RU2552796C2 - High-strength drilling pipe - Google Patents
High-strength drilling pipe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552796C2 RU2552796C2 RU2013132063/02A RU2013132063A RU2552796C2 RU 2552796 C2 RU2552796 C2 RU 2552796C2 RU 2013132063/02 A RU2013132063/02 A RU 2013132063/02A RU 2013132063 A RU2013132063 A RU 2013132063A RU 2552796 C2 RU2552796 C2 RU 2552796C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- boron
- max
- manganese
- titanium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым при изготовлении труб, в частности бурильных.The invention relates to the field of metallurgy, namely to structural steels used in the manufacture of pipes, in particular drill.
Известна сталь марки 32ХМА-3, применяемая для производства бурильных труб со следующим содержанием (масс. %): углерод 0,34; марганец 0,95; кремний 0,45; хром 1,00; молибден 0,60; никель 0,50; медь 0,20; сера 0,007; фосфор 0,015; алюминий 0,040 [Труды XIII международной научно-практической конференции «Трубы-2005», 1 часть. ОАО «РосНИТИ». 2005. с. 230-234].Known steel grade 32XMA-3, used for the production of drill pipes with the following content (wt.%): Carbon 0.34; 0.95 manganese; silicon 0.45; chrome 1.00; molybdenum 0.60; nickel 0.50; copper 0.20; sulfur 0.007; phosphorus 0.015; aluminum 0,040 [Proceedings of the XIII international scientific-practical conference "Pipes-2005", 1 part. OJSC "RosNITI". 2005.S. 230-234].
Недостатком применения данного состава стали является то, что прокаливаемость с содержанием в микроструктуре не менее 90% мартенсита достигается только до толщины стенки 24 мм, а также повышение себестоимости бурильной трубы, изготовленной из этого состава, из-за дополнительного дорогостоящего легирования стали молибденом.The disadvantage of using this steel composition is that hardenability with a content of at least 90% martensite in the microstructure is achieved only up to a wall thickness of 24 mm, as well as an increase in the cost of a drill pipe made from this composition due to the additional expensive alloying of steel with molybdenum.
Для производства бурильных труб в ОАО «Синарский трубный завод» применяется сталь марки 32ХГМА со следующим содержанием (масс. %): углерод 0,31-0,34; кремний 0,30-0,45; хром 0,95-1,10; молибден 0,30-0,40; никель не более 0,25; медь не более 0,20; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; алюминий 0,015-0,045 [Технические условия №0913-180-00186269-2012 «Заготовка трубная из углеродистой, низколегированной и легированной стали»].For the production of drill pipes, Sinarsky Pipe Plant OJSC uses 32KhGMA grade steel with the following content (wt.%): Carbon 0.31-0.34; silicon 0.30-0.45; chromium 0.95-1.10; molybdenum 0.30-0.40; nickel no more than 0.25; copper no more than 0.20; sulfur not more than 0.010; phosphorus no more than 0.015; aluminum 0.015-0.045 [Technical conditions No. 0913-180-00186269-2012 "Billet pipe made of carbon, low alloy and alloy steel"].
Основной недостаток данного состава - повышение себестоимости бурильной трубы из-за необоснованного легирования молибденом, введение которого в данном количестве не обеспечивает прокаливаемость на толстостенных трубах.The main disadvantage of this composition is the increase in the cost of the drill pipe due to unreasonable alloying with molybdenum, the introduction of which in this amount does not provide hardenability on thick-walled pipes.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является сталь, имеющая следующее соотношение компонентов (масс. %):Closest to the claimed invention is steel, having the following ratio of components (wt.%):
углерод 0,31-0,34,carbon 0.31-0.34,
кремний 0,30-0,45,silicon 0.30-0.45,
марганец 0,75-0,95,manganese 0.75-0.95,
ниобий 0,045-0,100,niobium 0.045-0.100,
ванадий 0,001-0,080,vanadium 0.001-0.080,
бор 0,002-0,004,boron 0.002-0.004,
алюминий 0,005-0,006,aluminum 0.005-0.006,
титан 0,010-0,045,titanium 0.010-0.045,
хром 1,10-1,50,chrome 1.10-1.50,
сера 0,001-0,045,sulfur 0.001-0.045,
фосфор 0,001-0,045,phosphorus 0.001-0.045,
азот не более 0,012,nitrogen not more than 0.012,
никель не более 0,50,nickel no more than 0.50,
медь не более 0,20;copper no more than 0.20;
остальное железо;the rest is iron;
при содержании суммы [хром] + [ванадий] + [ниобий], равной 1,15-1,70%, (пат. РФ №2352647, опубл. 20.04.2009).when the content of the sum [chromium] + [vanadium] + [niobium] equal to 1.15-1.70%, (US Pat. RF No. 2352647, publ. 04/20/2009).
Недостатком данного состава является возможность применения состава только для труб с толщиной стенки не более 27 мм. Кроме того, бор в количестве 0,002-0,004%, оказывает отрицательное влияние на прокаливаемость с повышением температуры аустенитизации за счет увеличения его растворимости и выделению избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита, что приводит к снижению вязко-пластических свойств в высокопрочном состоянии из-за охрупчивающего влияния борсодержащей фазы на границах зерен. А введение сильных карбидообразующих элементов, таких как ванадий 0,001-0,080%, ниобий 0,045-0,100%, требует повышенных температур нагрева при аустенитизации.The disadvantage of this composition is the possibility of using the composition only for pipes with a wall thickness of not more than 27 mm. In addition, boron in an amount of 0.002-0.004% has a negative effect on hardenability with an increase in austenitization temperature due to an increase in its solubility and the release of an excess boron-containing phase along austenite grain boundaries, which leads to a decrease in the visco-plastic properties in high strength due to embrittlement the effects of a boron-containing phase at grain boundaries. And the introduction of strong carbide-forming elements, such as vanadium 0.001-0.080%, niobium 0.045-0.100%, requires elevated heating temperatures during austenitization.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение прокаливаемости, равнопрочности металла по сечению и всей длине готового изделия, повышение вязко-пластических свойств металла, производство бурильных труб с толщиной стенки более 27 мм (например, 35 мм) с достижением уровня прочностных свойств (предел прочности не менее 724 МПа и предел текучести от 655 до 1138 МПа) и работы удара (при температуре 21°C не менее 54 Дж, при температуре минус 20°C не менее 100 Дж), соответствующих группам прочности Е, Л, М, Р (E, X, G, S по API Spec 5DP/ISO 11961).The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase hardenability, equal strength of metal over the cross section and the entire length of the finished product, increase the visco-plastic properties of the metal, produce drill pipes with a wall thickness of more than 27 mm (for example, 35 mm) with achievement of the level of strength properties (tensile strength of at least 724 MPa and yield strength of 655 to 1138 MPa) and impact work (at a temperature of 21 ° C of at least 54 J, at a temperature of minus 20 ° C of at least 100 J), corresponding to the strength groups E, L, M , P (E, X, G, S API Spec 5DP / ISO 11961).
Указанный результат достигается тем, что бурильная труба, выполненная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, отличается тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %:This result is achieved in that the drill pipe made of steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, nickel, copper, titanium, boron, aluminum, sulfur, phosphorus, nitrogen, iron and inevitable impurities, characterized in that it made of steel containing components in the following ratio, wt. %:
железо и неизбежные примеси остальное, при этом она имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°C не менее 54 Дж и работу удара при -20°C не менее 100 Дж.iron and the inevitable impurities are the rest, while it has a tensile strength of at least 724 MPa, a yield strength of 655-1138 MPa, a shock at 21 ° C of at least 54 J and a shock at -20 ° C of at least 100 J.
Технический результат, обеспечиваемый за счет выбранного соотношения отдельных химических элементов в стали, определяется следующими факторами.The technical result provided by the selected ratio of individual chemical elements in steel is determined by the following factors.
Углерод (0,28-0,34) вводится для достижения высокой прокаливаемости и, соответственно, равнопрочности по сечению изделия, так как при дополнительном легировании марганцем, хромом, молибденом, бором и при условиях ведения закалки в воде содержание углерода должно регламентироваться во избежание появления закалочных трещин.Carbon (0.28-0.34) is introduced to achieve high hardenability and, consequently, equal strength in the cross section of the product, since with additional alloying with manganese, chromium, molybdenum, boron and under conditions of quenching in water, the carbon content should be regulated to avoid occurrence quenching cracks.
Марганец (0,65-0,95) обеспечивает высокую прочность в дополнении к эффекту раскисления стали. При введении марганца более 1,0% вязко-пластические свойства стали ухудшаются.Manganese (0.65-0.95) provides high strength in addition to the deoxidizing effect of steel. With the introduction of manganese more than 1.0%, the visco-plastic properties of steel deteriorate.
Хром (0,80-1,30) оказывает положительный эффект на повышение прокаливаемости, который проявляется с некоторого его минимального содержания в стали, как правило, в пределах от 1,10% до 1,50%. Еще большее влияние хром оказывает в присутствие сильных карбидообразующих элементов, таких как молибден, титан, за счет повышения его содержания в твердом растворе при аустенитизации.Chromium (0.80-1.30) has a positive effect on increasing hardenability, which is manifested with a certain minimum content in steel, usually in the range from 1.10% to 1.50%. Chromium has even greater influence in the presence of strong carbide-forming elements, such as molybdenum, titanium, due to an increase in its content in solid solution during austenitization.
Бор (0,001-0,004) оказывает положительный эффект на прокаливаемость стали. При содержании бора свыше 0,005% ухудшаются вязко-пластические свойства стали вследствие выделения избыточной борсодержащей фазы по границам зерен аустенита. Таким образом, оптимальный диапазон легирования бором 0,001-0,004%.Boron (0.001-0.004) has a positive effect on the hardenability of steel. When the boron content is more than 0.005%, the visco-plastic properties of the steel deteriorate due to the release of an excess boron-containing phase along the austenite grain boundaries. Thus, the optimal doping range for boron is 0.001-0.004%.
Молибден (0,10-0,20) вводится в указанном количестве, исходя из того, что при комплексном введении с добавками бора количество молибдена требуется существенно меньше, чем обычно требуется для обеспечения прочности и вязко-пластических свойств изделий при проведении закалки и низкотемпературного отпуска (в случае среднеуглеродистой хромомарганцевой стали содержание молибдена должно составлять не менее 0,30%, а верхнее содержание ограничивается 0,80%, чтобы исключить образование грубых карбидов по границам зерен аустенита, приводящих к обратному эффекту - снижению вязко-пластических свойств).Molybdenum (0.10-0.20) is introduced in the specified amount, based on the fact that when complexed with boron additives, the amount of molybdenum is required significantly less than is usually required to ensure the strength and visco-plastic properties of products during quenching and low temperature tempering (in the case of medium-carbon chromium-manganese steel, the molybdenum content should be at least 0.30%, and the upper content is limited to 0.80%, in order to exclude the formation of coarse carbides along the boundaries of austenite grains, leading to the opposite mu effect - a decrease in visco-plastic properties).
Температура перехода молибдена в твердый раствор при аустенитизации существенно ниже, чем для ниобия и ванадия, что исключает необходимость нагрева изделия до высоких температур при закалке для достижения положительного влияния на прокаливаемость стали.The transition temperature of molybdenum into a solid solution during austenitization is significantly lower than for niobium and vanadium, which eliminates the need to heat the product to high temperatures during quenching to achieve a positive effect on the hardenability of steel.
Титан (0,015-0,045) фиксирует азот в стали в виде нитридов и обеспечивает присутствие бора в активной форме, то есть в твердом растворе при закалке, что требуется для достижения высокой прокаливаемости. Чтобы получить эти эффекты необходимо введение титана, как минимум, на уровне 0,005%. Верхнее ограничение содержания титана необходимо для предотвращения образования крупных нитридов в структуре.Titanium (0.015-0.045) fixes nitrogen in steel in the form of nitrides and ensures the presence of boron in the active form, that is, in the solid solution during quenching, which is required to achieve high hardenability. To obtain these effects, the introduction of titanium, at least at the level of 0.005%. An upper titanium limit is necessary to prevent the formation of large nitrides in the structure.
В условиях Синарского трубного завода были изготовлены трубы из известной и предлагаемой в изобретении стали. На заводе были изготовлены трубы с толщиной стенки более 27 мм - в частности - со стенкой 35 мм.In the conditions of the Sinarsky Pipe Plant, pipes were made from the known and proposed in the invention steel. Pipes with a wall thickness of more than 27 mm were manufactured at the plant, in particular with a wall of 35 mm.
Результаты промышленного изготовления предлагаемой трубы в сравнение с известными трубами (в том числе, прототипом) приведены в таблице 1 - варианты химического состава, таблица 2 - изучение устойчивости переохлажденного аустенита и прокаливаемости, таблице 3 -механические свойства.The results of industrial production of the proposed pipe in comparison with known pipes (including the prototype) are shown in table 1 - chemical composition options, table 2 - study of the stability of supercooled austenite and hardenability, table 3 - mechanical properties.
Как видно из приведенных результатов исследования, достигаемые уровень прокаливаемости и механические свойства бурильной трубы из предлагаемой стали делают эффективным их использование в высокопрочном состоянии после термоупрочнения по средствам закалки и отпуска в соответствии с отечественными нормативными документами и международным стандартом API Spec 5DP/ISO 11961.As can be seen from the results of the study, the achieved hardenability level and mechanical properties of the drill pipe made of the proposed steel make it effective to use them in high strength after heat hardening by means of quenching and tempering in accordance with domestic regulatory documents and the international standard API Spec 5DP / ISO 11961.
Предлагаемое решение комплексного легирования бором и молибденом в небольших количествах 0,10-0,20% стали позволяет снизить себестоимость труб до 20% в сравнении с известным решением применения для труб стали с молибденом до 0,65%.The proposed solution of complex alloying with boron and molybdenum in small amounts of 0.10-0.20% steel allows to reduce the cost of pipes to 20% in comparison with the known solution for the use of steel pipes with molybdenum to 0.65%.
Claims (1)
при этом она имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°С не менее 54 Дж и работу удара при -20°С не менее 100 Дж. A drill pipe made of steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, nickel, copper, titanium, boron, aluminum, sulfur, phosphorus, 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 at least 724 MPa, a yield strength of 655-1138 MPa, impact at 21 ° C of at least 54 J and impact at -20 ° C of at least 100 J.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132063/02A RU2552796C2 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | High-strength drilling pipe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132063/02A RU2552796C2 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | High-strength drilling pipe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013132063A RU2013132063A (en) | 2015-01-20 |
RU2552796C2 true RU2552796C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53280696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132063/02A RU2552796C2 (en) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | High-strength drilling pipe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552796C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707613C1 (en) * | 2019-03-06 | 2019-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения | Heavy drill pipe |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1713970A1 (en) * | 1989-12-18 | 1992-02-23 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Steel |
RU2164261C1 (en) * | 1999-08-02 | 2001-03-20 | Куприянов Анатолий Михайлович | Steel |
RU2302507C2 (en) * | 2002-02-21 | 2007-07-10 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Drilling tool for rock drilling and method of its production |
US20110209803A1 (en) * | 2008-10-31 | 2011-09-01 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Limited | High-Strength Steel Machined Product and Method for Manufacturing the Same, and Method for Manufacturing Diesel Engine Fuel Injection Pipe and Common Rail |
EP2489754A2 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Hollow drilling steel rod and method of manufacturing the same |
-
2013
- 2013-07-10 RU RU2013132063/02A patent/RU2552796C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1713970A1 (en) * | 1989-12-18 | 1992-02-23 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Steel |
RU2164261C1 (en) * | 1999-08-02 | 2001-03-20 | Куприянов Анатолий Михайлович | Steel |
RU2302507C2 (en) * | 2002-02-21 | 2007-07-10 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Drilling tool for rock drilling and method of its production |
US20110209803A1 (en) * | 2008-10-31 | 2011-09-01 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Limited | High-Strength Steel Machined Product and Method for Manufacturing the Same, and Method for Manufacturing Diesel Engine Fuel Injection Pipe and Common Rail |
EP2489754A2 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Hollow drilling steel rod and method of manufacturing the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707613C1 (en) * | 2019-03-06 | 2019-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения | Heavy drill pipe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013132063A (en) | 2015-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2680041C2 (en) | Method for producing high-strength steel sheet and produced sheet | |
US11401570B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
US11186885B2 (en) | High-strength seamless steel pipe for oil country tubular goods, and production method for high-strength seamless steel pipe for oil country tubular goods | |
AU2017226127B2 (en) | Steel material and oil-well steel pipe | |
US20210198764A1 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
JP5499575B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil well pipe and method for producing the same | |
CN106560522B (en) | Component using age-hardening bainite non-heat-treated steel and method for producing same | |
JP6468302B2 (en) | Material for steel pipe for high strength oil well and method for producing steel pipe for high strength oil well using the material | |
JP2010121191A (en) | High-strength thick steel plate having superior delayed fracture resistance and weldability, and method for manufacturing the same | |
KR101903181B1 (en) | Duplex stainless steel with improved corrosion resistance and formability and method of manufacturing the same | |
US11773461B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
JP2011219809A (en) | High strength steel sheet | |
KR20180019740A (en) | volt | |
RU2533469C1 (en) | Production of steel sheets of higher wear resistance | |
RU2625861C1 (en) | Production of steel sheets of higher wear resistance | |
RU2552796C2 (en) | High-strength drilling pipe | |
RU2552794C2 (en) | Oil schedule cold-resistant pipe | |
RU2635205C2 (en) | Method for thermal processing of oil pipe sortament made of corrosion-resistant steel | |
RU2564191C2 (en) | Pipe from steel resistant to corrosion in medium of hydrocarbon and carbon dioxide | |
RU2674797C1 (en) | Method of producing high-strength cold-resistant sheet from low-alloy steel | |
RU2652281C1 (en) | Method of production of hot-rolled sheets from high-strength steel | |
JP6152929B1 (en) | Low alloy high strength seamless steel pipe for oil wells | |
KR101915913B1 (en) | High-strength steel sheet | |
RU2562734C1 (en) | High-strength cold-resistant steel | |
RU2703767C1 (en) | Pipe of oil grade from corrosion-resistant steel of martensitic class |