UA82568C2 - Сталь підвищеної корозійної стійкості і труби, виконані з неї - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до металургії а саме до складу низьколегированої сталі підвищеної корозійної 2 стійкості для виробництва труб і виконаних з неї безшовних труб і може бути використаний при будівництві трубопроводів, зокрема нафтогазопроводів високої корозійної стійкості у водних нафтопромислових середовищах з підвищеним вмістом вуглекислого газу, вуглекислоти, хлоридів, сірководню, механічних домішок і інших складових, а також для транспортування пластових вод, нафти, нафтопродуктів і зволоженого газу і для інших призначень. 70 Звичайні вуглецеві сталі у вказаних умовах можуть піддаватися загальній і локальній корозії, корозійному розтріскуванню під напругою, сірководневому корозійному розтріскуванню, водневій крихкості та ін., що призводить до крізних корозійних пошкоджень трубопроводу. Тому основними вимогами, що пред'являються до таких сталей, є висока стійкість проти різних видів корозійних руйнувань при достатній міцності, необхідній для трубопроводів, що працюють під тиском, а також високої в'язкості, холодостійкості та задовільній 12 зварюваності. У зв'язку із значними об'ємами використання таких труб, їх вартість повинна бути порівняно низькою, що виключає можливість використання сталей з високим вмістом коштовних легуючих елементів.

Відома сталь для виготовлення труб, що містить наступні компоненти, мас.9о:

Вуглець 0,06-0,13

Кремній 0,15-0,40

Марганець 0,30-0,60

Хром 0,40-0,70

Молібден 0,08-0,15

Алюміній 0,01-0,07 і.

Титан 0,005-0,09 Ге)

Церій 0,002-0,05

Залізо решта, при цьому вміст церію, титану і алюмінію в сталі відповідає умові: (Се|»2,5.107ЛДА11-0,8(Тії, де (Се, ТАТІ, со (ТІ) - вміст церію, алюмінію і титану відповідно, (патент РФ Мо2122045, МПК С22С38/28, опубл. 20.11.1998Ї1. «о

Дана сталь застосовується для виготовлення магістральних труб для перекачування нафтопродуктів в умовах північних широт і забезпечує стійкість труб до сульфідного корозійного розтріскування, хорошу зварюваність в юю умовах низьких температур з одночасним забезпеченням зносостійкості. Проте, внаслідок недостатнього вмісту сі хрому, стійкість такої сталі, а, отже, труб з неї проти локальної корозії у водних середовищах, що містять (они хлору, невисока. Крім того, легування хромом і молібденом, а також мікролегування титаном і церієм со призводить до збільшення вартості сталі і труб з неї.

Відома також сталь для виготовлення труб, що містить, мас.9б:

Вуглець 0,24-0,28 «

Марганець 1,30-1,50 - с Кремній 0,15-0,35 з» Мідь не більше 0,20

Хром 0,13-0,20

Молібден 0,15-0,60

Алюміній 0,007-0,05 со Азот не більше 0,02 ке Титан 0,02-0,04

Бор 0,0007-0,0025 о Ніобій 0,02-0,10 (ех) 50 Сірку не більше 0,01

Фосфор не більше 0,03 со Залізо решта, (патент США Мо4784704, НКИ 148/334, МПК С22С38/22, опубл. 15.11.1998). Дана сталь застосовується для 59 виготовлення високоміцних зварюваних безшовних труб. Мінімальна межа текучості сталі 94,5кг/мм 2,

Ф! мінімальне видовження 1595. Не зважаючи на високу міцність і задовільну пластичність, корозійна стійкість такої сталі, а, отже і труб з неї, в середовищах нафтопромислів, особливо що містять хлориди і сірководень, і недостатня. Крім того, унаслідок високого сумарного вмісту вуглецю, хрому і марганцю сталь і труби, виконані з неї, мають високий вуглецевий еквівалент, що погіршує їх зварюваність, особливо при негативних бо температурах, що обмежує їх використання.

Відома також сталь для виготовлення труб, що містить, мас.9б:

Вуглець 0,13-0,17

Марганець 0,45-0,65 б5 Кремній 0,17-0,37 -Д-

Сірку не більше 0,015

Фосфор не більше 0,015

Хром 0,4-0,7

Ванадій 0,04-0,06

Алюміній 0,02-0,04

Нікель не більше 02

Залізо решта, 70 ЇКірсанов В., Круцан Р., Радкевич 0. та ін. / Вплів термічної обробки на опірність корозійному руйнуванню трубної сталі типу 20ХФ у сірководневих середовищах. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Львів. - 20021.

Вказана сталь і виконані з неї безшовні труби мають більш високу корозійну стійкість, а також високу міцність і володіють стійкістю проти сірководневого розтріскування під напругою і водневого розтріскування - після спеціальної термічної обробки. Проте стійкість проти загальної і локальної корозії у водних /5 Середовищах, що містять іони хлору, і в деяких інших - є недостатньо високою. Крім того, для забезпечення стійкості проти сірководневого корозійного розтріскування сталь і труби, виконані з неї, повинні піддаватися спеціальній термічній обробці - гартуванню і відпуску, що приводить до значних енерговитрат і до подорожчання вказаної металопродукції, що обмежує її використання.

Найближчим аналогом винаходу, що заявляється, є сталь для виготовлення труб, що містить наступні компоненти, мас.9о:

Вуглець 0,07-0,30

Марганець 0,35-1,50

Кремній 0,15-0,70

Хром 0,05-1,00 см

Ніобій 0,01-0,06 о

Нікель 0,05-0,50

Мідь 0,05-0,50

Алюміній 0,01-0,05 с

Сірку не більше 0,010

Фосфор не більше 0,020 (Се)

Кальцій 0,0008-0,0020 ю залізо і неминучі домішки, у тому числі кисень решта. с

Причому вміст вуглецю, марганцю і кремнію відповідає умові: 2(С1-0,1|(Мп|нО,4(|51)«0,63, де |СІ, ІМп) і (ЗІ со - вміст вуглецю, марганцю і кремнію відповідно, мас.уюо, при цьому вміст алюмінатів кальцію в сталі не перевищує З включень у 1 мм, вміст кисню складає не більше 0,3 вмісту алюмінію, а бал сульфідів складає не більше 1,0. Безшовні труби, виконані з цієї сталі, яка має смугастість структури не вище за 2 бали. (Патент

РФ Мо2243284. МКИ С22С38/42. 27.12.2004). «

Сталь і виконані з неї безшовні труби мають підвищену корозійну стійкість при збереженні міцності, -в с в'язкості, холодостійкості при задовільних показниках вартості. Проте наявність в сталі алюмінатів кальцію і структурної неоднорідності (смугастість структури складає до 2 балів за ГОСТ 5640), а також недостатній вміст :з» хрому може привести до пітингової та виразкової корозії у 5 водних хлорид-вміщуючих середовищах (що містять до 150г/л іонів хлору), і одночасно містять вуглекислоту та внаслідок цього характеризуються підвищеною Кислотністю (рН менше 6,0). Результатом цього може бути передчасний вихід з ладу трубопроводів унаслідок бо локальних крізних корозійних пошкоджень. Крім того, заявлене співвідношення вмісту вуглецю, марганцю і кремнію (2ІС1-0,1|Мп1нО,4(5І1«:0,63) не забезпечує стійкість проти сірководневого корозійного розтріскування. ко Холодостійкість і зварюваність сталі і виконаних з неї труб при температурах нижче мінус 6092С є недостатньо с високою, що обмежує їх використання в умовах Крайньої Півночі.

В основі даного винаходу лежить рішення задачі по вдосконаленню сталі і труб, виконаних з неї, шляхом (22) змінення складу сталі, співвідношення її компонентів і структурного стану - внаслідок чого забезпечується: с підвищення стійкості проти локальної корозії сталі і труб, виконаних з неї, у високо агресивних нафтопромислових середовищах, що мають високу мінералізацію і містять до 150г/л хлористого натрію у поєднанні з вуглекислотою при підвищеній кислотності (рН менше 6,0), підвищення стійкості проти Сірководневого корозійного розтріскування, стійкості проти водневої крихкості, а також підвищення холодостійкості та поліпшення зварюваності при монтажі трубопроводів, у тому числі в умовах північних широт, (Ф) при задовільній вартості сталі і труб, виконаних з неї. з Поставлена задача вирішена тим, що по п.1. сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, ніобій, алюміній, нікель, мідь, сірку, фосфор, залізо і неминучі домішки, згідно винаходу, додатково містить ванадій бо при наступному співвідношенні компонентів, мас. 90:

Вуглець 0,04-0,065

Марганець 0,40-0,65

Кремній 0,15-0,40 65 Хром 1,03-1,3

Ніобій 0,02-0,06

Ванадій 0,02-0,06

Алюміній 0,02-0,06

Нікель не більше 0,25

Мідь не більше 0,25

Сірка не більше 0,020

Фосфор не більше 0,020

Залізо і неминучі домішки решта. 70 При цьому вміст хрому, ніобію, ванадію, вуглецю, марганцю повинен відпровідати співвідношенню: (дсп АМТИ СТО, 2|(Мп1)26,5. По п.2. безшовні труби, виконані зі сталі по п.1ї, яка має величину вуглецевого еквіваленту, обчислювану за формулою: с (3- са Мп уст у Між Си не більше 0,40, і -кЕ. Б 5 157 смугастість структури не вище за 1,5 бали.

Співвідношення компонентів, які заявляються, одержані експериментальним шляхом.

Відмінність запропонованої сталі від найближчого з аналогів полягає у зменшенні вмісту вуглецю, збільшенні вмісту хрому, введенні до складу ванадію при дотриманні співвідношення (дсп АМТИ СТО, 2|Мп1)26,5. Безшовні труби, які виконані зі сталі по п.ї. з величиною вуглецевого еквіваленту не більше 0,40 і смугастістю структури не вище за 1,5 бали.

Технічним результатом використання запропонованого складу є підвищення корозійної стійкості сталі і труб, що виготовляються з неї, в агресивних нафтопромислових середовищах з підвищеним вмістом вуглекислого газу, вуглекислоти, хлоридів, сірководню, механічних домішок і інших складових, підвищення холодостійкості при температурах до мінус 602С, поліпшення зварюваності при монтажі трубопроводів - при збереженні високих механічних і в'язкопластичних властивостей, а також зменшення кількості технологічних операцій при сі виробництві труб і зниження їх вартості. У результаті це дає можливість експлуатувати труби в агресивних нафтопромислових середовищах без використання коштовних інгібіторів корозії, розширити області о використання сталі і виготовлених з неї труб, у тому числі в умовах Крайньої Півночі, значно підвищити термін безаварійної експлуатації трубопроводів і поліпшити умови праці і навколишнього середовища.

Це пов'язано з тим, що збільшення вмісту хрому, зниження вмісту вуглецю і введення у склад ванадію при со виконанні співвідношення (Сп(Ме|АМІИС1О0,2|Мпиї) 26,5 сприяє: утворенню однорідної (зі смугастістю нижче за 1,5 бали) структури, чистої по неметалевих включеннях, особисто, по сульфідах марганцю; утворенню в о процесі експлуатації сталі і труб з неї у водних нафтопромислових середовищах хлоркальцієвого типу, що МУ містять хлориди, вуглекислоту і сірководень, - пасивної захисної оксидної плівки з підвищеним приблизно у 2 рази у порівнянні з основним металом вмістом хрому, що підвищує стійкість проти локальної та загальної с 3З5 Корозії, а також стійкість проти сірководневого корозійного розтріскування і водневої крихкості, крім того, с підвищує міцносні характеристики сталі і труб при збереженні високої в'язкості і пластичності і задовільної зварюваності при негативних температурах - за рахунок низького значення вуглецевого еквіваленту не більше 0,40.

Були одержані сталі з вмістом компонентів, які відповідають тим, що заявляються, а також які виходять за « межі, що заявляються і склад, який відповідає найближчому з аналогів. Вказані склади приведені в таблиці 1. 2 с Виплавлені сталі були розлиті у зливки діаметром 200Омм, прокатані на трубні заготівки діаметром 120мм, а й потім прокатані на автоматичній установці ТПА 140 у безшовні гарячедеформовані труби розмірами "» ш114хХ9,Омм. Труби зі сталей, відповідних тим, що заявляються, виготовляли за енергозберігаючою технологією нормалізаційної прокатки, без термічної обробки з окремого нагріву. Труби зі сталі складу за найближчим з аналогів додатково піддавали нормалізації при температурі 900-9302С з окремого нагріву. со с 175 1 з | 3 5 г 5

Ф Мавенше 1111111111101091 свв бло | ол | слі о сю хи 00000001 56014301 ляю 0 ляво0бмв дев 00011111 0060061 об 0002 00100 зв Вашій 00000001 007010о60оок ооо длюмнй 11110011 002 10560002 007 бок о дю 7777111 055 02» бив. 009 035 05 ю во вій 1101-01-11 11-11 ов полем уосвоями; 01570156 182 | з | 58 | 20 бо Величина вуглецевого еквіваленту (Се) 0,44 0,39 0,38 0,39 0,53 0,47 зсколміеяві 33333331 - 1-1 1-1 | о5 у 1ммЗ 1,5 - склади із співвідношенням, що виходить за пропоновані межі; 6 - склад сталі, відповідний найближчому з аналогів.

На трубах визначали смугастість структури за ГОСТ 5640, а також відбирали зразки для проведення 7/0 Комплексних механічних і корозійних випробувань і випробувань на зварюваність. Випробування на розтягування проводили за ГОСТ 10006 на виточених зразках круглого перерізу з діаметром робочої частини 5мм і довжиною

Б5Омм, випробування на ударну в'язкість при температурі мінус 60 «С проводили за ГОСТ 9454 на подовжніх зразках з гострим надрізом (тип "Шарпі"), виготовлених з основного металу, і на зварних зразках; спеціальні корозійні випробування на стійкість проти локальної корозії, загальної корозії, сірководневого розтріскування 75 | водневої крихкості - проводили за наступними методиками: 1) запропонованій в роботі Липовских В.М,.,

Кашинского В.И., Реформатской И.И. и др. "Защита металлов". 1999, т.35 Моб, с.653-655 (визначали швидкість розвитку пітингів у гарячій воді (парі) при температурі (135 -15)2С, що містить Б5Омг/л хлор-іонів, 5Омг/л сульфат-іонів і 2Омг/л кисню, при рН 8,5-9,5, тривалість випробувань З місяці); 2) шляхом визначення потенціалів корозії сталей у 1Н розчині хлористого натрію електрохімічним методом - на пласких зразках з робочою поверхнею 1ї1см-; 3) за методом МАСЕ ТМ 0177 (випробування на стійкість проти сірководневого корозійного розтріскування під напругою у середовищі складу: 595 хлористого натрію, 0,595 оцтової кислоти,

ЗббОмг/л сірководню, при рН-4-5 і розтягуючій напрузі, що дорівнювала 70905 від межі текучості сталі (0,7 б02), протягом 720 годин - на зразках круглого перерізу з діаметром робочої частини 6,2мм; 4) за методом МАСЕ ТМ 0284 (випробування пласких зразків на водневу крихкість у розчині методу МАСЕ ТМ 0177 протягом 92 годин); 5). С випробування на загальну корозію пласких зразків у розчині методу МАСЕ ТМ 0177, але без сірководню; 6) у о нафтопромисловому середовищі нафтогазовидобувного управління "Охтирка-нафтогаз" Сумської обл., Україна, (вода хлоркальцієвого типу складу (г/л): НСОз- - 0,40; СІ- - 146; (Ма"К") - 54,2; Са 2" - 29,8; Ма?" - 52; 50,27 - 0,66; (Вг" ян") - 0,35; загальна мінералізація - 235; СО» - 58,2мг/л; Ноз - 5-10мг/л; рН-4,8) - протягом 120 діб. зо Результати проведених випробувань представлені в таблицях 2-3. оо (Се)

Метал! 11111101 Резульжт корозйник витробуваь 1110 ю й (швидкість (потенціал до розтріскування (коефіцієнти довжини і (швидкість (швидкість локальної корозії, корозії, мВ) зразків, години) ширини тріщин, 95) корозії, мм/рік) корозії, мм/рік) с мм/рію) 90 вводі яю блшет 00010000 бло? 0 осволо 781 овхюви 1 зв3000влшетю 10001010 оовоі 0 богом « 4 40 зво 100300 білет 110 ооеоло 0 оотосю З с . в | оявогю лм //17ББО 01 зіб обоз! | ово и? о Ма 10000110 Меканяі власмют 1000

Межа міцності св; Н/мм2 Межа текучості со, Н/мм2 Відносне видовження 55 96). Ударна в'язкість КСУ, Джієм? й (зварний шов)

Фі

ФО сю св 81000100 вв 01000050 тва аву зро й 7» - крихкий злам зразків. ко

Аналіз представлених даних показує, що склади сталі варіантів 2-4, що відповідають формулі винаходу, 60 забезпечують високі механічні властивості (межу міцності, межу текучості, відносне видовження), високі в'язкопластичні характеристики (ударну в'язкість при негативних температурах і 80-10095 в'язкої складової у зламі зразків після випробувань), високу корозійну стійкість - проти локальної корозії (швидкість локальної корозії не більше 0,4мм/рік, потенціал корозії зразків у хлорид-вміщуючому середовищі позитивніше за мінус 400мВ), проти загальної корозії (швидкість корозії залежно від середовища складає 0,07-0,12мм/рік), проти 65 сірководневого корозійного розтріскування під напругою (зразки не зруйнувалися у середовищі стандарту МАСЕ

ТМ 0177, що містить сірководень, за базовий час випробувань 720 годин при напрузі, яка дорівнювала 0,7 со)

і проти водневої крихкості (подовжні і поперечні тріщини на зразках після випробувань у сірководневому середовищі були відсутні), а також задовільну зварюваність і високі в'язкопластичні властивості звареного шва при негативних температурах.

Склади сталі і труб з позамежними значеннями (склади 1 і 5) мають у 1,5-2 рази більш низьку стійкість проти локальної корозії, у 2-5 разів більш низьку стійкість проти загальної корозії в агресивному нафтопромисловому середовищі, не витримують випробування на стійкість проти сірководневого розтріскування за методикою МАСЕ ТМ 0177. Крім того, склад 5 має недостатню ударну в'язкість сталі, труб з неї і зварного з'єднання при негативних температурах, що обмежує їх використання. 70 Сталь, що відповідає найближчому з аналогів (сталь 6), має понижену стійкість проти локальної і загальної корозії і проти сірководневого корозійного розтріскування, а також сталь, труби з неї і зварні з'єднання мають недостатні в'язкопластичні характеристики при негативних температурах, що обмежує їх використання.

Таким чином, використання запропонованої сталі підвищеної корозійної стійкості і труб, виконаних з неї, забезпечує значне підвищення стійкості проти локальної і загальної корозії у високо агресивних 7/5 нафтопромислових середовищах, а також стійкість проти сірководневого розтріскування у поєднанні з високими механічними і в'язкопластичними властивостями і високою холодостійкістю, при задовільній зварюваності, у тому числі при температурах до мінус б02С та невисокій вартості сталі і виготовлених з неї безшовних труб.

Зрештою це приведе до значного підвищення терміну безаварійної експлуатації трубопроводів, поліпшення умов праці і навколишнього середовища.

Claims (1)

Формула винаходу

1. Сталь підвищеної корозійної стійкості, яка містить вуглець, марганець, кремній, хром, ніобій, сч алюміній, нікель, мідь, сірку, фосфор, залізо і неминучі домішки, яка відрізняється тим, що вона додатково містить ванадій при наступному співвідношенні компонентів, мас. 90: (о) вуглець 0,04-0,065 марганець 0,40-0,65 (ге) кремній 0,15-0,40 й хром 1,03-1,30 (се) ніобій 0,02-0,06 п Іо) ванадій 0,02-0,06 алюміній 0,02-0,06 с нікель не більше 0,25 со мідь не більше 0,25 сірка не більше 0,020 фосфор не більше 0,020 залізо і неминучі домішки решта, « , ЩО , , , , Ше - с при цьому вміст хрому, ніобію, ванадію, вуглецю і марганцю повинен відповідати співвідношенню: (еп МВІ МІСТО, 2|Мп))» 6,5.

з 2. Безшовні труби підвищеної корозійної стійкості, які відрізняються тим, що вони виконані зі сталі за п. 1, що має величину вуглецевого еквіваленту, обчислюваного за формулою: й Ми Ст М Мія Су ; не більше 0,40, і смугастість структури не вище за 1,5 бала. Секв (а) - ЯК - Я 5 СЯ Ж 8 65 Ж я 6 Ж - - (с) В 5 15 ко тріїгя я " : " " : : по Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних Ге) мікросхем", 2008, М 8, 25.04.2008. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і й науки України. Ф уки укр ії») ко 60 б5