UA127438C2

UA127438C2 - Сталі з високою міцністю на розтягування й високою ударною в'язкістю

Info

Publication number: UA127438C2
Application number: UAA202005029A
Authority: UA
Inventors: Махрез Худжа; Бернхард Кошліг; Бернхард Кошлиг; Ральф Ходжда
Original assignee: Валлурек Дойчланд Гмбх
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2023-08-23
Also published as: SG11202006698WA; JP7370992B2; CA3088648A1; JP2021514424A; EP3530761B1; US20210032715A1; EP3530761A1; MX2020008783A; RU2020125855A; WO2019162463A1; KR20200130327A; BR112020014656A2; US11761051B2; BR112020014656B1; ES2922300T3; CN112041468A

Abstract

Даний винахід стосується легованих сталей, що мають межу плинності щонайменше 862 МПа (125 тисяч фунтів/кв. дюйм) і демонструють відмінні характеристики твердості й ударної в’язкості, особливо в жорстких умовах, які можуть піддаватися впливу циклів здуття ґрунту під час замерзання та осідання під час танення, а саме за негативних температур. Даний винахід також стосується безшовної труби, що містить зазначену сталь, і способу одержання зазначеної труби. WO 2019/162463 PCT/EP2019/054484

Description

Даний винахід стосується легованих сталей, що мають межу плинності щонайменше 862

Мпа (125 тисяч фунтів/кв. дюйм) і демонструють відмінні характеристики твердості й ударної в'язкості, особливо в жорстких умовах, які можуть піддаватися впливу циклів здуття грунту під час замерзання й осідання під час танення, а саме за негативних температур.

Зокрема, сталь згідно з даним винаходом може використовуватись в пристосуваннях для нафтових і газових свердловин, на землі або на морі, й у механічних сферах застосування, таких як гідравлічний циліндр, особливо там, де спостерігаються суворі природні умови й робочі температури аж до -60 "С.

Сталь згідно з даним винаходом, таким чином, особливо придатна для арктичних умов з негативними температурами.

Даний винахід також стосується безшовної труби, що містить зазначену сталь, і способу одержання зазначеної труби.

Розробка нафтогазових родовищ в арктичних областях стимулювала пошук пристосувань, виконаних зі сталей, що мають належні й стабільні механічні властивості й задовільні характеристики ударної в'язкості за низьких температур, особливо там, де можуть мати місце високі впливні навантаження за негативних робочих температур аж до -60 "С або навіть до - 80 с.

Для таких сфер застосування було здійснено декілька спроб розробити сталі, що демонструють належні механічні властивості, такі як високі межа плинності (у5) й межа міцності на розтягування (ОТ5), а також належна ударна в'язкість аж до настільки низьких температур, як -60 С, для виготовлення різних виробів, таких як безшовні труби, які можуть бути зручно використані на буровому майданчику.

У стандарті АРІ 5СТ представлені докладні технічні умови для сталевих труб з товщиною стінки аж до 38,1 мм (1,5 дюйма). Для більшої товщини стінки (наприклад, аж до 76,2 мм (3 дюйми)) стандартні вимоги відсутні.

Однак вищезгадані жорсткі умови вимагають виготовлення сталей більш високої якості, ніж ті, які зазвичай використовують, з більш високими межею плинності й межею міцності на розтягування, які також демонструють відмінні властивості пластичності або ударної в'язкості за негативних температур, наприклад, за настільки низьких температур як -60 "С або -80 "С, а також є придатними для більшої товщини стінки.

У той час як для виробництва зварних труб або листів властивості, необхідні для марок сталі, що характеризуються значеннями 690 МПа, або навіть більш високоякісних марок, можуть бути досягнуті за рахунок комбінації термомеханічної прокатки з дещо зміненим хімічним складом й термічною обробкою, необхідні властивості для безшовних труб мають бути одержані з використанням контрольованого процесу прокатки з подальшими загартуванням і відпускною обробкою у поєднанні з точно відрегульованим хімічним аналізом.

Гартувальна обробка забезпечує можливість формування мартенситної фази в мікроструктурі безшовних труб для підвищення їх міцності.

Необхідне підвищення міцності за умови збереження належної пластичності безшовних труб, піддаваних тепловій обробці, для вищеописаних галузей застосування також потребує розробки нових концепцій легування. Зокрема, належної високої пластичності або ударної в'язкості за низьких робочих температур тяжко досягнути за допомогою традиційних концепцій легування або традиційних процесів, особливо для сталей, що мають межу плинності більше 690 МПа.

Звичайними відомими способами підвищення міцності є збільшення вмісту вуглецю або вуглецевого еквівалента з використанням традиційних концепцій легування та/або з використанням концепцій мікролегування, заснованих на процесі дисперсійного твердіння.

Мікролегувальні елементи, такі як титан, ніобій і ванадій, в цілому, також використовуються для підвищення міцності. Титан вже частково випадає в осад за високих температур в рідкій фазі в вигляді дуже крупнозернистого нітриду титану. Ніобій утворює сполуки ніобію з (С, М), які випадають в осад за більш низьких температур. Під час подальшого зниження температури ванадій накопичується з вуглецем і азотом у формі карбонітридів, а в випадку частинок МС це призводить до окрихчування матеріалу.

Тим не менш, надзвичайно крупнозернисті осади цих мікролегувальних елементів часто погіршують пластичність. Відповідно, концентрація цих легувальних елементів в цілому обмежена. Крім того, необхідно враховувати концентрацію вуглецю й азоту, необхідну для утворення осадів, що робить визначення загального хімічного складу складним.

Таким чином, ці добре відомі концепції можуть привести до погіршення пластичності або ударної в'язкості сталей.

Для подолання цих вищезгаданих недоліків належним чином були досліджені нові концепції легування на основі додавання елементів, придатних для підвищення міцності шляхом зміцнення елементами включення, в комбінації з методиками мікролегування.

Однак безшовні труби, одержані з зазначених сталей, не демонструють стабільних механічних властивостей й задовільних характеристик пластичності або ударної в'язкості за дуже низьких робочих температур, особливо за негативних температур, що робить їх використання в арктичних умовах тяжким і стомливим.

Дійсно, твердість цих безшовних труб значно знижується зі зменшенням товщини їх стінки, що означає, що їх мікроструктура, особливо мартенситне перетворення, що відбувається під час етапу загартування, є нерівномірною, особливо у товщі стінки. Це означає, що твердість залежить від товщини безшовних труб, що значно ускладнить їх використання в морі в жорстких умовах.

Крім того, згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АБТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10х10 мм) значення ударної в'язкості безшовних труб, одержаних з вищезгаданих сталей, істотно падають за негативних температур, що також ускладнює їх потенційне використання в арктичних умовах.

Наприклад, значення ударної в'язкості таких сталей з товщиною стінки приблизно від 40 до 50 мм зменшуються на майже 43 95 в діапазоні від 0 "С до -40 "С згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АБТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм), що означає, що характеристики ударної в'язкості безшовних труб, одержаних з таких сталей, не є стійкими за негативних температур.

Таким чином, існує реальна необхідність в наданні сталей, придатних для арктичних умов, які демонструють належні й стабільні механічні властивості й відмінні характеристики ударної в'язкості за негативних робочих температур.

Більш того, одна з цілей даного винаходу полягає в наданні сталей, що дозволяють виготовляти безшовні труби, які можуть використовуватися на морі, в лінійних частинах технологічного трубопроводу й механічних сферах застосування, де спостерігаються негативні робочі температури.

Зокрема, одна з цілей даного винаходу полягає в наданні сталей, які мають високі межу

Зо плинності й межу міцності на розтягування, відмінні властивості ударної в'язкості за робочих температур аж до -60"С (в поперечних напрямках) по всій товщині стінки, і які можуть покращити властивості твердості безшовних труб.

Більш конкретно, одна з цілей даного винаходу полягає в наданні виробів з високоякісної сталі, що мають більш високі значення межі плинності, ніж вироби зі сталі марок Р110 або 2125 (що відповідають межам плинності щонайменше 758 і 862 МПа відповідно), з належними й однорідними механічними властивостями й високою ударною в'язкістю за низьких температур, що дозволяє використовувати їх в арктичних областях.

Ще більш конкретно, даний винахід спрямований саме на надання сталі для безшовної труби, що має високі властивості міцності на розтягування й ударної в'язкості за негативних робочих температур.

Отже, даний винахід стосується сталі для безшовної труби, що має хімічний склад, що складається з (наступні елементи надані в вагових відсотках):

В: |відбОбідобОб25 ваг ов, причому залишкову частину зазначеної сталі являє собою залізо й неусувні домішки від промислової обробки, й має межу плинності (уз) щонайменше 862 МПа і межу міцності на розтягування (СТ5), причому відношення межі плинності (5) до межі міцності на розтягування (ОТ5) становить менше 0,93.

Сталь згідно з даним винаходом має низьке відношення межі плинності до межі міцності на розтягування в комбінації з межею плинності, що становить щонайменше 862 МПа, що означає, що така сталь також має межу міцності на розтягування, що становить щонайменше 927 МПа, переважно щонайменше 1000 МПа.

Отже, з такої сталі одержують безшовні труби, що мають високу деформаційну здатність.

Інакше кажучи, такі сталі можуть покращити деформаційну здатність безшовних труб.

Більш того, сталь згідно з даним винаходом показує відмінні характеристики ударної в'язкості за негативних робочих температур, наприклад, для марки сталі, що характеризується значенням 125 тисяч фунтів/кв. дюйм, значення ударної в'язкості в поздовжньому напрямку становить щонайменше 120 джоулів за температури -40 С й приблизно 100 джоулів за температури -60 "С, й значення ударної в'язкості в поперечному напрямку становить щонайменше 100 джоулів за температури -40 "С й приблизно 80 джоулів за температури -60 "С згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АТМ Е23З - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм).

Більш конкретно, значення ударної в'язкості є стабільними в діапазоні від 0 "С до -40 "С в поперечних напрямках згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм), що означає, що характеристики ударної в'язкості є стабільними за негативних температур.

Крім того, з такої сталі одержують безшовні труби, що мають однорідну твердість по всій своїй товщині.

Дійсно, сталь згідно з даним винаходом являє собою по суті однорідну мікроструктуру, тобто при цьому кількість мартенситної фази становить щонайменше 09595 відносно всієї мікроструктури, переважно 9995, що забезпечує однорідність механічних властивостей безшовних труб, виконаних на основі таких сталей.

Це означає, що сталь згідно з даним винаходом має більш високі значення межі плинності, ніж вироби зі сталі марки Р110 або 0125, щонайменше 125 тисяч фунтів/кв. дюйм (862 МПа), переважно щонайменше 930 МПа (135 тисяч фунтів/кв. дюйм) з високою межею міцності на

Зо розтягування й високими характеристиками ударної в'язкості за низьких температур.

Це також означає, що сталь згідно з даним винаходом може підвищити твердість і прогартовуваність безшовної труби.

Таким чином, сталь згідно з даним винаходом особливо придатна для арктичних умов з негативними температурами.

У результаті, зі сталі згідно з даним винаходом можна одержати безшовні труби, що мають високу межу плинності й високу міцність на розтягування, високу деформаційну здатність, високу й однорідну твердість, а саме по всій їх довжині й товщині стінки, й такі що демонструють високі й стійкі характеристики ударної в'язкості за негативних температур.

Зокрема, сталь згідно з даним винаходом переважно використовується для одержання безшовної труби, переважно такої, що має товщину стінки більше 12,5 мм, більш переважно більше 20 мм і ще більш переважно в діапазоні від 38 мм до 78 мм.

Отже, сталь може використовуватися для одержання безшовної труби з великою товщиною стінки, механічні властивості якої є стабільними як ззовні, так і зсередини або у товщі стінки. Це означає, що механічні властивості не залежать від товщини стінки, що є корисною якістю під час впливу високих навантажень в жорстких умовах.

Інша ціль даного винаходу полягає в наданні способу одержання сталевої безшовної труби, що включає щонайменше наступні послідовні етапи: (Ї) надання сталі, що має хімічний склад, як визначено вище, (і) гаряче пресування сталі за температури в діапазоні від 1100 "С до 1300 "С за допомогою процесу гарячого пресування з одержанням труби, за яким іде (ії) нагрівання труби до температури аустенізації (АТ), яка вище або дорівнює 890 С, і витримування зазначеної труби за температури аустенізації (АТ) протягом часу від 5 до 30 хвилин, після чого здійснюють - охолодження труби до температури не більше 100 "С з одержанням загартованої труби, й - нагрівання й витримка зазначеної загартованої труби за температури відпуску (ТТ) в діапазоні від 580 "С до 720 "С й витримування її за температури відпуску (ТТ) протягом часу відпуску, а потім охолодження її до температури не більше 20 "С з одержанням загартованої й підданої відпуску труби, (м) вимірювання відношення межі плинності до межі міцності на розтягування й 60 контролювання того, щоб зазначене відношення було менше 0,93.

Спосіб згідно з даним винаходом дозволяє одержати сталеву безшовну трубу, що має по суті однорідну мікроструктуру, що складається в основному з мартенситу, переважно кількість мартенситу становить щонайменше 95905 відносно всієї мікроструктури, переважно 99 95 відносно всієї мікроструктури. Сумарна кількість фериту, бейніту й мартенситу становить 100 95.

Як можна побачити зі способу згідно з даним винаходом, відношення межі плинності до межі міцності на розтягування являє собою контрольований параметр, який разом з хімічним складом сталі згідно з даним винаходом забезпечує стабільність механічних властивостей, особливо однорідність твердості по всій товщині стінки сталевої безшовної труби, високі значення міцності на розтягування й високу ударну в'язкість за негативних температур.

Інакше кажучи, відношення межі плинності до межі міцності на розтягування й хімічний склад забезпечують необхідні характеристики сталі.

Даний винахід також стосується безшовної труби, що виконана з визначеної вище сталі.

Як згадано вище, сталева безшовна труба особливо придатна для арктичних умов і може використовуватися для пристосування для нафтогазової сфери та/або механічного компонента, переважно на морі в арктичних областях.

Сталева безшовна труба має переваги наявності належних і стабільних механічних властивостей по всій її довжині й товщині стінки, що є відмітною особливістю по суті однорідної мікроструктури, й високої ударної в'язкості за негативних температур.

Інша ціль даного винаходу полягає в наданні пристосування для нафтогазової сфери та/або механічного компонента, що містить щонайменше безшовну трубу, як згадано вище.

Інші цілі й характеристики, аспекти й переваги даного винаходу стануть ще яснішими після прочитання опису й наведеного нижче прикладу.

В даному документі в наведеному нижче тексті, і якщо не вказано інше, межі діапазону значень включені в цей діапазон, зокрема, в виразах "від... до...» та "в діапазоні від... до...».

Більш того, вираз "щЩшонайменше один", що використовується в даному описі, еквівалентний виразу "один або більше".

Згідно з даним винаходом відношення межі плинності до межі міцності на розтягування сталі менше 0,93, що означає, що значення 0,93 виключено.

У переважному варіанті здійснення сталь згідно з даним винаходом має відношення межі плинності до межі міцності на розтягування менше 0,9, переважно менше 0,88.

Переважно відношення межі плинності до межі міцності на розтягування сталі згідно з даним винаходом знаходиться в діапазоні від 0,84 до 0,93, при цьому значення 0,93 не включено.

Більш переважно відношення межі плинності до межі міцності на розтягування сталі згідно з даним винаходом знаходиться в діапазоні від 0,84 до 0,91, ще більш переважно від 0,85 до 0,90.

У переважному варіанті здійснення сталь згідно з даним винаходом має межу плинності (5) щонайменше 900 МПа, переважно щонайменше 930 МПа.

Переважно межа плинності сталі знаходиться в діапазоні від 862 МПа до 1200 МПа, більш переважно від 900 МПа до 1100 МПа, ще більш переважно від 930 МПа до 1100 МПа.

У переважному варіанті здійснення сталь згідно з даним винаходом має межу міцності на розтягування (ШТ5) щонайменше 950 МПа, переважно щонайменше 1000 МПа, більш переважно щонайменше 1035 МПа.

Це означає, що така сталь придатна для виготовлення безшовних труб, які здатні витримувати високе навантаження.

Згідно з переважним варіантом здійснення сталь згідно з даним винаходом має значення ударної в'язкості за температури -40 "С в поперечному напрямку згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АБТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм) щонайменше: 11111111 13Б(невключноо155.д/:/ | 777777777777771717171717171717807сс72

Зокрема, сталь згідно з даним винаходом має значення ударної в'язкості за температури - 60 "С в поперечному напрямку згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АЗТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм) щонайменше: 11111111 л125-135(включнодї7/////////17777111111111111111111111180сссс7с7сИс2

Це означає, що сталь згідно з даним винаходом має підвищену ударну в'язкість за негативних температур.

Це означає, що зазначена сталь явно характеризується пластичністю за негативних температур.

Переважно сталь згідно з даним винаходом має хімічний склад, який задовольняє вказаному нижче співвідношенню значень вмісту нікелю, хрому й марганцю:

У (Мі, Ст, Мп) 22,2

Це означає, що сталь згідно з даним винаходом переважно задовольняє критеріям Оі стандарту АБТМ А255.

Ще більш переважно сталь згідно з даним винаходом має хімічний склад, який задовольняє вказаному нижче співвідношенню значень вмісту нікелю, хрому, марганцю й кремнію:

У (Мі, Ст, Мп, зі) 22,4

Згідно з переважним варіантом здійснення сталь згідно з даним винаходом має мікроструктуру, що містить щонайменше 95 95 мартенситу в перерахунку на всю мікроструктуру, переважно 99 95 мартенситу в перерахунку на всю мікроструктуру. Сумарна кількість фериту, бейніту й мартенситу становить 100 95.

Крім того, в рамках об'єму даного винаходу вплив елементів хімічного складу, переважних мікроструктурних ознак й параметрів процесу виробництва буде докладно описано нижче.

Слід нагадати, що діапазони хімічного складу виражені в вагових відсотках і включають верхню і нижню межі.

Елементи хімічного складу сталі

Вуглець: від 0,27 95 до 0,30 95

Вуглець - це сильний аустенітоутворювальний елемент, який значно підвищує межу плинності й твердість сталі згідно з даним винаходом. За умови вмісту нижче 0,27 956 межа плинності й міцність на розтягування значно знижуються, й існує ризик, що межа плинності буде нижче очікуваних значень. Вміст вище 0,30 95 негативно впливає на такі властивості, як зварюваність, пластичність і ударна в'язкість.

Кремній: від 0,20 95 до 0,35 95

Кремній являє собою елемент, який розкислює рідку сталь. Вміст щонайменше 0,20 95 може

Зо дати такий ефект. Кремній також підвищує міцність і подовження за рівнів вище 0,20 95 в винаході. Вміст вище 0,35 95 негативно впливає на ударну в'язкість сталі згідно з даним винаходом - вона зменшується. Для уникнення такого негативного ефекту вміст 5і становить від 0,20 до 0,35 95.

Переважно вміст кремнію знаходиться в діапазоні від 0,22 до 0,30 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Марганець: від 0,80 95 до 0,90 95

Марганець являє собою елемент, який покращує здатність деформуватися під час кування й твердість сталі, а також він робить внесок у придатність сталі до загартування. Крім того, цей елемент також є сильним аустенітоутворювальним елементом, який підвищує міцність сталі.

Отже, його вміст має бути на мінімальному значенні 0,80 95. Вміст вище 0,90 95 може негативно вплинути на зварюваність і ударну в'язкість.

Крім того, за умови вмісту вище 0,90 95 очікується збільшення аустенітної фази, яке може привести до нерівномірної мікроструктури за рахунок зниження кількості мартенситної фази, погіршуючи стабільність механічних властивостей.

Переважно вміст марганцю знаходиться в діапазоні від 0,80 до 0,85 ваг. 9о, переважно від 0,80 до 0,83 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Алюміній: від 0,015 95 до 0,035 95

Алюміній - це сильний розкислювач сталі, й його наявність також покращує десульфуризацію сталі. Його додають у кількості щонайменше 0,015 95 для отримання цього ефекту.

Однак за вмісту вище 0,035 95 спостерігається ефект насичення відносно вищезгаданого ефекту. Крім того, існує тенденція до утворення крупнозернистих і шкідливих для пластичності нітридів алюмінію. З цих причин вміст АЇ має бути від 0,015 до 0,035 95.

Переважно вміст алюмінію знаходиться в діапазоні від 0,017 до 0,030 ваг. 95, переважно від 0,020 до 0,028 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Мідь: максимум 0,25 Фо

Мідь - це елемент для зміцнення елементами включення, але цей елемент відомий як в цілому несприятливий для ударної в'язкості й зварюваності. Наявність міді, як правило, призводить до погіршення ударної в'язкості сталі. З цієї причини кількість Си має бути обмежена 60 значенням не більше 0,25.

Переважно вміст міді знаходиться в діапазоні від 0,1 до 0,25 ваг. 956, переважно відО,1 до 0,2 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Хром: від 1,30 95 до 1,45 95

Наявність хрому в сталі згідно з даним винаходом створює осади хрому, які особливо підвищують межу плинності. З цієї причини необхідний мінімальний вміст Ст, рівний 1,30 95, для значного підвищення межі плинності. За вмісту вище 1,45 95 щільність осадів негативно впливає на ударну в'язкість сталі згідно з даним винаходом.

Переважно вміст хрому знаходиться в діапазоні від 1,30 до 1,40 ваг. 95, переважно від 1,35 до 1,40 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Нікель: від 0,15 95 до 0,25 95

Нікель - дуже важливий елемент для зміцнення елементами включення в сталі згідно з даним винаходом. Мі підвищує межу плинності й міцність на розтягування. В комбінації з наявністю Си він покращує властивості ударної в'язкості. З цієї причини його мінімальний вміст становить 0,15 95. Вміст вище 0,25 95 негативно впливає на якість поверхні сталі згідно з даним винаходом під час процесів гарячої прокатки.

Переважно вміст нікелю знаходиться в діапазоні від 0,15 до 0,20 ваг. 96 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Молібден: від 0,65 95 до 0,75 95

Молібден підвищує як межу плинності, так і міцність на розтягування, та підтримує однорідність механічних властивостей, мікроструктури й ударної в'язкості в основному матеріалі по довжині й товщині труби. За вмісту нижче 0,6595 описані вище ефекти недостатньо ефективні. Вміст вище 0,75 95 негативно впливає на характеристики сталі, якщо мова йде про ударну в'язкість.

Переважно вміст молібдену знаходиться в діапазоні від 0,65 до 0,70 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Ніобий: від 0,020 95 до 0,030 95

Наявність ніобію веде до утворення осадів карбіду та/або нітриду, що є причиною утворення мікроструктури дрібнозернистого розміру завдяки ефектам фіксації межі зерен, й підвищенню міцності на розтягування. Для всіх цих ефектів необхідний мінімальний вміст 0,020 95 МЬ в сталі згідно з даним винаходом. За вмісту вище 0,030 95 необхідний ретельний контроль вмісту азоту, щоб уникнути ефекту окрихчування МЬС. Крім того, за вмісту вище 0,030 95 очікується зниження характеристик ударної в'язкості для сталі згідно з даним винаходом.

Переважно вміст ніобію знаходиться в діапазоні від 0,020 до 0,025 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Бор: від 0,001 95 до 0,0025 95

Наявність бору покращує прогартовуваність у безшовній трубі.

За вмісту нижче 0,002595 він підтримує однорідність механічних властивостей, мікроструктури й ударної в'язкості в основному матеріалі по довжині й товщині труби. За вмісту нижче 0,001 95 позитивний ефект зникає.

Переважно вміст бору знаходиться в діапазоні від 0,001 до 0,0025 95, більш переважно від 0,001 до 0,0018 95 за вагою в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Ванадій: «0,05 95

За вмісту вище 0,05 95 осадів ванадію підвищується ризик розкиду значень ударної в'язкості за низьких температур та/або зміщення температур переходу в сторону більш високих температур. Отже, спостерігається негативний вплив на властивості ударної в'язкості за вмісту ванадію вище 0,05 95. Переважно вміст ванадію строго нижче 0,02 95 за вагою.

Титан: від 0,024 95 до 0,038 95

Наявність Ті веде до утворення осадів карбіду та/або нітриду. ТІМ утворюються переважною мірою відносно ВМ. Отже, В представлений в основному в атомній формі, таким чином підвищуючи характеристики прогартовуваності. За вмісту ТІМ та ТІС вище 0,038 96 знижуються характеристики ударної в'язкості. За вмісту нижче 0,024 96 описаний вище ефект є недостатньо ефективним.

Переважно вміст титану знаходиться в діапазоні від 0,028 до 0,038 95 за вагою в перерахунку на загальну вагу хімічного складу сталі.

Азот: х0,012 95

За вмісту вище 0,012 95 очікуються осади нітриду великого розміру, й ці осади негативно впливають на характеристики ударної в'язкості за рахунок зміни температури переходу в верхньому діапазоні.

Переважно вміст азоту знаходиться в діапазоні від 0,001 до 0,010 95 за вагою в перерахунку бо на загальну вагу хімічного складу сталі.

Залишкові елементи

Залишкова частина складається з Ре та неусувних домішок, що виникають в результаті процесів виробництва й відливання сталі. Вміст основних домішкових елементів обмежений, як визначено нижче, для фосфору, сірки й водню:

Р «0,015 95, переважно Р «0,012 95, більш переважно Р «0,010 95, з :0,003 95, переважно 5 х0,002 95

Н «0,003 95

Інші елементи, такі як Са та КЕМ (рідкоземельні мінерали), також можуть бути присутніми як неусувні домішки.

Сума вмісту неусувних домішкових елементів нижче 0,1 Фо.

Хімічний склад

Згідно з переважним варіантом здійснення хімічний склад складається з:

В: |відбОбідобОб25 ваг ов, причому залишкова частина зазначеної сталі являє собою залізо й неусувні домішки від промислової обробки.

Згідно з цим варіантом здійснення неусувні домішки обираються серед наступного:

Р «0,015 ваг. 95, переважно Р «0,012 ваг. 96, більш переважно Р «0,010 ваг. Об,

З 0,003 ваг. 96, переважно 5 х0,002 ваг. 95 в перерахунку на загальну вагу хімічного складу.

У більш переважному варіанті здійснення хімічний склад складається 3:

В: |відбОбіодобб18вагоє причому залишкова частина зазначеної сталі являє собою залізо й неусувні домішки від промислової обробки.

Згідно з цим варіантом здійснення неусувні домішки обираються серед вищезгаданих елементів.

Спосіб одержання

Як згадано вище, спосіб згідно з даним винаходом включає щонайменше наступні послідовні етапи: надання сталі, що має хімічний склад, описаний вище, () етап, на якому сталь піддають гарячому пресуванню за температури в діапазоні від 1100 "С до 1300 "С за допомогою процесу гарячого пресування з одержанням труби, за яким іде

(і) етап, на якому трубу нагрівають до температури аустенізації (АТ), яка вище або дорівнює 890 "С, й витримують за температури аустенізації (АТ) протягом часу від 5 до 30 хвилин, після чого здійснюють (ії) етап, на якому: - трубу охолоджують до температури не більше 100 "С з одержанням загартованої труби, й - зазначену загартовану трубу потім нагрівають і витримують за температури відпуску (ТТ) в діапазоні від 580 "С до 720"С й витримують за температури відпуску (ТТ) протягом часу відпуску, а потім охолоджують до температури не більше 20 "С з одержанням загартованої й підданої відпуску труби, (ім) етап, на якому результат виміру відношення межі плинності до межі міцності на розтягування менше 0,93.

Згідно з цим способом одержують безшовну трубу.

Спосіб згідно з даним винаходом має перевагу, яка полягає в створенні мікроструктур, здатних досягати відношень межі плинності до межі міцності на розтягування менше 0,93.

Дійсно, якщо сталь має відношення межі плинності до межі міцності на розтягування більше 0,93, то стабільність механічних властивостей і ударної в'язкості за низьких температур буде погіршена.

Переважно спосіб згідно з даним винаходом включає наступні послідовні етапи, перераховані нижче.

Сталь, що має описаний вище хімічний склад, одержують згідно зі способами відливання, відомими з рівня техніки.

Потім сталь нагрівають до температури від 1100 "С до 1300 "С, внаслідок чого в усіх точках досягнута температура є сприятливою для високих швидкостей деформації, яким буде піддана сталь під час гарячого пресування. Цей температурний діапазон має бути в аустенітній області.

Переважно максимальна температура нижче 1300 "С.

Зливок або заготовку потім піддають гарячому пресуванню щонайменше на одному етапі з використанням загальнопоширених процесів гарячого пресування, наприклад, кування, процесу пілігрімової прокатки, безперервної прокатки на оправці, процесу фінішної обробки вищої якості з одержанням труби бажаних розмірів.

Зо Мінімальний ступінь деформації має складати щонайменше 2,8.

Трубу потім піддають аустенізації, тобто нагрівають до температури (АТ), за якої мікроструктура стає аустенітною. Температура аустенізації (АТ) вище АсЗ3, переважно вище 890 "С, більш переважно знаходиться на рівні 910 "С.

Трубу, виконану зі сталі згідно з даним винаходом, потім витримують за температури аустенізації (АТ) протягом часу аустенізації (АЮ, що становить щонайменше 5 хвилин, при цьому ціллю є те, щоб в усіх точках труби досягнута температура щонайменше дорівнювала температурі аустенізації, щоб забезпечити однорідність температури по всій трубі. Час аустенізації (АЮ має становити не більше 30 хвилин, оскільки за умови перевищення цього проміжку аустенітні зерна зростають небажано великими й ведуть до утворення більш крупнозернистої кінцевої структури. Це погіршило 6 ударну в'язкість.

Переважно час аустенізації (А) знаходиться в діапазоні від 5 до 15 хвилин.

Потім, трубу, виконану зі сталі згідно з даним винаходом, охолоджують до температури не більше 100 С, переважно з використанням водяного загартування. Інакше кажучи, трубу охолоджують до температури не більше 100 "С, переважно до температури 20 "с.

Потім, загартовану трубу, виконану зі сталі згідно з даним винаходом, переважно піддають відпуску, тобто нагрівають і витримують за температури відпуску (ТТ), яка знаходиться в діапазоні від 580 "С до 720 "С, зокрема, від 600 "С до 680 "С.

Такий відпуск здійснюють протягом часу відпуску (ТО), який може знаходитися в діапазоні від 10 до 60 хвилин, зокрема, протягом 15 хвилин.

Нарешті, трубу згідно з даним винаходом охолоджують до температури не більше 20 "с, переважно 20 "С, за допомогою охолодження повітрям з одержанням загартованої й підданої відпуску труби.

Таким чином одержують загартовану й піддану відпуску трубу, виконану зі сталі, яка містить на ділянці щонайменше 9595, переважно 9995, мартенситу відносно всієї мікроструктури.

Сумарна кількість фериту, бейніту й мартенситу становить 100 95.

Зокрема, спосіб згідно з даним винаходом переважно включає щонайменше наступні послідовні етапи: (Ї) надання сталі, що має хімічний склад, описаний вище, (ї) етап, на якому сталь піддають гарячому пресуванню за температури в діапазоні від бо 1100 "С до 1300 "С за допомогою процесу гарячого пресування з одержанням труби, за яким іде

(ії) етап, на якому трубу нагрівають до температури аустенізації (АТ), яка вище або дорівнює 890 "С, й витримують за температури аустенізації (АТ) протягом часу від 5 до 30 хвилин, після чого здійснюють (ім) етап, на якому: - трубу охолоджують до температури 100 "С або менше з одержанням загартованої труби, й потім - зазначену загартовану трубу нагрівають і витримують за температури відпуску (ТТ) в діапазоні від 580 С до 720"С й витримують за температури відпуску (ТТ) протягом часу відпуску, а потім охолоджують до температури не більше 20 "С з одержанням загартованої й підданої відпуску труби, (м) етап, на якому результат виміру відношення межі плинності до межі міцності на розтягування менше 0,93.

Згідно з етапом (м) способу згідно з даним винаходом вимірювання відношення межі плинності до межі міцності на розтягування здійснюють для перевірки того, що результат менше 0,93.

Мікроструктурні ознаки

Мартенсит

Вміст мартенситу в сталі згідно з даним винаходом залежить від швидкості охолодження під час операції загартування в комбінації з хімічним складом. Вміст мартенситу становить щонайменше 95 95, переважно 9995. Залишкова частина до 100 95 складається з фериту й бейніту.

Ферит

У переважному варіанті здійснення загартована й піддана відпуску сталева труба згідно з даним винаходом після остаточного охолодження має мікроструктуру з менш ніж 1 95 фериту в об'ємній долі. В ідеальному варіанті ферит у сталі відсутній, оскільки він негативно вплинув би на межу плинності (у5) й межу міцності на розтягування (ОТ5) згідно з даним винаходом.

Крім того, наявність фериту також може погіршити однорідність механічних властивостей, особливо твердості, по товщині стінки.

Бейніт

Вміст бейніту в сталі згідно з даним винаходом залежить від швидкості охолодження під час операції загартування в комбінації з хімічним складом. Його вміст обмежений максимум 1 95.

Залишкова частина до 100 95 складається з фериту й мартенситу.

Механічний компонент

Як згадано вище, даний винахід стосується безшовної труби, що містить визначену вище сталь.

Переважно безшовна труба виконана з зазначеної сталі.

У переважному варіанті здійснення даний винахід стосується сталевої безшовної труби, що містить сталь, як визначено вище, переважно виконаної з зазначеної сталі.

Згідно з переважним варіантом здійснення сталева безшовна труба має товщину стінки більше 12,5 мм, переважно більше 20 мм й більш переважно в діапазоні від 38 мм (менше 1,5 дюйма) до 78 мм (більше З дюймів).

Переважно сталева безшовна труба має зовнішній діаметр, який знаходиться в діапазоні від 80 мм до 660 мм.

Як згадано вище, винахід також стосується пристосування для нафтогазової сфери та/або механічного компонента, що містять визначену вище сталь.

Застосування сталі

Даний винахід також стосується застосування описаної вище сталі для одержання безшовної труби.

Зокрема, даний винахід стосується застосування зазначеної сталі для покращення прогартовуваності безшовної труби.

Згідно з даним винаходом прогартовуваність виробу визначена як здатність виробу до твердіння під час загартування й стосується глибини й розподілу твердості по поперечному перерізу.

Згідно з даним винаходом прогартовуваність вимірюють за допомогою способу торцевого гартування за Джоміні.

Даний винахід також стосується застосування описаної вище сталі під час виготовлення пристосування для нафтогазової сфери та/або механічного компонента.

Зокрема, винахід стосується застосування описаної вище сталі під час виготовлення пристосування для нафтогазової сфери. 60 Приклади нижче наведені як ілюстрації даного винаходу.

Приклади

І. Сталь А (згідно з даним винаходом)

Підготовчий процес, тобто від плавлення до гарячого пресування, здійснювали за допомогою широко відомого способу виготовлення безшовних сталевих труб.

Наприклад, бажано, щоб розплавлена сталь, яка складається з представлених нижче складових, була розплавлена за допомогою широко використовуваних технологій плавлення.

Застосовувані широко розповсюджені способи являють собою безперервний процес або процес розливання в зливки.

У таблиці 1 представлений хімічний склад сталі згідно з даним винаходом (вказані кількості розраховані в вагових відсотках, залишкова частина зазначеного складу складається з заліза).

Таблиця 1

Хімічний склад сталі А

Стале! С | 5 | Мп | Р | 5 | Сг | Мо | мі, 029 | 026 | 0,81 | 0007 | 0001 | 138 | 066 | 07

А Си ТА (т /імб МІВ мм Її

І ола | 0025 | 0033 | 0024 | 0,007 | 00014 | 0008

Потім, ці матеріали нагрівали до температури від 1100 С до 1300 С й обробляли з одержанням труби, наприклад, за допомогою гарячого деформування за рахунок кування, процесу прокатки на оправці або прокатки на пілігрімовому стані, які являють собою широко відомі способи виготовлення, складу з наведених вище складових з одержанням бажаних розмірів. Склад, описаний в таблиці 1, потім проходив виробничий процес, який може бути наведений в таблиці 2 нижче з ознаками етапів, які описані нижче: - трубу нагрівали до температури аустенізації (АТ) 910С та витримували за цієї температури протягом 10 хвилин (АГ: час аустенізації), потім - трубу охолоджували водою до температури 100 "С або нижче з одержанням загартованої труби й потім зазначену загартовану трубу нагрівали й витримували за температури відпуску (ТТ) протягом 15 хвилин, і потім охолоджували до температури 20 "С або нижче з одержанням загартованої й підданої відпуску труби, - відношення межі плинності (у5) до межі міцності на розтягування (тТ5) контролювали після етапу відпуску.

Вищезгаданий спосіб здійснювали з отриманням двох безшовних труб (А-1.1 та А-1.2), кожна з яких має товщину стінки 38,1 мм (що відповідає 1,5 дюйма), та двох безшовних труб (А- 2.1 та А-2.2), кожна з яких має товщину стінки 76,2 мм (що відповідає З дюймам).

Зо Параметри вищеописаного способу наведені в таблиці 2 нижче:

Таблиця 2

Умови процесу згідно з прикладами після гарячої прокатки о о Товщина

А

Параметри процесу, описані в таблиці 2, відповідають даному винаходу.

Вони привели до одержання загартованих і підданих відпуску сталевих труб, які після остаточного охолодження від температури відпуску мають мікроструктуру, що містить щонайменше 99 95 мартенситу в перерахунку на мікроструктуру.

Крім того, одержані загартовані й піддані відпуску сталеві труби мають зовнішній діаметр 304,8 мм. 1. Механічні властивості 11. Твердість у загартованій безшовній трубі

Твердість за шкалою Роквелла (НКС) вимірювали в чотирьох квадрантах (01, 02, ОЗ та 04) загартованої й підданої відпуску сталевої безшовної труби (зразок А-1.1; товщина стінки, що відповідає 38,1 мм), одержаної зі складу, описаного в таблиці 1 (склад сталі А). Кожний квадрант представляє кутову орієнтацію 907.

Для кожного квадранта твердість вимірювали три рази ззовні, зсередини й у товщі стінки сталевої безшовної труби.

Результати наведені в таблиці 3:

Таблиця З

Твердість (шкала Роквелла НКС)

На фіг. 1 зображені значення твердості, наведені в таблиці З для кожного квадранта, в залежності від місця, де визначали результат вимірювання твердості на стінці труби, тобто ззовні, зсередини й у товщі стінки.

Ці результати показують, що твердість є однорідною по всій безшовній трубі.

Визначення межі плинності (у5) та міцності на розтягування (ОтТ5) 1.1.1. Товщина стінки: 38,1 мм (1,5 дюйма)

Було відібрано групу з двох зразків, по одному з кожного кінця безшовної труби, з безшовної труби А-1.1 (товщина стінки: 38,1 мм) та безшовної труби А-1.2 (товщина стінки: 38,1 мм).

На кожному зразку межу плинності (у5 в МПа), межу міцності на розтягування (ОТ5 в МПа), подовження під час розриву (Адо) й зменшення площі поперечного перерізу (мін. 95) оцінювали на двох квадрантах: 0" та 1807 в поздовжньому напрямку.

Результати по механічним властивостям наведені в таблиці 4:

Таблиця 4

Механічні властивості (у5, ОТ5, А(9о) та зменшення площі поперечного перерізу) . Зменшення площі -ї Тарврчит ее

Шо

Ан шш с ши шшш ши ши

Шо 7 7 сво | 900 | 1009 | 089 | 207 | 637

Всі зразки мають відношення межі плинності до межі міцності на розтягування менше 0,93.

Виходячи з цих результатів можна побачити, що кожен зразок має високу межу плинності й міцність на розтягування, високе подовження під час розриву й зменшення площі поперечного перерізу щонайменше на 60 95 перед розривом.

Таким чином, це означає, що зразки, виконані зі сталі згідно з даним винаходом, можуть протистояти деформації за високих навантажень. 1.2.2. Товщина стінки: 76,2 мм (З дюйми)

Було відібрано групу з двох зразків, по одному з кожного кінця безшовної труби, з безшовної труби А-2.1 (товщина стінки: 76,2 мм) та безшовної труби А-2.2 (товщина стінки: 76,2 мм).

На кожному зразку межу плинності (5 в МПа), межу міцності на розтягування (ОТ5 в МПа), подовження під час розриву (А 95) й зменшення площі поперечного перерізу (мін. 95) оцінювали на двох квадрантах: 0" та 1807 в поздовжньому напрямку.

Результати по механічним властивостям наведені в таблиці 5:

Таблиця 5

Механічні властивості (у5, ОТ5, А(9о) та зменшення площі поперечного перерізу)

Зменшення

Відношення о площі

Зразок Ув (МПа) | ОТ5 (МПа) У5/ШТ5 А 96 поперечного перерізу, мін. бо

Аа со) 7/1 937 | 1031

Шо Ф(180 1018

А бо) 771 | 1917 | логії 09860 | 197 | 574

Шо Ф(180 1022 дога со) | 893 | 1002 т Ф(180 898 | 996 | 090 | 214 | 615 дов бо | 909 | 7007 | 09890 | 197 | 624 щ 7 Ф(1807) 1017 | 090 | 182 | 5 «(

Виходячи з цих результатів можна побачити, що кожен зразок має високу межу плинності й міцність на розтягування, високе подовження під час розриву й зменшення площі поперечного перерізу приблизно на 60 95 перед розривом.

Таким чином, це означає, що зразки, виконані зі сталі згідно з даним винаходом, можуть витримувати деформацію за високих навантажень. 2. Результати визначення ударної енергії (товщина стінки: 38,1 мм)

Ударну в'язкість за низьких температур оцінювали для кожного попереднього зразка, що має товщину стінки 38,1 мм. 2.2. Поперечний напрямок

Для кожного зразка значення ударної енергії в джоулях (Ксм) визначали в поперечному напрямку згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АБТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм) за температури -20 "С.

Для кожного зразка ці параметри визначали три рази. Для значень ударної енергії визначали середнє значення (Аме). Результати наведені в таблиці 6:

Таблиця 6

Ударна в'язкість за низьких температур (поперечний напрямок)

Ат поперечна 00 202С

Р

А-1.2.6 2.3. Перехідні значення за Шарпі в залежності від температур

Зразок відбирали з безшовної труби А-1.1 (товщина стінки: 38,1 мм), щоб він був стандартним по розміру й формі для випробувань за Шарпі.

Значення ударної енергії в джоулях (Ксу) в залежності від температур в діапазоні від 0 "С до -60 "С також оцінювали для цього зразка в поперечному напрямку. Цей параметр визначали три рази за кожної температури. Результати наведені в таблиці 7:

Таблиця 7

Перехідні значення за Шарпі 7770 | 148 | 143 | 146 | 1746 птяе Поперечна 60 | 88 | 94 | 9 | 1

На фіг. 2 зображені перехідні криві Шарпі (джоулі) в залежності від температур в поперечному напрямку на основі значень, описаних в таблиці 7, та такі, що характеризують сталеву безшовну трубу згідно з даним винаходом з товщиною стінки 38,1 мм (1,5 дюйма).

Результати, описані в таблиці 7, явно показують, що сталь характеризується пластичністю за негативних температур. Зокрема, зразок має високі значення ударної енергії вище 90 джоулів за температури -60 "С та стійкі характеристики. 3. Результати визначення ударної енергії (товщина стінки: 76,2 мм)

Ударну в'язкість за низьких температур оцінювали для раніше описаних зразків А-2.1.а, А- 2.1.5 та А-2.2.а. Для цілей цієї оцінки також було відібрано додатковий зразок з безшовної труби

А-2 (зразок А-2.2.с).

Вимірювання здійснювали в поперечних напрямках.

Для кожного попереднього зразка значення ударної енергії в джоулях (Ксм) визначали в поперечному напрямку згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АТМ Е23З - тип А на повнорозмірному зразку (10х10 мм), що виконувались за температури -20 76.

Для кожного зразка цей параметр визначали три рази. Для значень ударної енергії визначали середнє значення (Аме). Результати наведені в таблиці 8:

Таблиця 8

АФ поперечна гос

Р

Виходячи з цих результатів можна побачити, що одержані високі значення ударної енергії за температури -20 "С (вище 100 джоулів), що означає, що кожен зразок має ударну в'язкість за негативних температур. 3.3. Перехідні значення за Шарпі в залежності від температур

Значення ударної енергії в джоулях (Ксм) в залежності від температур в діапазоні від 0 "С до -60 "С також оцінювали для зразка А-2.2.с в поперечному напрямку. Цей параметр визначали три рази за кожної температури. Результати наведені в таблиці 9:

Таблиця 9

Перехідні значення за Шарпі 770 | 7127 | 71933 | 138 | 133 птто Поперечна 60 | 75 | 9 1 83 | в

На фіг. З зображені перехідні криві Шарпі (джоулі) в залежності від температур в поперечному напрямку на основі значень, описаних в таблиці 9, та такі, що характеризують сталеву безшовну трубу згідно з даним винаходом з товщиною стінки 76,2 мм (З дюйми).

Виходячи з цих результатів можна побачити, що одержані високі значення ударної енергії за температури -60 "С (щонайменше приблизно 80 джоулів в середньому), що означає, що кожен зразок має ударну в'язкість за негативних температур.

Крім того, сталь згідно з даним винаходом показує відмінні характеристики ударної в'язкості за негативних робочих температур, наприклад, значення ударної в'язкості в поздовжньому напрямку становить щонайменше 130 джоулів за температури -40 "С й щонайменше приблизно 100 джоулів за температури -60 "С, й значення ударної в'язкості в поперечному напрямку становить щонайменше 100 джоулів за температури -40"С й приблизно 80 джоулів за температури -60 "С згідно з випробуваннями на ударну в'язкість за Шарпі АЗТМ Е23З - тип А на повнорозмірному зразку (10х10 мм) для марки сталі, що характеризується значенням 150 тисяч фунтів/кв. дюйм.

Внаслідок цього, зразки згідно з даним винаходом характеризуються ударною в'язкістю та пластичністю за негативних температур незалежно від того, відповідає товщина стінки значенню 38,1 мм або 76,2 мм. 5. Результати визначення ударної енергії (товщина стінки: 50,8 мм)

Згаданий вище спосіб здійснювали для одержання безшовної труби (А-3), що має товщину стінки 50,8 мм (яка відповідає 2 дюймам), з хімічного складу, який описаний в таблиці 1 (сталь А згідно з даним винаходом).

Параметри вищеописаного способу наведені в таблиці 10 нижче:

Таблиця 10

Параметри процесу способу о о Товщина

Значення ударної енергії в джоулях (Ксм) в залежності від температур в діапазоні від 0 "С до -60 "С оцінювали для цього зразка.

На фіг. 4 зображені перехідні криві Шарпі (джоулі) в поперечному напрямку для цього зразка.

Виходячи з цих результатів можна побачити, що одержані високі значення ударної енергії за

Зо температури -60 "С (щонайменше приблизно 90 джоулів), що вказує на характеристики ударної в'язкості зразка, який випробовують, за негативних температур.

ІІ. Сталь В (сталь для порівняння)

У таблиці 11 представлений хімічний склад сталі для порівняння (вказані кількості розраховані в вагових відсотках, залишкова частина зазначеного складу складається з заліза).

Таблиця 11

Хімічний склад сталі В

Стали | С | 85 | Мп Її Р | 5 | сб | Мо | м, 029 | 09 | 033 | 0011 00014 095 | 08 | 004 би ТА (її мб М в ІМ 771711

І о002 |0046|0,017| - | 0003 | 00012 | 00046

Підготовчий процес і виробничий процес, які реалізовували у відношенні сталі В, ідентичні описаним для сталі А.

Реалізовуваний спосіб здійснювали для одержання безшовної труби (В-1), що має товщину стінки 76,2 мм (що відповідає З дюймам).

Параметри вищеописаного способу наведені в таблиці 12 нижче:

Таблиця 12

Труба Мо ді сс) А (хв) т ес) ТЕ (хв)

В 77777777 1В-ї | 90 1 ло | 650 | 715 | 762 1. Механічні властивості 1.1. Межа плинності й межа міцності на розтягування

Було відібрано групу з трьох зразків з безшовної труби В-1.

На кожному зразку межу плинності (у5 в МПа), межу міцності на розтягування (Т5 в МПа) та подовження під час розриву (А 95) оцінювали в поздовжньому напрямку.

Зокрема, оцінку цих властивостей виконували на зовнішній стінці зразків В-1.2 та В-1.3 та внутрішній стінці зразка В-1.5.

Результати по механічним властивостям наведені в таблиці 13:

Таблиця 13

Механічні властивості (у5, ОТ5 та А (95)) те (МПа 1046 1062 1049 2. Результати визначення ударної енергії

Групу з трьох зразків було відібрано з безшовної труби В-1 згідно з випробуванням на ударну в'язкість за Шарпі АБТМ Е23З - тип А на повнорозмірному зразку (10 х 10 мм).

Ударну в'язкість для кожного зразка оцінювали за допомогою визначення значень ударної енергії в поперечному напрямку за температури 0 "С. Для кожного зразка значення ударної енергії визначали три рази. Результати наведені нижче:

Таблиця 14

Значення ударної енергії за температури 0 С 11111111 | Орієнтаця | Ксм (Дю Ксме2 (Дж) КсуЗ (Дж) поперечна

Р

Для зразка В-1.8 вимірювання виконували ззовні, зсередини й у товщі стінки зразка.

Таблиця 15

Значення ударної енергії за температури 0 С

Ксм! (Дю) Ксм2 (Дю) Ксуз (Дж) 3. Перехідні значення за Шарпі в залежності від температур

Значення ударної енергії в джоулях (Ксу) в залежності від температур в діапазоні від 20 7 до -40 "С оцінювали для зразка В-1.6 в поперечному напрямку. Цей параметр визначали три рази за кожної температури. Результати наведені в таблиці 16:

Таблиця 16

Перехідні значення за Шарпі щи поперечна 02333391 138..1 132 | 134 | 135 ! Р

На фіг. 5 зображені перехідні криві Шарпі (джоулі) в поперечному напрямку для цього зразка.

Згідно з цими результатами можна побачити, що значення ударної енергії перевищують 110 джоулів за температури 20 "С, але потім істотно падають за негативних температур, особливо за температури -40 "С. Дійсно, ударна енергія становить приблизно 75 джоулів за температури - 4076.

Таким чином, ударна в'язкість зразка, який випробовували, значно зменшується за дуже низьких температур.

ЇМ. Сталь 0 згідно з даним винаходом

У таблиці 17 представлений хімічний склад сталі згідно з даним винаходом (вказані кількості розраховані в вагових відсотках, залишкова частина зазначеного складу складається з заліза).

Таблиця 17

Хімічний склад сталі Ю о Сталу| С | 5 | Мп | Р | 5 | Сб | Мо | мі, 0,011 0,001 би ТА (її мб М Ів | с 0022 | 0,038 0024 | 00017 | 0005

Підготовчий процес і виробничий процес, які реалізовували у відношенні сталі 0, ідентичні описаним для сталі А.

Зокрема, реалізовуваний спосіб здійснювали для одержання безшовної труби (0-1), що має товщину стінки 38,1 мм (що відповідає 1,5 дюйма).

Параметри вищеописаного способу наведені в таблиці 18 нижче:

Таблиця 18

Умови процесу згідно з прикладами після гарячої прокатки о о Товщина б 7777777171110-1 77777790 17 ло | 650 | 715 | зв

Спосіб привів до одержання загартованої й підданої відпуску сталевої труби, яка після остаточного охолодження від температури відпуску має мікроструктуру, що містить 99 95 мартенситу, при цьому інша частина складається з фериту й бейніту.

Крім того, одержана загартована й піддана відпуску сталева труба має зовнішній діаметр 374,65 мм. 1. Визначення межі плинності (у5) й міцності на розтягування (тТ5)

Було відібрано зразок з безшовної труби 0-1. Межу плинності (у5 в МПа), межу міцності на

Зо розтягування (ОТ5 в МПа) та подовження під час розриву (А в 95) оцінювали в поздовжньому напрямку.

Результати по механічним властивостям наведені в таблиці 19:

Таблиця 19

Механічні властивості (у5, ОТ5 та А (95)) р-я 771777117996,777 | 71134 | юю / 08877771 17600 2. Прогартовуваність згідно з випробуваннями за Джоміні

Прогартовуваність (за шкалою Роквелла) зразка, одержаного зі складу, описаного в таблиці 17, дослідили згідно з випробуваннями за Джоміні. 2.41. Процедура

Форма й розмір зразка були стандартизовані згідно з вимогами випробування за Джоміні (АЗТМ А255).

Випробування за Джоміні виконували після аустенізації за температури аустенізації (АТ) 910 "С й витримували за цієї температури протягом 10 хвилин (Аї: час аустенізації).

Ці випробування виконували шляхом загартування одного кінця зразка за допомогою водяного загартування, вимірювання твердості зразка з кроком 1,5 мм (приблизно одна шістнадцята дюйма) від загартованого кінця, а потім будували графік залежності результатів вимірювання твердості від відстані від загартованого кінця.

Швидке падіння твердості зі збільшенням відстані від загартованого кінця вказує на низьку прогартовуваність (твердість). Отже, чим ближче крива прогартовуваності за Джоміні до горизонтальної лінії, тим більше прогартовуваність (твердість).

В цілому, відстань від загартованого водою кінця, на якій твердість стає менше 50 НКС за

Роквеллом, називається в даному документі глибиною прогартовуваності за Джоміні. 2.2. Результати

На фіг. 6 зображена крива прогартовуваності за Джоміні (твердість за шкалою Роквелла), на якій показана залежність результатів вимірювання твердості від відстані від загартованого водою кінця.

Результати на цій фігурі показують, що крива прогартовуваності за Джоміні залишається плоскою, приблизно на рівні 50 НЕС, аж до відстані 40 мм від загартованого кінця зразка.

Ці результати демонструють, що твердість залишається стабільною по всій довжині зразка, який випробовують, що означає високу прогартовуваність.

Згідно 3 оцінками така загартовуваність може забезпечити одержання повністю мартенситної структури (99,9 95) для труби з товщиною стінки 40 мм, загартованої водою.

Зо Інакше кажучи, одержання суто мартенситної структури для зразка, виготовленого зі сталі згідно з даним винаходом, було додатково підтверджено його кривою прогартовуваності за

Джоміні. 3. Порівняння прогартовуваності зі сталями для порівняння 3.1. Склад сталі

У таблиці 20 представлений хімічний склад сталі для порівняння (вказані кількості розраховані в вагових відсотках, залишкова частина зазначеного складу складається з заліза).

Таблиця 20

Хімічний склад сталі Е

Сталь! С | 8 ЇЇ Мп | Р | 5 | сг | Мо | м 02 | ол | 033 | 0011 | 00014 | 095 | 08 | 004

Е би А (тії (мб ЇМ Ів | Її (002 | 0046 | 0017 | - | 0бооз | 0бо0т2 | 00046 3.2. Процедура

Зразок, одержаний зі складів сталі Е, був стандартизований згідно з вимогами випробування за Джоміні.

Випробування за Джоміні виконували після аустенізації за температури аустенізації (АТ) 910 "С й витримували за цієї температури протягом 10 хвилин (Аї: час аустенізації). 3.3. Результати

На фіг. 7 зображені криві прогартовуваності за Джоміні (твердість за шкалою Роквелла) зразка зі складу сталі Е, на яких показана залежність результатів вимірювання твердості від відстані від загартованого водою кінця.

Результати на цій фігурі показують, що крива прогартовуваності за Джоміні цього зразка не є плоскою й характеризується значним падінням зі збільшенням відстані від загартованого кінця.

Зокрема, крива зразка, одержаного зі складу сталі Е, має точку перегину на рівні приблизно 15 мм перед значним зниженням.

Ці результати явно показують, що твердість не є стабільною по всій довжині зразків, які випробовують.

Ці результати також підтверджують факт, що загартовуваність, яка досягається, не здатна привести до повністю мартенситної структури. Дійсно, структура цього зразка складається з менш ніж 90 95 мартенситу на відстані 40 мм від загартованого кінця.

Зокрема, це означає, що така загартовуваність не забезпечить одержання повністю мартенситної структури (99,9 95) для труби з товщиною стінки 40 мм, загартованої водою (незалежно від вимірювання за умови зовнішнього загартування або зовнішнього і внутрішнього загартування), а, замість цього, забезпечить одержання структури, що має менше 90 95 мартенситу.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Сталь для безшовної труби, що має наступний хімічний склад, який складається, в мас. 9б, з: С: від0,27 до 0,30, ві: від 0,20 до 0,35, Мп: від 0,80 до 0,90,

Сг. від 1,30 до 1,45, Мо: від0,65 до 0,75, МІ: від 0,15 до 0,25, Си: максимум 0,25, А: від 0,015 до 0,035, Ті: від 0,024 до 0,038, М: максимум 0,012, У: максимум 0,05, В: від 0,001 до 0,0025, МБ: від0,02 до 0,03, причому залишкова частина зазначеної сталі являє собою залізо та неминучі домішки від промислової обробки та має межу плинності (у5) щонайменше 862 МПа і межу міцності на розтягування (СТ5), причому відношення межі плинності (у5) до межі міцності на розтягування (ОТ5) становить менше 0,93.

2. Сталь за п. 1, яка відрізняється тим, що хімічний склад складається, в мас. 90, 3: С: від0,27 до 0,30, ві: від 0,22 до 0,30, Мп: від 0,80 до 0,85,

Сг. від 1,30 до 1,40, Мо: від0О0,б5 до 0,70, МІ: від015 до 0,20, Си: від 0,10 до 0,20, А: від 0,017 до 0,030, Ті: від 0,028 до 0,038, М: від0О,001 до 0,010, У: від 0,001 до 0,020, В: від 0,0010 до 0,0018, М: від 0,020 до 0,025, причому залишкова частина зазначеної сталі являє собою залізо та неминучі домішки від промислової обробки.

3. Сталь за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що відношення межі плинності (5) до межі міцності на розтягування (ОтТ5) становить менше 0,9, переважно менше 0,88.

4. Сталь за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що межа плинності (5) становить щонайменше 900 МПа, переважно щонайменше 930 МПа.

5. Сталь за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що межа міцності на розтягування (ОТ5)

становить щонайменше 950 МПа, переважно щонайменше 1035 МПа.

6. Сталь за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що сталь має значення ударної в'язкості згідно з АБІМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10х10 мм) в поперечному напрямку за температури -40 "С щонайменше: 930(невключно)-1069...ЙЮюЮЙКр/7777777777777111ВО1111111111111111111111111111сСсС

7. Сталь за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що сталь має значення ударної в'язкості згідно з АТМ Е23 - тип А на повнорозмірному зразку (10х10 мм) в поперечному напрямку за температури -60 "С щонайменше: 8б2-930(включноїї 77777711

8. Сталь за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що склад задовольняє вказаному нижче співвідношенню значень вмісту нікелю, хрому й марганцю: Ху (Мі, Ст, Мп)22,2.

9. Сталь за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що склад задовольняє вказаному нижче співвідношенню значень вмісту нікелю, хрому, марганцю й кремнію: Ху (Мі, Ст, Мп, 5і)22,4.

10. Сталь за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що її мікроструктура містить щонайменше 95 95 мартенситу відносно всієї мікроструктури, переважно 99 905 мартенситу.

11. Спосіб одержання сталевої безшовної труби, що включає щонайменше наступні послідовні етапи: (ї) надання сталі, що має хімічний склад, як визначено за будь-яким з пп. 1-10, (і) гаряче пресування сталі за температури в діапазоні від 1100 до 1300 "С за допомогою процесу гарячого пресування з одержанням труби, за яким іде: (ії) нагрівання зазначеної труби до температури аустенізації (АТ), яка вище або дорівнює 890 "С, і витримування зазначеної труби за температури аустенізації (АТ) протягом часу від 5 до 30 хвилин, після чого здійснюється: - охолодження труби до температури не більше 100 "С з одержанням загартованої труби, і - нагрівання та витримка зазначеної загартованої труби за температури відпуску (ТТ) в діапазоні від 580 до 720 "С та витримування зазначеної труби за температури відпуску (ТТ) протягом часу відпуску, а потім охолодження зазначеної труби до температури не більше 20 "С з одержанням загартованої і підданої відпуску труби, Зо (м) вимірювання відношення межі плинності до межі міцності на розтягування й контролювання того, щоб зазначене відношення було менше 0,93.

12. Безшовна труба, виконана зі сталі за будь-яким з пп. 1-10.

13. Безшовна труба за п. 12, яка відрізняється тим, що сталева безшовна труба має товщину стінки, яка знаходиться в діапазоні від 38 до 78 міліметрів.

14. Пристрій для нафтогазової сфери та/або механічний компонент, які містять щонайменше безшовну трубу за п. 12 або 13.

15. Застосування сталі за будь-яким з пп. 1-10 під час виготовлення пристрою для нафтогазової сфери та/або механічного компонента.

Турки их укових І я дом в Є : : де окт в х : ДК нн Ж фунт ук нн нннннннннннннннненні І ТИ в З . І : НД ох : г : ї М | ак я гео : ЖІ СЯ їж й Ед БК я шин Ж щі т се З : м : ВО шк, Ба ї ї ще : х : ЯК лан асукнтькя х Ом з : : М Що : І Ше Кк : : Ме : зак

Фіг. 1 ТМркохих Кри КІККО ВМНоКЕу ї , то дев : та по : : ї ТТ ждати КІЛ кю : В кон од нят ще : ї Кох йо Шо хх : я Комі і ї у во і ї тою де : ї тому, і : лег Ме : с : ХЕ щ ПК й Нх ТК

Фіг. 2 Тех оуока ол омимих кох М: я ї : зеехетттня : Кн УМХ ї : Ж нною, ' КК

Фіг. З

1 ЗМ : : : : ї ! : : : : ї ! : : : донеіччн і ї ! : : : : ї ! : же : : ї ! : : : : ї хі І я : : : : ! : : : : : ! : : : : ї ку : : : : : ! : : : : ї ! : : : : ї х У : 1 : ї ! Ж ! : : : : ї х Н : : : : : В : : : : ї я : : : : ї ! : : : : ї ! : : : : ї я : : ; : : ! : : : : ї ! : : : : ї щі н х - х ! й ТТ че ва хе 2 ; - -0 -О Ж -ка 0 й як ур Тс

Фіг. 4 Ірма хрмох мохом омюх хро їх сіє х : нн 1їЖ шля ве» ТТ і : ще до ж, і : За дах : : че -хле і я і оди т ох і КУ : те : І ку і : з і : г і : КЕШЕ і

Фіг. 5 іх ше т як пе, х ЯдЕЖ ЖЖ ему І нати ЦИ і її . кад тт нн я АБУ хрумимх ше Фессєстєсєскєк ск кекс Кк єкєккєк кекс 7 а с хо дір НН ТОМ ЗКБИ М марне нх хом В Още ДООХИ: : х я дме ОЗ ОЗ Од днини ння ДВНЗ ЇНИ ВО ІМ кущик минав З 5 ни паж За ЗМ ЕЕ. СЯ ВМ МК нн ВІКНАХ ХМ КТЯ КО пазухах їж ОлОш ож я Ж й ОХ й Мопфоттід тні влд КУТИ МЕТО МОЖЕ да еВ? ЗЕМ ЗІ ЛО ЖМ ВІ ЗАВ Зкокохк хо Дюк: Зк

БЕ щи КК ЕВ КУ коруккикух ДВІ ета жокнннн плаття дистттлтет тюки У чакри кх а їх х с х лилия» с с ду. жжх 45 : : : : хжлтте ЖИ тему юМюХ ховав : й : Пюжнмдт й шо : : : те т ЗВ : : : хо : : :

я Б. : З : : : ОЗ! : : : Ж Ві р. ! ШЕ рої ! дан пеІЕжІщи ЯК ун т КОЖНИМ КАК КОТА; змхрукахнкя т ТОЛЕ ДЕ ВИ К Ж онондннннлнтнляВнтнлттняя зима о вки М Ми рууеувнкі ков студ ЩОой От З З ЦІВ ВІВАТ ХА Ле АЕН ЖИ ДІ З БА ТКУ ЩЕ Міхснкк то Пююмх песо

Фіг. 7