БЕСШОВНАЯ ТРУБА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СРЕД

2
2
Полезная модель относится к области трубопроводов, а именно к металлическим трубам, используемым при сооружении трубопроводов для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, содержащих С0 и HS, в частности, нефти, нефтепродуктов, пластовых вод и т.п.
Известны сварные трубы для нефтегазопродуктопроводов, изготовленные из горячекатанного листа, полученного из низкоуглеродистой стали со следующим соотношением компонентов, мас.%: 0,03-0,11 углерода, 0,90-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,02-0,12 ванадия, 0,010-0,055 алюминия, 0,005-0,30 никеля, 0,03-0,10 ниобия, 0,010-0,040 титана, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ №2180691, МПК C21D 9/08) или из стали с соотношением компонентов, мас.%: 0,02-0,11 углерода, 0,10-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,01-0,12 ванадия, 0,01-0,05 алюминия, 0,005-1,0 никеля, 0,02-0,10 ниобия, 0,01-0,04 титана, 0,001-0,5 молибдена, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ №2252972, МПК F16L 9/02). Как известно, сварные трубы менее надежны по сравнению с бесшовными трубами, а кроме того, вышеуказанные трубы не обладают необходимым уровнем коррозионной стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН), а также стойкостью к углекислотной и бактериальной коррозии.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является бесшовная труба для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, которая выполнена из стали повышенной коррозионной стойкости, имеющей полосчатость структуры не выше 2 баллов и содержащей (мас.%) 0,07-0.30 углерода, 0,35-1,50 марганца, 0,15-0,70 кремния, 0,05-1,00 хрома, 0,05-0,50 никеля, 0,05-0,50 меди, 0,01-0,05 алюминия, не более 0,010 серы, не более 0,020 фосфора, 0,0008-0,0020 кальция, железо и неизбежные примеси, в том числе кислород - остальное.
Изготовленные трубы подвергаются нормализации (патент РФ №2243284, МПК С22С 38/42). Данные трубы не обладают необходимой хладостойкостью и коррозионной стойкостью в реальных агрессивных нефтепромысловых средах и имеют низкие прочностные характеристики.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение комплекса прочностных свойств и коррозионной стойкости, необходимого для надежной эксплуатации нефтегазопродуктопроводов в различных климатических условиях, а также расширение имеющегося арсенала труб, используемых при строительстве трубопроводов для транспортировки агрессивных нефтепромысловых сред.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред, изготовленная из стали повышенной коррозионной стойкости и термически обработанная, в отличие от прототипа, выполнена из низкоуглеродистой стали, содержащей мас.%:
углерод
0,05-0,15
марганец
0,35-0,45
кремний
0,17-0,25
хром
0,80-1,20
ванадий
0,12-0,24
алюминий
0,02-0,03
железо и неизбежные примеси - остальное,
в
т
2
подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление ơ не менее 530 Мпа, предел текучести ơ не менее 430 Мпа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см при температуре испытания -60°С. Указанная труба может быть также выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.%.
Технический результат, обеспечиваемый описываемой полезной моделью, заключается в следующем. Пониженное по сравнению с прототипом содержание углерода, а также введение в состав стали ванадия обеспечивают увеличение стойкости трубы к СКРН за счет формирования мелкодисперсных равномерно распределенных по металлу карбидов ванадия, являющихся микроловушками атомарного водорода. В указанных количествах ванадий упрочняет феррит, измельчая блочную структуру стали. Кроме этого, ванадий оказывает стабилизирующее воздействие на микро- и субструктуру стали, существенно замедляя процессы превращения аустенита при охлаждении и снижая скорость протекания рекристаллизации феррита. За счет сбалансированного химического состава используемой стали при закалке из аустенитной области (890-950°С) формируется феррито-бейнитная структура. В результате последующего высокотемпературного отпуска происходит распад феррито-бейнитной структуры на мелкозернистую однородную феррито-карбидную смесь, что обеспечивает увеличение пластичности и хладостойкости. Превышение температуры закалки может привести к росту аустенитного зерна, что отрицательно сказывается на прочностных и пластических характеристиках трубы. При закалке от температуры менее 880°С в структуре стали формируется большое количество избыточного феррита и бейнит, а отпуск данного типа микроструктуры приводит к снижению прочностных характеристик трубы.
3
7
3
2
Отпуск труб при температуре выше 700°С сказывается на карбидной составляющей структуры: возможно выделение грубых карбидов типа МеС и МеС, где часть атомов железа замещена атомами хрома. Изменение карбидной фазы снизит коррозионную стойкость к СКРН и тем более в СO-содержащей среде, так как снизится содержание хрома в твердом растворе железа. Превышение указанной температуры отпуска также влечет увеличение объемов, в которых прошел процесс рекристаллизации феррита, и следовательно снижаются прочностные свойства металла трубы.
Дополнительное введение в состав стали РЗМ, связывающих серу и азот соответственно в оксисульфиды и нитриды, положительно сказывается на стойкости труб к сульфидной и бактериальной коррозии.
Данные проведенных исследований подтверждают получение указанного технического результата (варианты 4, 5, 6) и отражены в таблицах: Таблица 1 - химический состав стали, Таблица 2 - механические свойства при различных режимах термообработки, Таблица 3 - коррозионные свойства.
Таблица 1
Массовые доли элементов, %
Рсм, %
С
Si
Мn
Сr
Al
V
РЗМ
0,16
0,08
0,20
0,40
0,80
0,02
0,16
0,008
Таблица 2
№ п/п
Режимы ТО
Механические свойства
Температура закалки
Температура отпуска
ơ<sub>в</sub> МПА
ơ<sub>т</sub> МПа
ơ<sub>т</sub>/ơ<sub>в</sub>
δ %
KCV<sup>-60</sup> Дж/см<sup>2</sup>
1
900
730
480
384
0,80
27
268
2
960
580
660
568
0,86
16
86
3
840
700
525
420
0,80
22
186
4
940
600
577
491
0,85
22
194
5
920
700
536
434
0,81
26
242
6
890
650
543
451
0,83
23
217
Таблица 3
№ п/п
Пороговая нагрузка от минимально гарантированного предела текучести, oth, %
Скорость коррозии в H<sub>2</sub>S-содержащей среде, мм/год
Скорость коррозии в СO<sub>2</sub>-содержащей среде, мм/год
Количество клеток СВБ в поле зрения при х3ООО
1
80
0,42
0,45
20
2
55
0,53
0,55
16
3
70
0,47
0,49
18
4
80
0,40
0,34
15
5
85
0,36
0,40
16
6
80
0,37
0,32
16