RU2552794C2 - Oil schedule cold-resistant pipe - Google Patents
Oil schedule cold-resistant pipe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552794C2 RU2552794C2 RU2013131969/02A RU2013131969A RU2552794C2 RU 2552794 C2 RU2552794 C2 RU 2552794C2 RU 2013131969/02 A RU2013131969/02 A RU 2013131969/02A RU 2013131969 A RU2013131969 A RU 2013131969A RU 2552794 C2 RU2552794 C2 RU 2552794C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- max
- manganese
- cold
- strength
- mpa
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым при изготовлении труб для добычи нефти и газа, например насосно-компрессорных, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях макроклиматического холода при снижении температуры до минус 60°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to structural steels used in the manufacture of pipes for oil and gas production, for example, tubing, which can be operated both under ordinary conditions and in conditions of macroclimatic cold when the temperature drops to minus 60 ° C.
Известны низкоуглеродистые марганцовистые стали в хладостойком исполнении со следующими составами (масс.%): углерод 0,09-0,12; кремний 0,20-0,35; марганец 0,90-1,35; молибден 0,01-0,10; никель 1,5-2,0; алюминий 0,020-0,045; церий 0,005-0,010; цирконий 0,005-0,010; сера 0,001-0,008; фосфор 0,001-0,008 [пат. РФ №2233348, опубл. 27.07.2004] и углерод 0,08-0,12; кремний 0,40-0,80; марганец 0,90-1,20; хром 0,01-0,50; молибден 0,20-0,35; никель 0,30-0,90; церий 0,01-0,02; кальций 0,005-0,050; сера не более 0,020; фосфор не более 0,020 [пат. РФ 2340698, опубл. 10.12.2008].Known low-carbon manganese steels in cold-resistant performance with the following compositions (wt.%): Carbon 0.09-0.12; silicon 0.20-0.35; Manganese 0.90-1.35; molybdenum 0.01-0.10; nickel 1.5-2.0; aluminum 0.020-0.045; cerium 0.005-0.010; zirconium 0.005-0.010; sulfur 0.001-0.008; phosphorus 0.001-0.008 [US Pat. RF №2233348, publ. 07/27/2004] and carbon 0.08-0.12; silicon 0.40-0.80; Manganese 0.90-1.20; chromium 0.01-0.50; molybdenum 0.20-0.35; nickel 0.30-0.90; cerium 0.01-0.02; calcium 0.005-0.050; sulfur no more than 0,020; phosphorus no more than 0,020 [US Pat. RF 2340698, publ. 12/10/2008].
Недостатком данных составов является низкий уровень прочностных свойств (предел прочности (σв) не более 600 МПа и предел текучести (σт) не более 480 МПа) после закалки с отпуском, что не позволяет их применять для труб нефтяного сортамента, подвергающихся значительным растягивающим нагрузкам на протяжении всего срока эксплуатации.The disadvantage of these compositions is the low level of strength properties (tensile strength (σ in ) not more than 600 MPa and yield strength (σ t ) not more than 480 MPa) after quenching with tempering, which does not allow them to be used for oil assortment pipes subjected to significant tensile loads throughout the entire life cycle.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является марганцовистая сталь по ГОСТ 4543-71, имеющая следующее соотношение компонентов (масс.%):Closest to the claimed invention is manganese steel according to GOST 4543-71, having the following ratio of components (wt.%):
углерод 0,26-0,39;carbon 0.26-0.39;
кремний 0,17-0,37;silicon 0.17-0.37;
марганец 1,40-1,80;manganese 1.40-1.80;
сера не более 0,035;sulfur no more than 0,035;
фосфор не более 0,035;phosphorus no more than 0,035;
хром не более 0,30;chrome no more than 0.30;
никель не более 0,30;nickel not more than 0.30;
медь не более 0,30;copper no more than 0.30;
железо остальное.iron the rest.
Известно применение марганцовистой стали по ГОСТ 4543-71 в качестве материала для изготовления труб нефтяного сортамента группы прочности Е по ГОСТ 633-80, ГОСТ 632-80 по схеме закалки с отпуском [Черная металлургия. Бюл. НТИ №16. 1985 г. с.11-28; заявка на изобретение №2007103426 от 10.08.2008, Бюл. №22].It is known the use of manganese steel according to GOST 4543-71 as a material for the manufacture of pipes of oil assortment of strength group E according to GOST 633-80, GOST 632-80 according to the quenching scheme with tempering [Ferrous metallurgy. Bull. NTI No. 16. 1985 p. 11-28; Application for invention No. 2007103426 dated 08/10/2008, Bull. No. 22].
Недостатком данного состава является то, что хладостойкость, оцениваемая по величине ударной вязкости при температуре испытания минус 60°С (KCV-60), в высокопрочном состоянии (σв не менее 690 МПа и σт не менее 552 МПа) после закалки с отпуском не удовлетворяет требованиям международного стандарта API 5СТ.The disadvantage of this composition is that the cold resistance, estimated by the value of impact strength at a test temperature of minus 60 ° C (KCV -60 ), in high strength condition (σ at least 690 MPa and σ t at least 552 MPa) after quenching with tempering is not Meets the requirements of the international standard API 5CT.
Кроме того, марганец в количестве более 1,20% оказывает отрицательное влияние на однородность микроструктуры по сечению за счет его склонности к дендритной ликвации в литом металле, которая приводит к химической неоднородности исходного аустенита и при термической обработке (закалке с отпуском) к формированию выраженной феррито-карбидной полосчатости. Участки микроструктуры, обогащенной карбидной фазой, обладают низкой энергоемкостью и увеличивают скорость разрушения металла, особенно в высокопрочном состоянии и при воздействии пониженных температур.In addition, manganese in an amount of more than 1.20% has a negative effect on the uniformity of the microstructure over the cross section due to its tendency to dendritic segregation in the cast metal, which leads to chemical heterogeneity of the initial austenite and during heat treatment (quenching with tempering) to form pronounced ferrites carbide bandedness. Sections of the microstructure enriched in the carbide phase have a low energy intensity and increase the rate of metal destruction, especially in the high-strength state and when exposed to low temperatures.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание марганцовистой хладостойкой стали с повышенной конструктивной прочностью в условиях пониженных температур (от 0°С до минус 60°С).The technical problem to which the invention is directed is the creation of manganese cold-resistant steel with high structural strength at low temperatures (from 0 ° C to minus 60 ° C).
Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в том, что при достижении максимальных показателей предела прочности 900 МПа и предела текучести 830 МПа сопротивление металла ударным нагрузкам удовлетворяет требованиям международного стандарта API 5СТ при пониженной температуре 0°С (работа удара не менее 41 Дж) и требованиям хладостойкого исполнения (ударная вязкость не менее 70 Дж/см2 при снижении температуры до минус 60°С).The technical result provided by the implementation of the claimed invention is expressed in the fact that when reaching the maximum strength of 900 MPa and yield strength of 830 MPa, the metal resistance to impact loads meets the requirements of the international standard API 5CT at a low temperature of 0 ° C (impact work of at least 41 J ) and the requirements of cold-resistant design (impact strength of at least 70 J / cm 2 when the temperature drops to minus 60 ° C).
Указанный результат достигается тем, что в известном составе марганцовистой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, железо и неизбежные примеси, снижено содержание марганца (ниже критической величины проявления ликвации) и вредных примесей неметаллов при следующем соотношении компонентов (масс.%):The specified result is achieved by the fact that in the known composition of manganese steel containing carbon, silicon, manganese, iron and inevitable impurities, the content of manganese (below the critical value of segregation) and harmful impurities of non-metals is reduced in the following ratio of components (wt.%):
углерод 0,28-0,34;carbon 0.28-0.34;
кремний 0,15-0,37;silicon 0.15-0.37;
марганец 0,90-1,20;Manganese 0.90-1.20;
алюминий 0,02-0,05;aluminum 0.02-0.05;
сера не более 0,010;sulfur not more than 0.010;
фосфор не более 0,015;phosphorus no more than 0.015;
хром не более 0,25;chrome no more than 0.25;
никель не более 0,25;nickel no more than 0.25;
медь не более 0,25;copper no more than 0.25;
азот не более 0,012;nitrogen not more than 0.012;
остаточные примеси (V, Mo, Ti) и железо остальное.residual impurities (V, Mo, Ti) and iron rest.
Технический результат, обеспечиваемый за счет выбранного содержания отдельных химических элементов в стали, определяется следующими факторами.The technical result provided by the selected content of individual chemical elements in the steel is determined by the following factors.
Углерод (0,28-0,34) вводится для достижения прочностных свойств, верхнее предельное содержание 0,34% регламентировано во избежание образования закалочных трещин при охлаждении в воде.Carbon (0.28-0.34) is introduced to achieve strength properties, the upper limit content of 0.34% is regulated in order to avoid the formation of quenching cracks during cooling in water.
Марганец (0,90-1,20) обеспечивает упрочнение стали за счет повышения устойчивости переохлажденного аустенита, не снижая при этом вязкопластических свойств, и дает эффект раскисления стали. При содержании марганца более 1,20% ярко выражена ликвация марганца и ухудшение хладостойкости.Manganese (0.90-1.20) provides hardening of steel by increasing the stability of supercooled austenite, without reducing the viscoplastic properties, and gives the effect of deoxidation of steel. With a manganese content of more than 1.20%, manganese segregation and deterioration in cold resistance are pronounced.
Ограничения серы (не более 0,010) и фосфора (не более 0,015) строго регламентированы для минимизации их отрицательного влияния на стойкости стали против хрупкого разрушения по причине образования сегрегации по границам зерен аустенита.Limitations of sulfur (not more than 0.010) and phosphorus (not more than 0.015) are strictly regulated to minimize their negative impact on the resistance of steel against brittle fracture due to the formation of segregation along the boundaries of austenite grains.
Хром, никель и медь (не более 0,25 каждого) являются неизбежными примесями в стали, в особенности в результате использования скрап-процесса при производстве стали. Содержание хрома, никеля и меди в количестве до 0,25% каждого дополнительно упрочняет сталь за счет того, что перлитное и бейнитное превращения по диаграмме распада переохлажденного аустенита сдвигаются в область более низких температур.Chrome, nickel and copper (not more than 0.25 each) are unavoidable impurities in steel, especially as a result of using the scrap process in steel production. The content of chromium, nickel and copper in an amount of up to 0.25% each additionally strengthens the steel due to the fact that pearlite and bainitic transformations in the decomposition diagram of supercooled austenite are shifted to lower temperatures.
В условиях Синарского трубного завода были изготовлены трубы из известной, принятой за прототип, и предлагаемой в изобретении стали с оценкой особенностей микроструктуры, уровня механических свойств и хладостойкости. Результаты приведены в таблицах: 1 - варианты химического состава, 2 - механические свойства, 3 - испытания на ударный изгиб и на рисунках: 1 - микроструктура металла после закалки с отпуском, 2 - поверхность разрушения образцов после испытаний на ударный изгиб.In the conditions of the Sinarsky Pipe Plant, pipes were made from the well-known accepted as a prototype and the steel proposed in the invention with an assessment of the microstructure, mechanical properties and cold resistance. The results are shown in tables: 1 - chemical composition options, 2 - mechanical properties, 3 - impact bending tests and in the figures: 1 - metal microstructure after quenching with tempering, 2 - fracture surface of samples after impact bending tests.
В результате комплексных исследований труб из известной, принятой за прототип, и предлагаемой в изобретении стали после закалки с отпуском установлено следующее:As a result of complex studies of pipes from the well-known, adopted for the prototype, and proposed in the invention of the steel after quenching with tempering established the following:
1) при одном уровне прочностных свойств неудовлетворительная хладостойкость, оцениваемая по величине ударной вязкости при температуре испытания минус 60°С (KCV-60 не менее 70 Дж/см2), сопровождается наличием повышенной неоднородности микроструктуры металла, представляющей собой феррито-карбидную полосчатость в виде светло- и темнотравящихся полос (травление шлифа для выявления микроструктуры в 2-4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте). Тип микроструктуры - сорбит отпуска;1) at one level of strength properties, poor cold resistance, estimated by the value of impact strength at a test temperature of minus 60 ° C (KCV -60 of at least 70 J / cm 2 ), is accompanied by the presence of increased heterogeneity of the metal microstructure, which is a ferrite-carbide banding in the form light and dark etching bands (thin section etching to reveal the microstructure in a 2-4% solution of nitric acid in ethyl alcohol). Type of microstructure - vacation sorbitol;
2) формирование неоднородной микроструктуры металла обусловлено химической неоднородностью по содержанию марганца вследствие его склонности к дендритной ликвации в литом металле, так соотношение содержания марганца в светло- (Mnсв) и темнотравящихся (Mnтем) полосах сорбита отпуска составляет в среднем 1,38 (Mnсв/Mnтем=1,25…1,51) по данным микрорентгеноспектрального анализа химического состава, то есть разница содержания марганца в различных участках объема металла оценивается до 1,5 раз на образцах с неудовлетворительной хладостойкостью (KCV-60 не менее 70 Дж/см2);2) formation of inhomogeneous microstructure due to metal chemical manganese content of inhomogeneity due to its propensity to dendritic segregation in the cast metal, so the ratio of manganese content in the light (Mn communication) and temnotravyaschihsya (Mn order) release
3) поверхность излома образцов после испытаний на ударный изгиб с неудовлетворительной хладостойкостью (KCV-60 не менее 70 Дж/см2) практически полностью образовалась в результате хрупкого разрушения по механизму квазискола. В зоне квазискола присутствуют отдельные элементы вязкого разрушения - гребни отрыва имеющие ямочное строение.3) the fracture surface of the samples after impact bending tests with poor cold resistance (KCV -60 of at least 70 J / cm 2 ) was almost completely formed as a result of brittle fracture by the quasiscole mechanism. In the quasiscole zone, there are separate elements of viscous fracture — separation ridges having a dimple structure.
Таким образом, достигаемый уровень прочностных свойств и хладостойкости труб из предлагаемой стали делают эффективным ее использование после закалки с отпуском в соответствии с международным API Spec 5СТ и другими стандартами, которые содержат требования к величине сопротивления металла ударным нагрузкам при температурах 0°С и ниже, а также для эксплуатации в условиях макроклиматического холода при снижении температуры до минус 60°С.Thus, the achieved level of strength properties and cold resistance of the pipes of the proposed steel make it effective to use after quenching with tempering in accordance with international API Spec 5CT and other standards that contain requirements for the value of metal resistance to impact loads at temperatures of 0 ° C and lower, and also for operation in conditions of macroclimatic cold when the temperature drops to minus 60 ° C.
Кроме того, преимуществом заявляемого изобретения является более низкая себестоимость металла по сравнению с прототипом за счет снижения содержания основного легирующего элемента (марганца).In addition, the advantage of the claimed invention is the lower cost of metal compared to the prototype by reducing the content of the main alloying element (manganese).
Claims (1)
при этом она имеет предел прочности 900 МПа или менее, предел текучести 830 МПа или менее, сопротивление ударным нагрузкам при 0°С не менее 41 Дж и ударную вязкость при -60°С не менее 70 Дж/см2. An oil gauge pipe made of hardened and tempered steel containing carbon, silicon, manganese, aluminum, sulfur, phosphorus, chromium, nickel, copper, nitrogen, iron and inevitable impurities, characterized in that it is made of steel containing components in the following ratio, wt.%:
however, it has a tensile strength of 900 MPa or less, a yield strength of 830 MPa or less, impact resistance at 0 ° C of at least 41 J and impact strength at -60 ° C of at least 70 J / cm 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013131969/02A RU2552794C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Oil schedule cold-resistant pipe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013131969/02A RU2552794C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Oil schedule cold-resistant pipe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013131969A RU2013131969A (en) | 2015-01-20 |
RU2552794C2 true RU2552794C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53280678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013131969/02A RU2552794C2 (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Oil schedule cold-resistant pipe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552794C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629126C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-08-24 | Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") | Seamless high-strength pipe of oil sortament in hydrogen sulfide-resistant performance |
RU2680457C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-02-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | High-strength oil country tubular good in cold-resistant performance (options) |
RU2686405C1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-04-25 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method of manufacturing oil-grade pipes (versions) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU629244A1 (en) * | 1977-03-17 | 1978-10-25 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Имени И.П.Бардина | Constructional steel |
UA19883U (en) * | 2006-02-13 | 2007-01-15 | Andrii Oleksiiovych Stetsiura | Vasavital pharmaceutical composition |
RU2352647C1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-04-20 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Oil country tubular goods of heavy-duty |
EP2403970B1 (en) * | 2009-03-03 | 2013-05-08 | Vallourec Mannesmann Oil&Gas France | Low alloy steel with a high yield strength and high sulphide stress cracking resistance |
-
2013
- 2013-07-09 RU RU2013131969/02A patent/RU2552794C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU629244A1 (en) * | 1977-03-17 | 1978-10-25 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Имени И.П.Бардина | Constructional steel |
UA19883U (en) * | 2006-02-13 | 2007-01-15 | Andrii Oleksiiovych Stetsiura | Vasavital pharmaceutical composition |
RU2352647C1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-04-20 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Oil country tubular goods of heavy-duty |
EP2403970B1 (en) * | 2009-03-03 | 2013-05-08 | Vallourec Mannesmann Oil&Gas France | Low alloy steel with a high yield strength and high sulphide stress cracking resistance |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629126C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-08-24 | Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") | Seamless high-strength pipe of oil sortament in hydrogen sulfide-resistant performance |
RU2686405C1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-04-25 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method of manufacturing oil-grade pipes (versions) |
RU2680457C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-02-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | High-strength oil country tubular good in cold-resistant performance (options) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013131969A (en) | 2015-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102126672B1 (en) | Abrasion-resistant steel plate and method of producing abrasion-resistant steel plate | |
RU2680041C2 (en) | Method for producing high-strength steel sheet and produced sheet | |
KR102130949B1 (en) | Abrasion-resistant steel plate and method of producing abrasion-resistant steel plate | |
RU2478133C1 (en) | High-strength and ductility steel sheet for making main pipe, and method of steel sheet fabrication | |
RU2557035C1 (en) | High-strength cold-rolled sheet steel and method of its production | |
KR102122193B1 (en) | Abrasion-resistant steel plate and method of producing abrasion-resistant steel plate | |
KR102309644B1 (en) | High mn steel sheet and method for producing same | |
RU2698006C9 (en) | Steel material and steel pipe for oil wells | |
CA2962472A1 (en) | High-toughness hot-rolled high-strength steel with yield strength of grade 800 mpa and preparation method thereof | |
JP5182642B2 (en) | High strength thick steel plate with excellent delayed fracture resistance and weldability and method for producing the same | |
KR20180112882A (en) | Rolled material for high strength spring, and wire for high strength spring | |
WO2017104599A1 (en) | Thick steel plate having excellent cryogenic toughness | |
ES2931053T3 (en) | High strength steel strip, hot rolled and resistant to wear by abrasion and its manufacturing process | |
RU2691436C1 (en) | Molded light-weight steel with improved mechanical properties and method of producing semi-products from said steel | |
EA029477B1 (en) | Duplex ferritic austenitic stainless steel | |
US20190032166A1 (en) | Ultra-high-strength steel sheet having excellent yield ratio and workability | |
WO2015146331A1 (en) | Steel for high strength bolts having excellent delayed fracture resistance and high strength bolt | |
JP2010121191A (en) | High-strength thick steel plate having superior delayed fracture resistance and weldability, and method for manufacturing the same | |
RU2552794C2 (en) | Oil schedule cold-resistant pipe | |
JP4396851B2 (en) | High tensile steel with excellent plastic deformability after cold working and method for producing the same | |
RU2625861C1 (en) | Production of steel sheets of higher wear resistance | |
RU2594769C1 (en) | Corrosion-resistant steel for seamless hot-rolled tubing and casing pipes high operational reliability and pipe made therefrom | |
EP3686306A1 (en) | Steel plate and method for manufacturing same | |
KR102154986B1 (en) | High manganese 3rd generation high strength steel | |
RU2603404C1 (en) | Method for production of high-hardness wear-resistant sheet products |