СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
MANUFACTURING METHOD OF CORROSION-RESISTANT TUBING

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
σ<sub>в</sub>, кгс/мм<sup>2</sup>
σ<sub>т</sub>, кгс/мм<sup>2</sup>
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.