Способ изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб

Способ изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления полых изделий, предусматривающим изменение физической структуры металла, и может быть использовано при изготовлении труб, эксплуатирующихся в нефтяных скважинах с агрессивными средами, содержащими сероводород и углекислый газ.

Известен способ изготовления высокопрочных насосно-компрессорных и обсадных труб для нефтяных скважин, согласно которому трубу изготавливают из стали, содержащей углерод в пределах 0,06-0,18% и легированной хромом, марганцем, никелем, молибденом, ванадием, ниобием, алюминием, бором, азотом и РЗМ в количествах и соотношении элементов, обеспечивающих закалку охлаждением на воздухе, и осуществляют подогрев под редуцирование или калибровку диаметра до температуры 1000-1050°C (патент РФ №2070585, МПК C21D 9/14). Однако трубы, изготовленные по этому способу, обладая достаточными прочностными характеристиками, не обладают при этом необходимой коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ изготовления насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающий раскатку стенки при температуре 1200-950°C, охлаждение на воздухе до температуры 700-750°C, нагрев до температуры 890-910°C и редуцирование или калибровку диаметра при температуре 800-820°C с последующим охлаждением на воздухе (Технологическая инструкция Первоуральского новотрубного завода ТИ 159-ТР.ТБ-252-04). Однако при использовании для изготовления труб из коррозионно-стойких сталей типа 15Х5МФБЧ данный способ не позволяет получить однородные структуру и свойства по сечению и длине трубы, что соответственно приводит к нестабильности механических и коррозионных свойств трубы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка необходимых механических и коррозионных характеристик по длине и сечению трубы.

Поставленная задача решается путем того, что в предложенном способе изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающем раскатку стенки, охлаждение на воздухе, редуцирование или калибрование диаметра и последующее охлаждение на воздухе, в отличие от прототипа трубы изготавливают из стали, легированной хромом, молибденом, ванадием, ниобием, РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	не более 0,16
Кремний	0,30-0,50
Марганец	0,50-0,70
Хром	3,00-6,00
Молибден	0,40-1,00
Ванадий	0,04-0,10
Ниобий	0,04-0,10
Алюминий	0,02-0,05
РЗМ	0,005-0,015
Железо и неизбежные примеси	остальное,

раскатку стенки ведут при температуре 1050-900°C, охлаждение на воздухе после раскатки осуществляют до температуры 700-650°C и при этой температуре проводят редуцирование или калибровку диаметра.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в том, что предложенные последовательность операций и температурные режимы их проведения позволяют сформировать такую структуру стали, которая обеспечивает стабильность ее характеристик как по сечению, так и по длине изготовленной трубы. Как показали проведенные дилатометрические, дюрометрические и металлографические исследования, при изготовлении труб из стали указанного состава известным способом в результате охлаждения после редуцирования в интервале 800-820°C в структуре стали от границ аустенитных зерен сдвиговым путем формируются колонии верхнего и нижнего бейнита. По границам бывших аустенитных зерен сохраняются микрообъемы доэвтектоидного феррита (см. фиг.1 - микроструктура металла насосно-компрессорной трубы из стали 15Х5МФБЧ после проката по ТИ 159-ТР.ТБ-252-04, × 2000), что негативно сказывается на прочностных и вязко-пластических характеристиках металла трубы. Кроме того, при последующем охлаждении в структуре стали могут образоваться микротрещины ввиду различного удельного объема аустенита и феррита. Согласно предложенному способу исключается операция подогрева перед редуцированием и само редуцирование проводится при более низких температурах 700-650°C. В предложенном диапазоне температур сталь находится в аустенитном состоянии (ГЦК решетка), при этом, за счет снижения количества барьеров на пути движения дефектов структуры, происходит разупрочнение металла с ГКЦ решеткой, что существенно облегчает прокат. При данном способе изготовления труб формируется однородная мартенсито-бейнитная структура (см. фиг.2 - микроструктура металла насосно-компрессорной трубы из стали 15Х5МФБЧ по предлагаемому способу изготовления, × 2000). Зерна доэвтектоидного феррита выделиться не успевают. Кроме того, в структуре стали происходит выделение карбидов и карбонитридов ванадия, замедляющих рост аустенитного зерна. Формирование равномерной мелкозернистой мартенситно-бейнитной структуры по толщине и длине трубы после редуцирования не требует проведения последующей дорогостоящей нормализации и позволяет получить необходимые стабильные механические и коррозионные характеристики трубы.

В заводских условиях была произведена прокатка насосно-компрессорных труб ⌀ 73×5,5 мм из стали 15Х5МФБЧ (химический состав приведен в таблице 1). Температурные параметры прокатки приведены в таблице 2, в таблице 3 - механические свойства по длине трубы.

Таблица 1
Химический состав стали марки 15Х5МФБЧ (плавка №35143)
Массовая доля элементов, %
C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	Al	Mo	V	Са	Nb	Ce	N, ppm	O, ppm	H, ppm
0,14	0,40	0,56	0,004	0,011	4,67	0,07	0,06	0,03	0,41	0,044	0,0015	0,04	0,008	90	13	2

Таблица 2
№ трубы/режима	Темп-ра перед подогр. печью, °C	Время нагрева в подогр. печи, с	Темп-ра перед редукционным станом, °C	Темп-ра после редукционного стана, °C
1	-	-	773-815	729
2	680	30	765-769	697
3	630	40	711-716	657
4	590	40	640-670	657
5	590	40	630-670	650

Таблица 3
№	Температура раскатки, °C	Темп-ра ред-я, °C	σв, кгс/мм2	σт, кгс/мм2	δ, %
перед. конец трубы	задний конец трубы	перед. конец трубы	задний конец трубы	перед. конец трубы	задний конец трубы
1	1050	697	134,3	136,8	95,5	98,4	15,5	12,0
2	950	672	138,0	141,0	106,5	105,0	13,0	12,5
3	900	657	137,9	134,3	92,9	99,5	14,0	14,0
4	910	657	138,5	137,1	99,7	100,0	14,5	14,5
5	925	650	142,6	143,0	103,5	103,8	15,0	14,5

Как видно из полученных данных, все механические характеристики сохранили стабильность по длине трубы.

Способ изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающий раскатку стенки трубы, охлаждение на воздухе, редуцирование или калибрование диаметра и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что трубы изготавливают из стали, легированной хромом, молибденом, ванадием, ниобием и РЗМ, при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерод	не более 0,16
кремний	0,30-0,50
марганец	0,50-0,70
хром	3,00-6,00
молибден	0,40-1,00
ванадий	0,04-0,10
ниобий	0,04-0,10
алюминий	0,02-0,05
РЗМ	0,005-0,015
железо и неизбежные примеси	остальное,

раскатку стенки ведут при температуре 1050-900°C, охлаждение на воздухе после раскатки осуществляют до температуры 700-650°C, при которой проводят редуцирование или калибровку диаметра.