shashidhar et al. Influence of high Mn-Cu-Mo on microstructure and fatigue characteristics of austempered ductile iron
JPS61272316A (ja) 耐応力腐蝕割れ性のすぐれた超高張力鋼の製造法
KR102326047B1 (ko) 소입성 및 내식성이 우수한 b 함유 선재 및 그 제조방법
US20230203631A1 (en) Steel material
CZ287443B6 (cs) Způsob výroby olejářské bezešvé trubky, odolné proti křehkému lomu v prostředí sirovodíku

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20040314