RU2122045C1 - Сталь - Google Patents

Сталь Download PDF

Info

Publication number
RU2122045C1
RU2122045C1 RU97118120A RU97118120A RU2122045C1 RU 2122045 C1 RU2122045 C1 RU 2122045C1 RU 97118120 A RU97118120 A RU 97118120A RU 97118120 A RU97118120 A RU 97118120A RU 2122045 C1 RU2122045 C1 RU 2122045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
cerium
titanium
aluminium
aluminum
Prior art date
Application number
RU97118120A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97118120A (ru
Inventor
А.С. Дегай
А.Г. Григорьев
В.Я. Давыдов
Ю.Г. Губин
В.Г. Катюшкин
Р.Н. Меньшикова
В.С. Стародворский
В.И. Сулацков
Л.А. Власов
Л.М. Клейнер
А.П. Медведев
Т.В. Тетюева
Н.Н. Прохоров
Е.Н. Галиченко
Б.С. Глазырин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Северский трубный завод"
Предприятие "Белозерное"
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 Открытое акционерное общество "Северский трубный завод", Предприятие "Белозерное" filed Critical Открытое акционерное общество "Северский трубный завод"
Priority to RU97118120A priority Critical patent/RU2122045C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2122045C1 publication Critical patent/RU2122045C1/ru
Publication of RU97118120A publication Critical patent/RU97118120A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам черных металлов, и предназначено для использования при изготовлении магистральных труб для перекачки нефтепродуктов в условиях северных широт. В сталь, содержащую углерод, кремний, алюминий, марганец, хром, молибден, титан и железо, дополнительно введен церий при следующем содержании ингредиентов, мас.%: углерод 0,06-0,13, кремний 0,15-0,40, марганец 0,30-0,50, хром 0,40-0,70, молибден 0,08-0,15, алюминий 0,01-0,07, титан 0,005-0,09, церий 0,002-0,05, железо - остальное. При этом содержание церия в каждом конкретном составе стали определяется в зависимости от содержания алюминия и титана по формуле: [Се] ≥2,5 х 10-4 /[Al] + 0,8 [Тi], где [Се], [Аl], [Тi] - содержание церия, алюминия и титана соответственно. Одновременное введение в состав стали алюминия, титана и церия в совокупности с другими элементами в заявляемых пределах обеспечивает высокую стойкость стали к сульфидному растрескиванию в сероводородной среде, хорошую свариваемость стали в условиях низких температур и удовлетворительную износостойкость. 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, точнее к сплавам черных металлов, и предназначено для использования при изготовлении магистральных труб из экономнолегированной стали для перекачки нефтепродуктов в условиях северных широт с повышенным ресурсом эксплуатационных трубопроводов, их ремонтопригодности.
Надежность эксплуатации трубопроводов для перекачки нефти обеспечивается двумя основными условиями.
1. Стойкостью к абразивному износу внутренней поверхности труб из-за наличия в перекачиваемых нефтепродуктах механических примесей.
2. Способностью материала труб противостоять сульфидному коррозионному растрескиванию в среде, обогащенной сероводородом.
Механизм сульфидного коррозионного растрескивания представляет собой разрушение стали под воздействием нагрузки (давление, внутренние напряжения) и сероводородной среды по межзеренным участкам и обусловлено проникающим в сталь водородом, скапливающимся в местах трехосного напряженного состояния - границы зерен, карбидные и сульфидные частицы и др. [1]. При этом, чем больше нагрузка, крупнее зерно, чем больше межзеренные участки загрязнены неметаллическими включениями, сульфидными и интерметаллидными пленками и т. д., тем более развитие получает процесс коррозионного разрушения стали.
Известна сталь 12МХ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, титан и железо в следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,16
Марганец - 0,40 - 0,70
Кремний - 0,17 - 0,37
Хром - 0,40 - 0,70
Молибден - 0,40 - 0,60
Железо - Остальное [2]
Указанная сталь обладает удовлетворительным сопротивлением истиранию за счет значительного содержания в ней дорогостоящего молибдена.
Однако недостатком этой стали является то, что изготовленные из нее трубы имеют низкую стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию при контакте со средой, обогащенной сероводородом. Неметаллические включения данной стали представляют собой оксиды и оксисульфиды строчечные 2,0 - 2,5 балла, а также сульфидные пленки, расположенные по границам зерен металла.
Величина зерна термообработанной стали 12МХ составляет 3-4 балла по ГОСТ 5639-82.
Кроме того, при ремонте трубопроводов из стали 12МХ посредством сварки без подогрева в условиях низких температур наблюдалось образование трещин из-за развития явлений подкаливания вблизи сварного шва. Это требовало дополнительных временных и энергетических затрат по обеспечению предварительного подогрева свариваемых участков и их последующего замедленного охлаждения после сварки.
Наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является конструкционная сталь [3], содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, алюминий, титан, ванадий (бор, азот) и железо в следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод - 0,15 - 0,40
Марганец - 0,30 - 1,5
Кремний - 0,01 - 0,50
Хром - 0,20 - 1,50
Молибден - 0,05 - 0,70
Алюминий - 0,01 - 0,10
Титан - 0,005 - 0,05
Ванадий - 0,01 - 0,10
Железо - Остальное
Эта сталь принята за прототип.
Данная сталь обладает более высокой стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию за счет дополнительного введения алюминия, ванадия и титана. Легирование алюминием и ванадием совместно с микролегированием титаном измельчает зерно стали (5 - 6 баллов), задает сложный мелкодисперсный характер Н.В., значительно снижает образование пленочных сульфидных включений по границам зерен. Неметаллические включения представляют собой сложные карбонитриды (0,5 балла) и оксисульфиды округлой формы ( 0,5 - 1,0 балла) расположенные равномерно по границам и внутри зерна.
Однако при легировании данной стали по содержанию алюминия до значений, превышающих 0,07%, наблюдается образование интерметаллидных пленок по границам зерен, металла, что снижает стойкость стали к коррозионному рестрескиванию.
При легировании данной стали по содержанию углерода, марганца и молибдена ближе к верхнему пределу наблюдается более высокая абразивная износостойкость, чем у стали 12МХ, однако, при тех же условиях резко повышается стоимость стали, снижается ремонтопригодность трубопроводов посредством сварки, поскольку указанные выше элементы увеличивают прокаливаемость стали, что вызывает образование трещин в околошовной зоне и делает непригодной данную сталь для сварных труб в условиях низких температур без проведения дополнительных мероприятий по подогреву околошовной зоны до и после сварки.
Задачей изобретения является повышение стойкости труб к сульфидному коррозионному растрескиванию в сероводородной среде с одновременным обеспечением ремонтопригодности посредством сварки в условиях низких температур и стойкости к абразивному износу внутренней поверхности труб.
Поставленная задача достигается благодаря тому, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, молибден, алюминий, титан и железо дополнительно введен церий в следующем соотношении ингредиентов, мас%:
Углерод - 0,06 - 0,13
Кремний - 0,15 - 0,40
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Молибден - 0,08 - 0,15
Алюминий - 0,01 - 0,07
Титан - 0,05 - 0,09
Церий - 0,002 - 0,05
Железо - Остальное.
При этом содержание церия, титана и алюминия соответствуют условию
[Ce]≥2,5•10-4([Al]+0,8[Ti]),
где
[Ce] , [Al] , [Ti] - содержание в стали церия, алюминия и титана соответственно.
Введение алюминия и титана в сталь в заявляемых пределах обеспечивает ее раскисленность, мелкозернистость и дисперсное (равномерное) распределение оксидов и нитридов алюминия и титана по объему металла, что повышает его вязкостые свойства и в совокупности с низким содержанием углерода улучшает свариваемость стали [4].
Введение церия в сталь в заявляемых пределах обеспечивает чистоту границ зерен металла по сульфидным (в т.ч. пленочным) включениям. Из-за большого сродства церия к сере происходит связывание серы в неметаллические включения глобулярной формы, располагающиеся внутри зерен металла. Чистота границ зерен металла и сферическая форма включений обеспечивает высокую стойкость стали к сульфидному коррозионному растрескиванию [5].
Однако, так как церий является активным раскислителем, первоначально возможен механизм связывания церия в окислы. Тогда по отношению к сере церий будет в пассивной форме и образование сульфидов церия с распределением их внутри зерен металла происходить не будет.
Для устранения этого недостатка кислород в стали предварительно связывают другими раскислителями, например алюминием и титаном. При этом, как показали проведенные эксперименты, содержание церия, алюминия и титана в заявляемой стали должно отвечать следующему соотношению.
[Ce]≤2,5•10-4 ([Al] + 0,8[Ti]),
где
[Ce], [Al], [Ti] - процентное содержание церия, алюминия и титана в стали;
(2,5•10-4) - коэффициент пропорциональности;
0,8 - коэффициент способности образования окислов титана по отношению к алюминию приблизительно равен отношению энергий Гиббса (изобарного потенциала) образования оксидов алюминия и титана при 1600oC [6].
Исходя из вышеуказанного соотношения при введении алюминия и титана на верхних заявляемых пределах для связывания и распределения серы в виде неметаллических включений сферической формы внутри зерен металла необходимое количество церия должно быть не менее 0,014%. При содержании церия в первом случае меньше 0,002%, во втором - меньше 0,014% не обеспечит необходимой очистки зерен металла при кристаллизации от серы, т.к. значительная часть введенного церия окажется связанной в окислы и активной формы церия будет недостаточно. Это приводит к снижению стойкости стали к сульфидному коррозионному растрескиванию.
Введение алюминия и титана в сталь ниже заявляемых пределов не приводит к измельчению зерна и оказывается недостаточным для предварительного раскисления стали (для защиты церия от кислорода).
Увеличение размеров зерна увеличивает прокаливаемость, что снижает свариваемость при низких температурах, а также отрицательно сказывается на стойкость стали к сульфидному сероводородному растрескиванию.
Введение алюминия и титана в сталь выше заявляемых пределов приводит к образованию интерметаллидных пленок по границам зерен металла и крупным, неравномерно расположенным по объему металла, оксидам и нитридам, что снижает стойкость к сероводородному растрескиванию.
Введение церия в сталь ниже 0,002% не приводит к заметному увеличению стойкости к сероводородному растрескиванию, а присадка церия, превышающая заявляемый предел, приводит к образованию, так называемой, цериевой неоднородности, снижающей вязкостные свойства стали при низких температурах.
Исследование совместного влияния церия, алюминия и титана производили следующим образом: в лабораторной индукционной печи емкостью 50 кг провели две плавки заявляемой стали с разливкой металла в слитки массой 5 кг, при этом алюминий, церий и титан присаживали в каждый слиток отдельно в различных количествах и соотношениях (алюминий вводили в виде проволоки в струю металла, титан вводили на дно изложницы в виде крупки ферротитана, церий вводили в виде порошка ферроцерия по наполнении 1/2 высоты изложницы). Кроме того, в качестве контрольных произведены плавки известных сталей.
Из подприбыльных частей слитков отрезали пробы на химический анализ. Из тела слитков методом свободной ковки ковались пластины размером 100•150•15 мм. Пластины отжигались и фрезеровались до толщины 10 мм. Стойкость стали против сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением проверяли по методике NACE TM-01-77 на гладких образцах в ячейках в водном растворе, насыщенном сероводородом. Оценивали пороговое напряжение, ниже которого не происходит разрушения образцов при испытании под нагрузкой в течение 720 часов.
Свариваемость определяли путем электросварки охлажденных до -30oC и заневоленных образцов без подогрева с последующей магнитно-порошковой дефектоскопией шва и околошовных зон на наличие трещин.
Стойкость стали к абразивному износу определяли по косвенному признаку - твердости закаленной стали.
Химический состав и результаты испытаний приведены в таблице.
По результатам проведенных исследований определен заявляемый химический состав стали и проведена опытно-промышленная плавка. Сталь выплавляли в 65-тонной мартеновской печи совмещенным процессом. При этом в мартеновской печи приготовляли жидкую стальную заготовку с определенным содержанием углерода, марганца, фосфора, молибдена, а раскисление и легирование кремнием, хромом, марганцем и рафинирование металла производили при выпуске плавки в ковш жидкими лигатурой и синтетическим шлаком, выплавленными в электропечи емкостью 10 т. Алюминий давали в струю металла, ферротитан - в ковш по наполнению 1/3 высоты ковша, ферроцерий давали в промежуточный ковш во время разлива стали на МНЗЛ. Сталь разливали в непрерывнолитые заготовки сечением 450•540 мм. Заготовки подковывались на трубную заготовку ⌀ 400 мм и отправлялись на трубопрокатный завод, где из них были изготовлены трубы диаметром 325 мм и отправлены на промыслы.
Из таблицы видно, что применение заявляемой стали (варианты 2, 4, 12, 14, 17) обеспечивают по сравнению с известными сталями стойкость стали к сульфидному коррозионному растрескиванию, хорошую свариваемость в условиях низких температур с одновременным обеспечением износостойкости.
Опробование показало также, что легирование стали церием, выходящим за заявляемые пределы, приводит либо к недостаточному модифицированию металла (варианты 8, 10, 18, 20), либо к развитию цериевой неоднородности стали (варианты 9, 19), что снижает стойкость стали к сульфидному КР, ухудшает свариваемость стали при низких температурах.
Кроме того, при опробовании выявлено, что стали с содержанием церия, находящимся в заявляемых пределах, но не удовлетворяющим соотношению
[Ce]≥2,5•10-4/[Al]+0,8[Ti] - варианты I, II;
имеют пониженную стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию.
Применение заявляемой стали позволяет по сравнению с вариантом-прототипом улучшить стойкость стали к сульфидному КР с одновременным улучшением свариваемости при низких температурах и обеспечиванием абразивной износостойкости стали.
Источники информации:
1. Ульянин Е. А. Структура и коррозия металлов. Справочник. - М.: Металлургия, 1989, с. 152 и 153.
2. ГОСТ 4543-71. Сталь легированная.
3. Заявка Японии N 60-114552, 24.10.85.
4. Гудремон Э. Специальные стали. - М.: 1960, том. II, с. 1318 - 1319.
5. Ульянин Е.А. Структура и коррозия металлов и сплавов. Справочник. - М.: Металлургия, 1989, с. 148.
6. Крестовиков А.А. и др. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций. - М.: 1963.

Claims (1)

  1. Сталь, содержащая углерод, кремний, алюминий, марганец, хром, молибден, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
    Углерод - 0,06 - 0,13
    Кремний - 0,15 - 0,40
    Марганец - 0,30 - 0,60
    Хром - 0,40 - 0,70
    Молибден - 0,08 - 0,15
    Алюминий - 0,01 - 0,07
    Титан - 0,005 - 0,09
    Церий - 0,002 - 0,05
    Железо - Остальное
    при этом содержание церия, титана и алюминия соответствует условию:
    [Ce]≥2,5•10-4/([Al]+0,8[Ti]),
    где [Ce] , [Al], [Ti] - содержание церия, алюминия и титана соответственно.
RU97118120A 1997-10-23 1997-10-23 Сталь RU2122045C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118120A RU2122045C1 (ru) 1997-10-23 1997-10-23 Сталь

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118120A RU2122045C1 (ru) 1997-10-23 1997-10-23 Сталь

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2122045C1 true RU2122045C1 (ru) 1998-11-20
RU97118120A RU97118120A (ru) 1999-02-27

Family

ID=20198625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118120A RU2122045C1 (ru) 1997-10-23 1997-10-23 Сталь

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2122045C1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2734980C (en) Pearlite rail having superior abrasion resistance and excellent toughness
AU2005264481B2 (en) Steel for steel pipe
EP2881485B1 (en) Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same
CN112981261B (zh) 一种非调质钢及其应用、制品和制法
CN104726790A (zh) 低碳马氏体矿浆输送耐磨无缝管线钢制造无缝管线管的方法
CN110438390A (zh) 一种Φ280mm大规格圆棒材的石油管道阀体用钢及其生产方法
Bizyukov et al. Effects of Zr, Ti, and Al additions on nonmetallic inclusions and impact toughness of cast low-alloy steel
GB2131832A (en) Steel material exhibiting superior hydrogen cracking resistance in a wet sour gas environment
CN112996660B (zh) 包括涂锌的ahss钢板的电阻点焊的接头
JP6733808B2 (ja) 線材、及び平鋼線
RU2362815C2 (ru) Низколегированная сталь и изделие, выполненное из нее
CN107236906B (zh) 耐腐蚀槽道及其生产方法
RU2122045C1 (ru) Сталь
Fay et al. Inoculation solutions against metallurgical problems
KR100825632B1 (ko) 용접부의 가공성 및 강재의 내식성이 우수한 페라이트계스테인리스강 및 그 제조방법
RU2221875C2 (ru) Способ производства бесшовных труб из углеродистой или низколегированной стали повышенной коррозионной стойкости
JPH11245058A (ja) ベイナイト鋼レールのテルミット溶接金属またはそのテルミット剤
WO2014024234A1 (en) Steel plate for high strength steel pipe and high strength steel pipe
RU2060294C1 (ru) Сталь
JP3293024B2 (ja) 耐サワー性の優れた高靱性電縫鋼管用鋼の製造方法
RU2484173C1 (ru) Автоматная свинецсодержащая сталь
RU2747083C1 (ru) Способ производства электросварной трубы из низкоуглеродистой стали, стойкой против водородного растрескивания (варианты)
RU2123539C1 (ru) Малоуглеродистая легированная сталь для холоднотянутой сварочной проволоки
CN110230003B (zh) 一种适用于高寒地区的高强度低合金耐热铸钢材料及其制备工艺
RU2040579C1 (ru) Нержавеющая сталь