RU2612109C2 - Steel sheet and method of steel sheet - Google Patents
Steel sheet and method of steel sheet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612109C2 RU2612109C2 RU2015116041A RU2015116041A RU2612109C2 RU 2612109 C2 RU2612109 C2 RU 2612109C2 RU 2015116041 A RU2015116041 A RU 2015116041A RU 2015116041 A RU2015116041 A RU 2015116041A RU 2612109 C2 RU2612109 C2 RU 2612109C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- sheet
- strength
- steel sheet
- mpa
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стального листа толщиной 15-40 мм с пределом текучести свыше 480 МПа, имеющего повышенную деформационную способность, а также к производству электросварных прямошовных труб большого диаметра с высокой вязкостью сварного соединения, изготовленных из этих листов и предназначенных для транспортирования природного газа по магистральным трубопроводам высокого давления в районах повышенной подвижности грунтов, сейсмической активности и вечной мерзлоты.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of a steel sheet with a thickness of 15-40 mm with a yield strength of more than 480 MPa having a high deformation ability, as well as to the production of longitudinally welded large-diameter pipes with a high viscosity of a welded joint made from these sheets and intended for transporting natural gas through high pressure trunk pipelines in areas of increased soil mobility, seismic activity and permafrost.
Известна толстолистовая сталь, характеризующаяся низким соотношением между пределом текучести и пределом прочности, и способ ее производства (патент РФ №2502820, С22С 38/14, C21D 8/02, опубл. 27.12.2013). Сталь содержит, мас. %: углерод - 0,06-0,12; марганец - 1,2-3,0; кремний - 0,01-1,0; алюминий - 0,08 и менее; ниобий - 0,005-0,07; титан - 0,005-0,025; сера - 0,005 и менее; фосфор - 0,015 и менее; азот - 0,010 и менее; кислород - 0,005 и менее; железо - остальное и неизбежные примеси. Для получения стального листа сляб нагревают до температуры 1000÷1300°С, проводят черновую и чистовую прокатку при температуре не ниже температуры превращения Ar3. Далее проводят ускоренное охлаждение до температуры 500÷680°С со скоростью 5°С/с и более, а затем повторный нагрев до температуры 550÷750°С со скоростью 2°С/с и более.Known plate steel, characterized by a low ratio between yield strength and tensile strength, and the method of its production (RF patent No. 2502820, C22C 38/14, C21D 8/02, publ. 12/27/2013). Steel contains, by weight. %: carbon - 0.06-0.12; Manganese - 1.2-3.0; silicon - 0.01-1.0; aluminum - 0.08 or less; niobium - 0.005-0.07; titanium - 0.005-0.025; sulfur - 0.005 or less; phosphorus - 0.015 or less; nitrogen - 0.010 or less; oxygen - 0.005 or less; iron is the rest and inevitable impurities. To obtain a steel sheet, the slab is heated to a temperature of 1000 ÷ 1300 ° C, rough and finish rolling is carried out at a temperature not lower than the Ar 3 transformation temperature. Then carry out accelerated cooling to a temperature of 500 ÷ 680 ° C at a speed of 5 ° C / s and more, and then re-heat to a temperature of 550 ÷ 750 ° C at a speed of 2 ° C / s and more.
Недостатком аналога является то, что сталь с указанным химическим составом обладает недостаточной свариваемостью для обеспечения высокой вязкости сварного соединения. Кроме того, при производстве стального листа для обеспечения требуемых свойств необходимо проведение повторного нагрева до определенной температуры, что снижает производительность, требует применения дополнительного дорогостоящего оборудования и приводит к повышению стоимости продукции.The disadvantage of the analogue is that steel with the specified chemical composition has insufficient weldability to ensure high viscosity of the welded joint. In addition, in the production of steel sheet to ensure the required properties, it is necessary to reheat to a certain temperature, which reduces productivity, requires the use of additional expensive equipment and leads to an increase in the cost of production.
Известна сварная стальная труба группы прочности Х70 и выше, характеризующаяся высокой ударной вязкостью при низких температурах, и способ ее производства (патент РФ №2509171, С22С 38/14, В21С 37/08, опубл. 10.03.2014). Для получения сварной трубы стальной лист толщиной 20-40 мм с заданным химическим составом формуют в трубную заготовку, при этом предпочтительно применяют UOE-процесс, продольные кромки трубной заготовки сваривают дуговой сваркой под флюсом, проводят экспандирование и затем - термообработку сварного соединения при температуре от 300 до 600°С.Known welded steel pipe strength group X70 and above, characterized by high impact strength at low temperatures, and the method of its production (RF patent No. 2509171, C22C 38/14, B21C 37/08, publ. 10.03.2014). To obtain a welded pipe, a steel sheet 20–40 mm thick with a given chemical composition is formed into a tube stock, the UOE process is preferably used, the longitudinal edges of the tube stock are welded by submerged arc welding, expansion is carried out, and then heat treatment of the welded joint at a temperature of 300 up to 600 ° C.
Недостатком аналога является то, что трубы не обладают требуемыми свойствами, а именно низкими значениями отношения предела текучести к пределу прочности и отсутствием на диаграмме растяжения площадки текучести, что не позволяет использовать их для строительства современных магистральных трубопроводов высокого давления, прокладываемых в районах повышенной сейсмической активности и вечной мерзлоты. Кроме того, при производстве труб необходимо проведение дополнительной операции термообработки сварного соединения, что снижает производительность и приводит к повышению стоимости продукции. При этом сварное соединение не обладает высоким уровнем механических свойств.The disadvantage of the analogue is that the pipes do not possess the required properties, namely, low values of the ratio of yield strength to tensile strength and the absence of a yield point on the tensile diagram, which does not allow their use for the construction of modern high-pressure main pipelines laid in areas of increased seismic activity and permafrost. In addition, in the production of pipes, it is necessary to carry out an additional heat treatment of the welded joint, which reduces productivity and increases the cost of production. Moreover, the welded joint does not have a high level of mechanical properties.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип для двух объектов, является патент РФ №2331698, С22С 38/04, 38/58, C21D 8/02, 8/10, опубл. 20.08.2008 «Стальные листы для сверхвысокопрочных магистральных труб и сверхвысокопрочные магистральные трубы, обладающие прекрасной низкотемпературной ударной вязкостью, и способы их изготовления».The closest technical solution adopted for the prototype for two objects is a patent of the Russian Federation No. 2331698, C22C 38/04, 38/58, C21D 8/02, 8/10, publ. 08/20/2008 "Steel sheets for ultra-high-strength trunk pipes and ultra-high-strength trunk pipes with excellent low-temperature impact strength, and methods for their manufacture."
Листы по указанному патенту получают из стали, содержащей, мас. %: углерод - 0,03-0,07; кремний - не более 0,6; марганец - 1,5-2,5; фосфор - не более 0,015; сера - не более 0,003; никель - 0,1-1,5; молибден - 0,15-0,60; ниобий - 0,01-0,10; титан - 0,005-0,030; алюминий - не более 0,06; один и более элементов из группы: бор, азот, ванадий, медь, хром, кальций, РЗМ и магний в необходимых количествах; железо - остальное и неизбежные примеси. Характеристики листа составляют: предел прочности в поперечном направлении 880÷1080 МПа; ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°С не ниже 200 Дж; отношение предела текучести при общей деформации 0,2% к пределу прочности - не более 80% в продольном направлении. Микроструктура стального листа состоит в основном из вырожденного верхнего бейнита.The sheets according to the specified patent are obtained from steel containing, by weight. %: carbon - 0.03-0.07; silicon - not more than 0.6; Manganese - 1.5-2.5; phosphorus - not more than 0.015; sulfur - not more than 0.003; nickel - 0.1-1.5; molybdenum - 0.15-0.60; niobium - 0.01-0.10; titanium - 0.005-0.030; aluminum - not more than 0.06; one or more elements from the group: boron, nitrogen, vanadium, copper, chromium, calcium, rare-earth metals and magnesium in the required quantities; iron is the rest and inevitable impurities. The characteristics of the sheet are: tensile strength in the transverse direction 880 ÷ 1080 MPa; impact strength on samples with a V-shaped notch at a test temperature of minus 20 ° C not lower than 200 J; the ratio of yield strength with a total strain of 0.2% to tensile strength is not more than 80% in the longitudinal direction. The microstructure of the steel sheet consists mainly of degenerate upper bainite.
Магистральная труба получена из стального листа, изготовленного из стали с указанным содержанием компонентов, при помощи формовки листа в трубную заготовку, сварки продольных кромок дуговой сваркой под флюсом и экспандирования. При этом характеристики трубы составляют: предел прочности в тангенциальном направлении 900÷1100 МПа; ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°С не ниже 200 Дж.The main pipe is obtained from a steel sheet made of steel with the indicated content of components by forming the sheet into a pipe billet, welding longitudinal edges with submerged arc welding and expansion. Moreover, the characteristics of the pipe are: tensile strength in the tangential direction of 900 ÷ 1100 MPa; impact strength on samples with a V-shaped notch at a test temperature of minus 20 ° C not lower than 200 J.
Недостатками прототипа является то, что стальной лист и труба большого диаметра для магистральных трубопроводов высокого давления, изготовленная из него, имеют микроструктуру вырожденного верхнего бейнита, что не обеспечивает отсутствия площадки текучести на диаграмме растяжения и, как следствие, высокой деформационной способности стали. Кроме того, отсутствие сведений о свариваемости стали свидетельствует о недостаточном контроле свойств сварного соединения, обеспечивающих равнопрочность сварного соединения и основного металла, либо об отсутствии такого контроля. Таким образом, стальной лист и трубы большого диаметра не обладают требуемым уровнем свойств, что исключает возможность их применения для строительства магистральных газопроводов высокого давления в сложных геолого-климатических условиях.The disadvantages of the prototype is that the steel sheet and pipe of large diameter for high pressure pipelines made of it have a microstructure of degenerate upper bainite, which does not ensure the absence of a yield point on the tensile diagram and, as a result, the high deformation ability of steel. In addition, the lack of information about the weldability of steel indicates insufficient control of the properties of the welded joint, ensuring equal strength of the welded joint and the base metal, or the absence of such control. Thus, steel sheet and large diameter pipes do not have the required level of properties, which excludes the possibility of their use for the construction of high pressure gas pipelines in difficult geological and climatic conditions.
Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенной деформационной способности стального листа и трубы большого диаметра, изготовленной из него, а также обеспечение высокой вязкости сварного соединения трубы для эксплуатации магистральных трубопроводов высокого давления в районах повышенной подвижности грунтов, сейсмической активности и вечной мерзлоты.The technical result of the invention is to provide increased deformation ability of a steel sheet and a large diameter pipe made of it, as well as providing high viscosity of the pipe welded joint for the operation of high pressure pipelines in areas of increased soil mobility, seismic activity and permafrost.
Поставленная задача решается за счет того, что в стальном листе для труб магистральных трубопроводов высокого давления толщиной 15-40 мм, обладающем повышенной деформационной способностью, полученном из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, молибден, ниобий, титан, алюминий, никель, ванадий, медь, хром, согласно изобретению сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:The problem is solved due to the fact that in the steel sheet for pipes of high pressure main pipelines with a thickness of 15-40 mm, which has increased deformation ability, obtained from steel containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, molybdenum, niobium, titanium, aluminum , nickel, vanadium, copper, chromium, according to the invention, the steel contains components in the following ratio, wt. %:
при этом характеристики листа в продольном направлении составляют: предел текучести при общей деформации 0,5% - 480÷570 МПа, предел прочности - 560÷690 МПа, отношение предела текучести при общей деформации 0,5% к пределу прочности - не более 88%, относительное удлинение - не менее 22%, характеристики листа в поперечном направлении составляют: предел текучести при общей деформации 0,5% - 500÷590 МПа, предел прочности - 590÷700 МПа, отношение предела текучести при общей деформации 0,5% к пределу прочности - не более 85%, относительное удлинение - не менее 22%, ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 40°С - не ниже 250 Дж/см2, критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°С - не ниже 0,40 мм при отсутствии площадки текучести на диаграмме растяжения в продольном и поперечном направлениях.the sheet characteristics in the longitudinal direction are: yield strength with a total strain of 0.5% - 480 ÷ 570 MPa, tensile strength - 560 ÷ 690 MPa, the ratio of yield strength with a total strain of 0.5% to ultimate strength - not more than 88% , elongation of at least 22%, sheet characteristics in the transverse direction are: yield strength with a total strain of 0.5% - 500 ÷ 590 MPa, tensile strength - 590 ÷ 700 MPa, the ratio of yield strength with a total strain of 0.5% tensile strength - not more than 85%, elongation - not less than 22%, impact elm awn on specimens with V-notch impact test at a temperature of minus 40 ° C - not lower than 250 J / cm2, critical opening in the top of crack at a test temperature of minus 20 ° C - not less than 0.40 mm in the absence of stress on the pad stretching diagram in the longitudinal and transverse directions.
Решение поставленной задачи обеспечивается также применением стального листа, изготовленного по п. 1, для изготовления трубы магистрального трубопровода.The solution to this problem is also ensured by the use of a steel sheet manufactured according to claim 1, for the manufacture of pipes of the main pipeline.
Молибден и марганец в заявленных пределах обеспечивают устойчивость переохлажденного аустенита для образования низкотемпературных продуктов фазового превращения, что позволяет достигнуть заданного диапазона прочностных свойств.Molybdenum and manganese within the stated limits ensure the stability of supercooled austenite for the formation of low-temperature products of phase transformation, which allows to achieve a specified range of strength properties.
Ниобий в заявленных пределах обеспечивает выделение дисперсных частиц (карбидов, нитридов, карбонитридов) на всех этапах контролируемой прокатки, что позволяет уменьшить размер зерна аустенита и получить требуемый уровень прочностных и пластических свойств.Niobium within the stated limits provides the release of dispersed particles (carbides, nitrides, carbonitrides) at all stages of controlled rolling, which allows to reduce the grain size of austenite and to obtain the required level of strength and plastic properties.
Хром и медь в заявленных пределах повышают прочность феррита и обеспечивают получение требуемого комплекса прочностных свойств.Chromium and copper within the stated limits increase the strength of ferrite and provide the required complex of strength properties.
Никель в заявленных пределах одновременно увеличивает прочностные и вязкие свойства.Nickel within the stated limits simultaneously increases the strength and viscous properties.
Титан в заявленных пределах позволяет связать азот и кислород, способствует сдерживанию роста аустенитного зерна.Titanium within the stated limits allows you to bind nitrogen and oxygen, helps to inhibit the growth of austenitic grain.
Кремний и алюминий являются неизбежными технологическими примесями и вводятся в трубную сталь для ее раскисления.Silicon and aluminum are inevitable technological impurities and are introduced into pipe steel for its deoxidation.
Химические элементы в заявленных пределах обеспечивают заданные прочностные свойства и удовлетворительную свариваемость стали. При воздействии на сталь термического цикла сварки они сдерживают рост аустенитного зерна и способствуют формированию мелкозернистой микроструктуры в зоне термического влияния, состоящей из игольчатого и реечного бейнита. Данный тип микроструктуры обеспечивает высокие вязкие свойства сварного соединения.Chemical elements within the stated limits provide the specified strength properties and satisfactory weldability of steel. When steel is subjected to a thermal welding cycle, they inhibit the growth of austenitic grain and contribute to the formation of a fine-grained microstructure in the heat-affected zone, consisting of needle and rack bainite. This type of microstructure provides high viscous properties of the welded joint.
Стальной лист толщиной 15-40 мм для труб магистральных трубопроводов высокого давления имеет двухфазную микроструктуру, состоящую в основном из бейнита и полигонального феррита, а также «вторых фаз» в виде мартенсит-аустенитной составляющей и вырожденного перлита, что обеспечивает требуемый уровень прочностных и пластических характеристик и повышенную деформационную способность.A steel sheet with a thickness of 15-40 mm for pipes of high pressure main pipelines has a two-phase microstructure, consisting mainly of bainite and polygonal ferrite, as well as “second phases” in the form of a martensite-austenitic component and degenerate perlite, which provides the required level of strength and plastic characteristics and increased deformation ability.
Для получения требуемых характеристик стального листа перед прокаткой сляб нагревают до температуры 1100÷1200°С, при которой обеспечивается растворение максимально возможного количества карбидов ниобия, ванадия и титана. При этом наиболее эффективно сдерживается рост зерна аустенита и происходит формирование дефектов кристаллического строения за счет выделения дисперсных частиц при проведении прокатки. Прокатку сляба выполняют в контролируемом режиме в две стадии - черновую и чистовую, при этом происходит уменьшение размера зерна аустенита и формирование дефектов кристаллического строения (точечных, линейных и поверхностных), что приводит к измельчению размера субзерна конечной микроструктуры и, как следствие, к улучшению свойств готового проката. Черновую стадию прокатки проводят выше температуры рекристаллизации аустенита при температуре 950÷1050°С с суммарном обжатием сляба 40÷50%. При этом рост зерна аустенита, обусловленный эффектом возврата и рекристаллизацией, сдерживается выделением дисперсных частиц по его границам, происходит измельчение зерна аустенита. Чистовую стадию прокатки выполняют до требуемой толщины листа с суммарным обжатием 75÷85% при температуре 700÷820°С. При этом перед проведением чистовой стадии прокатки раскат охлаждают на воздухе до температуры 720÷800°С. При чистовой прокатке происходит дальнейшее измельчение зерна аустенита путем «раскатывания» и формирования внутри него дефектов кристаллического строения, что позволяет увеличить суммарную площадь границ зерна на единицу объема. В процессе чистовой прокатки зерна аустенита приобретают «блинообразную» форму.To obtain the required characteristics of the steel sheet before rolling, the slab is heated to a temperature of 1100 ÷ 1200 ° C, at which the maximum possible amount of niobium, vanadium and titanium carbides is dissolved. In this case, the growth of austenite grain is most effectively restrained and defects in the crystal structure are formed due to the release of dispersed particles during rolling. Slab rolling is carried out in a controlled mode in two stages - roughing and finishing, while austenite grain size is reduced and crystalline structure defects (point, linear and surface) are formed, which leads to a refinement of the size of the subgrain of the final microstructure and, as a result, to an improvement in properties finished rental. The rough rolling stage is carried out above the austenite recrystallization temperature at a temperature of 950 ÷ 1050 ° C with a total compression of the slab of 40 ÷ 50%. In this case, the growth of austenite grain, due to the return effect and recrystallization, is restrained by the release of dispersed particles along its boundaries, the austenite grain is crushed. The finishing stage of rolling is carried out to the required sheet thickness with a total compression of 75 ÷ 85% at a temperature of 700 ÷ 820 ° C. In this case, before the finishing stage of rolling, the roll is cooled in air to a temperature of 720 ÷ 800 ° C. During fine rolling, further austenite grain is crushed by “rolling” and formation of defects in the crystal structure inside it, which allows to increase the total grain boundary area per unit volume. In the process of finish rolling, austenite grains acquire a “pancake-like” shape.
Заключительной технологической операцией изготовления листа является ускоренное охлаждение со скоростью 20÷35°С/с для смещения превращения аустенита в сторону низких температур с образованием в структуре продуктов промежуточного и мартенситного превращений. Интервал температур начала и конца ускоренного охлаждения 300÷500°С оказывает определяющее влияние на свойства и параметры микроструктуры листа, характеризующейся образованием достаточного объема бейнита, необходимого для обеспечения заданного уровня механических свойств. При несоблюдении указанного режима ускоренного охлаждения не будет достигнут требуемый комплекс свойств. Последующее медленное охлаждение листа на воздухе до температуры не более 150°С позволяет избежать образования флокенов.The final technological operation of sheet manufacturing is accelerated cooling at a rate of 20–35 ° C / s to bias the austenite transformation towards low temperatures with the formation of intermediate and martensitic transformations in the product structure. The temperature range of the beginning and end of accelerated cooling of 300 ÷ 500 ° C has a decisive influence on the properties and parameters of the microstructure of the sheet, characterized by the formation of a sufficient volume of bainite necessary to ensure a given level of mechanical properties. If the specified accelerated cooling mode is not observed, the required set of properties will not be achieved. Subsequent slow cooling of the sheet in air to a temperature of not more than 150 ° C avoids the formation of flocs.
Применение стального листа с приведенным содержанием химических элементов и обладающего указанными характеристиками для изготовления трубы магистрального трубопровода включает формовку стального листа в трубную заготовку при совпадении направления прокатки стального листа с продольным направлением трубы, многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки с внутренней и наружной поверхностей и экспандирование.The use of a steel sheet with a reduced content of chemical elements and having the specified characteristics for the manufacture of a pipe of a main pipeline includes forming a steel sheet into a pipe billet with the same direction of rolling the steel sheet with the longitudinal direction of the pipe, multi-arc welding under the flux layer of the longitudinal edges of the pipe billet from the inner and outer surfaces and expansion.
Высокая вязкость сварного соединения обеспечивается высокой вязкостью зоны термического влияния (ЗТВ). Вязкость ЗТВ определяется параметрами ее микроструктуры, которые, в свою очередь, определяются химическим составом основного металла, максимальной температурой его нагрева и скоростью охлаждения. ЗТВ характеризуется наличием сразу нескольких типов микроструктур, что обусловливает неоднородность ее свойств. Для получения высокой вязкости сварного соединения сварку продольных кромок трубной заготовки проводят по режимам, обеспечивающим формирование в ЗТВ микроструктуры, состоящей по меньшей мере на 60% из мелкодисперсного игольчатого и реечного бейнита, при этом размер первичного аустенитного зерна вблизи линии сплавления в зоне крупного зерна составляет не более 200 мкм. При формировании в ЗТВ другого типа микроструктуры не удается обеспечить высокой вязкости сварного соединения.The high viscosity of the welded joint is ensured by the high viscosity of the heat affected zone (HAZ). The viscosity of the HAZ is determined by the parameters of its microstructure, which, in turn, are determined by the chemical composition of the base metal, the maximum temperature of its heating and cooling rate. HAZ is characterized by the presence of several types of microstructures at once, which determines the heterogeneity of its properties. To obtain a high viscosity of the welded joint, the longitudinal edges of the tube billet are welded according to the regimes ensuring the formation in the HAZ of a microstructure consisting of at least 60% of finely dispersed needle and rack bainite, while the size of the primary austenitic grain near the fusion line in the coarse grain zone is not more than 200 microns. When a different type of microstructure is formed in the HAZ, it is not possible to ensure a high viscosity of the welded joint.
Механические свойства участков ЗТВ, образовавшихся в результате термического цикла сварки, существенно ниже, чем у основного металла труб. Структура сварного шва более однородная и при верном выборе сварочных материалов обладает удовлетворительными механическими свойствами, поэтому ЗТВ является наиболее ослабленным участком сварного соединения.The mechanical properties of HAZ sections formed as a result of the thermal welding cycle are significantly lower than that of the base metal of the pipes. The structure of the weld is more uniform and with the right choice of welding materials has satisfactory mechanical properties, so the HAZ is the most weakened section of the weld.
Приведенные характеристики в продольном и поперечном направлениях стального листа, применяемого для изготовления труб, соответствуют классу прочности К60 по системе классификации трубных сталей, принятой в РФ. При этом пониженное соотношение предела текучести при общей деформации 0,5% к пределу прочности, а также отсутствие на диаграмме растяжения площадки текучести повышают сопротивление основного металла трубы локализации пластических деформаций («Strain Capacity of High-Strength Line Pipes» Suzuki Nobuhisa, Kondo Joe, Shimamura Junji // JFE Technical Report No. 12, Oct. 2008), т.е. к образованию гофра, что увеличивает сопротивление трубы изгибу и позволяет использовать эти трубы для магистральных трубопроводов высокого давления для транспортирования газа в районах повышенной сейсмичности и подвижности грунтов.The given characteristics in the longitudinal and transverse directions of the steel sheet used for the manufacture of pipes correspond to strength class K60 according to the pipe steel classification system adopted in the Russian Federation. At the same time, a reduced ratio of yield strength at a total strain of 0.5% to tensile strength, as well as the absence of a yield area on the tensile diagram, increase the resistance of the base metal of the plastic deformation localization pipe (“Strain Capacity of High-Strength Line Pipes” by Suzuki Nobuhisa, Kondo Joe, Shimamura Junji // JFE Technical Report No. 12, Oct. 2008), i.e. to the formation of corrugation, which increases the resistance of the pipe to bending and allows the use of these pipes for high pressure pipelines for transporting gas in areas of high seismicity and soil mobility.
Применение стального листа для изготовления труб большого диаметра с повышенной деформационной способностью и высокой вязкостью сварных соединений обеспечивает получение сварных соединений со свойствами выше, чем стандартный уровень требований к сварным соединениям труб К60 (ISO 3183:2012, API Specification 5L, СТО Газпром 2-4.1-713-2013), что позволяет обеспечить равнопрочность сварного соединения и основного металла труб.The use of a steel sheet for the manufacture of large diameter pipes with increased deformation ability and high viscosity of welded joints provides welded joints with properties higher than the standard level of requirements for welded joints of K60 pipes (ISO 3183: 2012, API Specification 5L, STO Gazprom 2-4.1- 713-2013), which ensures equal strength of the welded joint and the base metal of the pipes.
Производство стального листа было опробовано на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (далее - ОАО «ММК»), а применение стального листа для изготовления труб - в трубосварочном цехе №3 АО «Волжский трубный завод» (далее - АО «ВТЗ»).The production of steel sheet was tested at OJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works (hereinafter referred to as OJSC MMK), and the use of steel sheet for the manufacture of pipes was tested at pipe welding shop No. 3 of Volzhsky Pipe Plant JSC (hereinafter referred to as VTZ JSC).
В условиях ОАО «ММК» было выплавлено пять опытных плавок, одна из которых имела химический состав, соответствующий заявляемому (сталь «А»), а другие - типичный химический состав для стали К60 (стали «Б», «В», «Г» и «Д»). Химический состав выплавленных сталей и стали по прототипу приведен в таблице 1. Опытные плавки были разлиты на слябы, которые прокатали на стане «5000» ОАО «ММК» и изготовили стальные листы из стали «А», обладающие заявляемыми характеристиками, и из сталей «Б», «В», «Г» и «Д» - по применяемым на производстве режимам. Стальные листы изготовили размером 32×4500×12000 мм (толщина × ширина × длина). Режимы прокатки слябов, механические свойства и параметры микроструктуры полученных стальных листов приведены в таблице 2.Under the conditions of OJSC MMK, five pilot melts were smelted, one of which had a chemical composition corresponding to the claimed (steel "A"), and the other had a typical chemical composition for steel K60 (steel "B", "B", "G" and "D"). The chemical composition of the smelted steels and steel according to the prototype is given in Table 1. The experimental melts were cast into slabs, which were rolled at the mill 5000 of OJSC MMK and manufactured steel sheets from steel A having the claimed characteristics and from steel B ”,“ B ”,“ G ”and“ D ”- according to the regimes used in production. Steel sheets were made with a size of 32 × 4500 × 12000 mm (thickness × width × length). The modes of rolling slabs, mechanical properties and microstructure parameters of the obtained steel sheets are shown in table 2.
Как видно из таблиц 1 и 2, различный химический состав стали и режимы изготовления листа обеспечивают получение разного типа микроструктуры и, как следствие, разных механических свойств. При этом только стальной лист, полученный из стали с предлагаемым химическим составом «А», обладает комплексом свойств, характерным для листа с повышенной деформационной способностью, а именно имеет низкое отношение предела текучести при общей деформации 0,5% к пределу прочности, отсутствие на диаграмме растяжения площадка текучести, а также имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из бейнита и полигонального феррита.As can be seen from tables 1 and 2, the different chemical composition of the steel and the manufacturing conditions of the sheet provide different types of microstructures and, as a result, different mechanical properties. In this case, only a steel sheet obtained from steel with the proposed chemical composition “A” has a set of properties characteristic of a sheet with high deformation ability, namely, it has a low ratio of yield strength with a total deformation of 0.5% to tensile strength, the absence on the diagram stretching the yield point, and also has a two-phase microstructure, consisting of bainite and polygonal ferrite.
Из стальных листов «А» и «Б» были изготовлены трубы большого диаметра размером 1420×32 мм в условиях трубосварочного цеха №3 АО «ВТЗ», для этого осуществляли формовку листа в трубную заготовку, многодуговую сварку под слоем флюса продольных кромок трубной заготовки и затем экспандирование трубы. Для обеспечения высоких вязких свойств сварного соединения и зоны термического влияния сварку внутреннего и наружного швов проводили по режимам с низкими значениями погонной энергии, обеспечивающим формирование в зоне термического влияния микроструктуры, состоящей по меньшей мере на 60% из мелкодисперсного игольчатого и реечного бейнита, при этом размер первичного аустенитного зерна вблизи линии сплавления в зоне крупного зерна составлял не более 200 мкм. В таблице 3 приведены механические свойства и параметры микроструктуры основного металла и сварного соединения изготовленных труб из стали с химическим составом «А» и «Б» и труб, изготовленных по прототипу.Large diameter pipes with a size of 1420 × 32 mm were made from steel sheets “A” and “B” under the conditions of pipe welding shop No. 3 of JSC “VTZ”; for this, the sheet was formed into a pipe billet, multi-arc welding under a flux layer of the longitudinal edges of the pipe billet and then pipe expansion. To ensure high viscous properties of the welded joint and the heat-affected zone, welding of the internal and external seams was carried out according to the regimes with low heat input values, which ensured the formation of a microstructure in the heat-affected zone, consisting of at least 60% finely dispersed needle and rack bainite, the size primary austenitic grain near the fusion line in the zone of coarse grain was not more than 200 microns. Table 3 shows the mechanical properties and parameters of the microstructure of the base metal and the welded joint made of steel pipes with a chemical composition "A" and "B" and pipes made according to the prototype.
Для проверки эксплуатационной надежности были проведены полномасштабные испытания изготовленных труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 32,0 мм давлением жидкости до разрушения. Испытания проводили с нанесением искусственного дефекта по сварному соединению. Испытания показали высокую эксплуатационную надежность и вязкость сварного соединения изготовленных труб. Разрушение происходило при давлении, намного превышающем давление эксплуатации, а трещина не вышла за пределы нанесенного искусственного дефекта, т.е. разрушение носило локальный характер.To test the operational reliability, full-scale tests of manufactured pipes with a diameter of 1420 mm and a wall thickness of 32.0 mm were carried out with liquid pressure to failure. The tests were carried out with the application of an artificial defect in a welded joint. Tests have shown high operational reliability and viscosity of the welded joint of manufactured pipes. Failure occurred at a pressure much higher than the operating pressure, and the crack did not extend beyond the applied artificial defect, i.e. the destruction was local in nature.
Из таблиц 2 и 3 видно, что стальной лист, полученный из стали с предлагаемым химическим составом «А», и труба, изготовленная с применением этого листа, обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим повышенную деформационную способность стали и высокие вязкие свойства сварного соединения труб, что позволяет эксплуатировать их в магистральных трубопроводах высокого давления в условиях низких температур и повышенной сейсмической активности.From tables 2 and 3 it is seen that the steel sheet obtained from steel with the proposed chemical composition “A” and the pipe made using this sheet have a set of mechanical properties that provide increased deformation ability of steel and high viscous properties of the welded pipe joint, which allows you to operate them in high-pressure pipelines at low temperatures and increased seismic activity.
Стальной лист и труба, изготовленные по прототипу (таблица 3), а также стальные листы из сталей «Б» (таблица 3), «В», «Г» и «Д» (таблица 2) стандартного химического состава и изготовленные по применяемым на производстве технологиям, не обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим повышенную деформационную способность стали и высокую вязкость сварного соединения трубы.Steel sheet and pipe made according to the prototype (table 3), as well as steel sheets from steel "B" (table 3), "C", "G" and "D" (table 2) of standard chemical composition and made according to production technologies, do not have a set of mechanical properties that provide increased deformation ability of steel and high viscosity of the pipe welded joint.
Полученная труба с повышенной деформационной способностью и высокой вязкостью сварного соединения, изготовленная из стального листа с предлагаемым химическим составом стали, обладает комплексом механических свойств, обеспечивающим равнопрочность сварного соединения и основного металла, и может быть использована для транспортирования природного газа по магистральным трубопроводам высокого давления в районах со сложными геолого-климатическими условиями. Применение предлагаемых труб позволит уменьшить металлоемкость газопровода и сократить затраты на строительство.The resulting pipe with increased deformation ability and high viscosity of the welded joint, made of a steel sheet with the proposed chemical composition of steel, has a set of mechanical properties that provide equal strength of the welded joint and the base metal, and can be used to transport natural gas through high-pressure pipelines in areas with difficult geological and climatic conditions. The use of the proposed pipes will reduce the metal consumption of the pipeline and reduce construction costs.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116041A RU2612109C2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Steel sheet and method of steel sheet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116041A RU2612109C2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Steel sheet and method of steel sheet |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017104674A Division RU2640685C1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Manufacture method of steel sheet for pipes with increased deformation capacity |
| RU2017104675A Division RU2656189C1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Pipe with high deformation capacity and high viscosity of welding joint and method of its manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015116041A RU2015116041A (en) | 2016-11-20 |
| RU2612109C2 true RU2612109C2 (en) | 2017-03-02 |
Family
ID=57759600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015116041A RU2612109C2 (en) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Steel sheet and method of steel sheet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2612109C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654121C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-05-16 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Method for manufacture of plate-rolled product with high deformation capacity, plate-rolled product |
| RU2682984C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-03-25 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" | Method of producing a pipe with low yield point to ultimate strength ratio |
| RU2790840C1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-02-28 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Method for production of hot-rolled sheets from low-alloy steel of strength class k65 for electric-welded longitudinal pipes with high strain capacity |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2258762C2 (en) * | 2002-05-27 | 2005-08-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | High-strength steel having excellent low-temperature viscosity and excellent viscosity in thermally affected zone of welding joint (options), method for manufacturing such steel, method for manufacturing sheet from indicated steel, high-strength steel tube (option), and a method for manufacturing high-strength steel tube |
| RU2331698C2 (en) * | 2003-12-19 | 2008-08-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Steel sheets for ultrahigh-strength header pipes and ultrahigh-strength header pipes possessing excellent low temperature impact resistance and methods of their fabrication |
| JP2010174343A (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Jfe Steel Corp | Method for producing thick and high tension hot-rolled steel plate excellent in low temperature toughness |
| RU2478133C1 (en) * | 2009-10-28 | 2013-03-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | High-strength and ductility steel sheet for making main pipe, and method of steel sheet fabrication |
| RU2493286C2 (en) * | 2009-02-06 | 2013-09-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength steel pipe for use at low temperatures with excellent strength upon buckle and impact strength of heat-affected zone upon welding |
-
2015
- 2015-04-27 RU RU2015116041A patent/RU2612109C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2258762C2 (en) * | 2002-05-27 | 2005-08-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | High-strength steel having excellent low-temperature viscosity and excellent viscosity in thermally affected zone of welding joint (options), method for manufacturing such steel, method for manufacturing sheet from indicated steel, high-strength steel tube (option), and a method for manufacturing high-strength steel tube |
| RU2331698C2 (en) * | 2003-12-19 | 2008-08-20 | Ниппон Стил Корпорейшн | Steel sheets for ultrahigh-strength header pipes and ultrahigh-strength header pipes possessing excellent low temperature impact resistance and methods of their fabrication |
| JP2010174343A (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Jfe Steel Corp | Method for producing thick and high tension hot-rolled steel plate excellent in low temperature toughness |
| RU2493286C2 (en) * | 2009-02-06 | 2013-09-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength steel pipe for use at low temperatures with excellent strength upon buckle and impact strength of heat-affected zone upon welding |
| RU2478133C1 (en) * | 2009-10-28 | 2013-03-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | High-strength and ductility steel sheet for making main pipe, and method of steel sheet fabrication |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654121C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-05-16 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Method for manufacture of plate-rolled product with high deformation capacity, plate-rolled product |
| RU2682984C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-03-25 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" | Method of producing a pipe with low yield point to ultimate strength ratio |
| RU2790840C1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-02-28 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Method for production of hot-rolled sheets from low-alloy steel of strength class k65 for electric-welded longitudinal pipes with high strain capacity |
| RU2790721C1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-02-28 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Pipe with high strain capacity of strength class k65 and method for its production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015116041A (en) | 2016-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101699818B1 (en) | Welded steel pipe for linepipe having high compressive strength and high fracture toughness | |
| KR101511617B1 (en) | Method for manufacturing welded steel pipe for linepipe with high compressive strength | |
| Rosado et al. | Latest developments in mechanical properties and metallurgical features of high strength line pipe steels | |
| JP4969915B2 (en) | Steel tube for high-strength line pipe excellent in strain aging resistance, steel plate for high-strength line pipe, and production method thereof | |
| JP5561119B2 (en) | Welded steel pipe for high compressive strength sour line pipe and manufacturing method thereof | |
| CA2980424C (en) | Thick steel plate for structural pipes or tubes, method of producing thick steel plate for structural pipes or tubes, and structural pipes and tubes | |
| US20160017466A1 (en) | Hot-rolled steel sheet and method for producing the same (as amended) | |
| US11236405B2 (en) | Steel plate for high-strength and high-toughness steel pipes and method for producing steel plate | |
| US11377719B2 (en) | Hot-rolled steel sheet for heavy-wall, high-strength line pipe, welded steel pipe for heavy-wall, high-strength line pipe, and method for producing the welded steel pipe | |
| JP5928374B2 (en) | Non-tempered low-yield ratio high-tensile steel plate and method for producing the same | |
| JP5910400B2 (en) | Non-tempered low-yield ratio high-tensile steel plate and method for producing the same | |
| CA2980250C (en) | Steel plate for structural pipes or tubes, method of producing steel plate for structural pipes or tubes, and structural pipes and tubes | |
| US20180105907A1 (en) | Thick steel plate for structural pipes or tubes, method of producing thick steel plate for structural pipes or tubes, and structural pipes and tubes | |
| JP6128042B2 (en) | Low yield ratio high strength spiral steel pipe pile and manufacturing method thereof | |
| JP6256655B2 (en) | Steel sheet for structural pipe, method for manufacturing steel sheet for structural pipe, and structural pipe | |
| JP6197767B2 (en) | Low yield ratio high strength spiral steel pipe pile and manufacturing method thereof | |
| RU2612109C2 (en) | Steel sheet and method of steel sheet | |
| JP5998670B2 (en) | Low yield ratio high strength spiral steel pipe pile and manufacturing method thereof | |
| RU2656189C1 (en) | Pipe with high deformation capacity and high viscosity of welding joint and method of its manufacture | |
| RU2640685C1 (en) | Manufacture method of steel sheet for pipes with increased deformation capacity | |
| JP5020691B2 (en) | Steel sheet for high-strength linepipe excellent in low-temperature toughness, high-strength linepipe, and production method thereof | |
| JP2009084599A (en) | Method for manufacturing steel sheet and steel pipe for ultrahigh-strength line pipe superior in deformability and low-temperature toughness | |
| KR101828704B1 (en) | Extremely thick steel sheet for marine structure and method of manufacturing the same | |
| KR20200102495A (en) | Steel material for line pipes, manufacturing method thereof, and manufacturing method of line pipes |