RU2564197C2

RU2564197C2 - Hot-deformed and heat-treated oil pipe

Info

Publication number: RU2564197C2
Application number: RU2013136019/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Игоревич Грехов; Дмитрий Владимирович Овчинников; Надежда Тахировна Тихонцева; Светлана Юльевна Жукова; Елена Сергеевна Черных; Елена Ивановна Соловьева
Original assignee: Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ")
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-09-27
Also published as: RU2013136019A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: steel contains the following, wt %: carbon 0.46-0.50, manganese 0.65-0.85, silicone 0.17-0.37, sulphur ≤0.030, phosphorus ≤0.030, copper ≤0.30, nickel ≤0.30, chrome ≤0.30, aluminium 0.01-0.06, and iron is the rest. Manufactured pipes have a ferrite-pearlite structure throughout the cross-section, and the following conditions are met for steel components: [copper]+[nickel]+[chrome]=0.25-0.90% and [carbon]+[manganese/6]+[silicone/24]≥0.58%.

EFFECT: providing the required mechanical properties in a state after hot deformation and in a state after heat treatment.

2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к трубам нефтяного сортамента (обсадным, насосно-компрессорным и бурильным) низких групп прочности, например группы прочности Д, изготавливаемым из углеродистых сталей.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to a range of oil pipes (casing, tubing and drill) of low strength groups, for example, strength group D, made of carbon steel.

Известен состав стали для производства мелющих шаров, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, хром, никель, кальций, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:The known composition of steel for the production of grinding balls containing carbon, manganese, silicon, aluminum, nitrogen, chromium, nickel, calcium, iron and impurities in the following ratio of components, wt.%:

Углерод Carbon 0,65-0,800.65-0.80 Марганец Manganese 0,70-0,900.70-0.90 Кремний Silicon 0,20-0,400.20-0.40 Алюминий Aluminum 0,005-0,0200.005-0.020 Азот Nitrogen 0,01-0,0250.01-0.025 Никель Nickel 0,01-0,300.01-0.30 Хром Chromium 0,30-0,600.30-0.60 Кальций Calcium 0,0005-0,00400.0005-0.0040 Железо и примеси Iron and impurities остальное rest

При этом в качестве примесей сталь содержит серу не более 0,030%, фосфор не более 0,030%, медь не более 0,030% (Пат. RU 2425169, публ. 05.10.2009).Moreover, as impurities, steel contains sulfur not more than 0.030%, phosphorus not more than 0.030%, copper not more than 0.030% (US Pat. RU 2425169, publ. 05.10.2009).

Недостатком является невозможность применения состава стали для изделий с временным сопротивлением более 665 МПа, так как прочностные свойства, указанные как твердость, составляют 490-595 МПа.The disadvantage is the impossibility of using the steel composition for products with a temporary resistance of more than 665 MPa, since the strength properties indicated as hardness are 490-595 MPa.

Известна трубная заготовка из стали Д (ГОСТ Ρ 53932-2010 «Заготовка трубная. Общие технические условия»), содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, фосфор и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known pipe billet made of steel D (GOST Ρ 53932-2010 "Billet pipe. General specifications") containing carbon, manganese, silicon, chromium, copper, nickel, phosphorus and sulfur in the following ratio of components, wt.%:

Углерод Carbon 0,41-0,480.41-0.48 Марганец Manganese 0,60-0,900.60-0.90 Кремний Silicon 0,17-0,370.17-0.37 СераSulfur ≤0,045≤0.045 ФосфорPhosphorus ≤0,045≤0.045 МедьCopper ≤0,25≤0.25 НикельNickel ≤0,30≤0.30 ХромChromium ≤0,30 ≤0.30 Железо Iron остальное rest

Основным недостатком трубной заготовки из стали Д является то, что при изготовлении труб нефтяного сортамента, например, группы прочности Д с толщиной стенки более 10 мм наблюдаются отдельные несоответствия временного сопротивления и предела текучести требуемым нормам (по ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80). Также недостатком является невозможность использования данного состава для термически обработанных труб (насосно-компрессорных труб с высаженными концами, бурильных труб): в случае проведения закалки с последующим отпуском по всей длине изделий образуются закалочные трещины, в случае проведения нормализации временное сопротивление и предел текучести не соответствуют требуемым нормам (по ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80).The main disadvantage of steel billets made of steel D is that in the manufacture of oil grade pipes, for example, strength group D with a wall thickness of more than 10 mm, individual discrepancies in the tensile strength and yield strength to the required standards are observed (according to GOST 632-80, GOST 633-80) . Another disadvantage is the impossibility of using this composition for heat-treated pipes (tubing with upset ends, drill pipes): in the case of quenching and subsequent tempering along the entire length of the product, quenching cracks form, in the case of normalization, the temporary resistance and yield strength do not correspond required standards (according to GOST 632-80, GOST 633-80).

Известна выбранная в качестве прототипа трубная заготовка из стали ДБ (ГОСТ Ρ 53932-2010 «Заготовка трубная. Общие технические условия»), содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, фосфор, серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known selected as a prototype pipe billet made of steel DB (GOST Ρ 53932-2010 "Billet pipe. General specifications") containing carbon, manganese, silicon, chromium, copper, nickel, phosphorus, sulfur in the following ratio, wt.% :

Углерод Carbon 0,41-0,480.41-0.48 Марганец Manganese 0,90-1,200.90-1.20 Кремний Silicon 0,17-0,370.17-0.37 СераSulfur ≤0,045≤0.045 ФосфорPhosphorus ≤0,045≤0.045 НикельNickel ≤0,30≤0.30 ХромChromium ≤0,30≤0.30 Железо Iron остальное rest

Недостатком трубной заготовки из стали ДБ является то, что марганец при содержаниях более 0,9%, как наиболее склонный к сегрегации элемент, образует обогащенные марганцем полосы по сечению трубной заготовки, а впоследствии - по сечению изготавливаемой трубы. В обогащенных марганцем зонах устойчивость переохлажденного аустенита значительно увеличивается, что приводит в сталях с содержанием углерода более 0,4% к образованию полос бейнита в феррито-перлитной матрице. Как следствие, бейнитные полосы резко снижают пластичность металла. При изготовлении труб группы прочности Д в горячедеформированном состоянии невозможно получение стабильного уровня относительного удлинения не менее 14,3%, также наблюдаются несоответствия при проведении технологического испытания на сплющивание.A disadvantage of a pipe billet made of DB steel is that manganese at contents of more than 0.9%, as the element most prone to segregation, forms strips enriched with manganese along the section of the pipe billet, and subsequently along the section of the pipe being manufactured. In manganese-rich zones, the stability of supercooled austenite increases significantly, which leads to the formation of bainite bands in a ferrite-pearlite matrix in steels with a carbon content of more than 0.4%. As a result, bainitic strips sharply reduce the ductility of the metal. In the manufacture of pipes of strength group D in a hot-deformed state, it is impossible to obtain a stable level of elongation of at least 14.3%, and inconsistencies are also observed during the technological flattening test.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение труб нефтяного сортамента, имеющих следующие механические свойства: временное сопротивление не менее 665 МПа, предел текучести 379-552 МПа и относительное удлинение не менее 14,3% и феррито-перлитную микроструктуру по всему сечению, с сохранением свойств и микроструктуры в состоянии после горячей деформации и в состоянии после термической обработки нормализации.The technical problem to which the invention is directed is to produce oil-grade tubes having the following mechanical properties: temporary resistance of at least 665 MPa, yield strength of 379-552 MPa and elongation of at least 14.3% and ferrite-pearlite microstructure over the entire cross section , while maintaining the properties and microstructure in the state after hot deformation and in the state after heat treatment normalization.

Указанный результат достигается тем, что для производства горячедеформированной и термически обработанной нормализованной трубы используют сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, алюминий, фосфор, серу и железо в следующем соотношении, мас.%:The specified result is achieved by the fact that for the production of hot-deformed and heat-treated normalized pipes, steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, copper, nickel, aluminum, phosphorus, sulfur and iron is used in the following ratio, wt.%:

Углерод Carbon 0,46-0,500.46-0.50 Марганец Manganese 0,65-0,850.65-0.85 Кремний Silicon 0,17-0,370.17-0.37 СераSulfur ≤0,030≤0,030 ФосфорPhosphorus ≤0,030≤0,030 МедьCopper ≤0,30≤0.30 НикельNickel ≤0,30≤0.30 ХромChromium ≤0,30≤0.30 АлюминийAluminum 0,01-0,060.01-0.06 Железо Iron остальное rest

при соблюдении соотношений: [медь]+[никель]+[хром]=0,25-0,90% и [углерод]+ [марганец/6]+ [кремний/24]≥0,58%, при этом труба имеет временное сопротивление σ_в не менее 665 МПа, предел текучести σ_т 379-552 МПа и относительное удлинение δ₅ не менее 14,3% и феррито-перлитную микроструктуру по всему сечению.subject to the ratios: [copper] + [nickel] + [chrome] = 0.25-0.90% and [carbon] + [manganese / 6] + [silicon / 24] ≥0.58%, while the pipe has tensile strength σ _at least 665 MPa, yield stress σ _t 379-552 MPa and elongation δ _5% not less than 14.3 and ferrite-pearlite microstructure of the entire cross section.

Предлагаемое сочетание элементов позволяет получить при изготовлении горячедеформированных и термически обработанных с проведением нормализации труб сочетание требуемого уровня прочностных и пластических свойств.The proposed combination of elements allows to obtain a combination of the required level of strength and plastic properties in the manufacture of hot-formed and heat-treated with normalization of pipes.

Выбранный состав объясняется следующим.The selected composition is explained as follows.

Нижний предел содержания углерода 0,46% ограничен необходимостью получения требуемого комплекса прочностных свойств труб после горячей деформации и нормализации, верхний предел 0,50 % ограничен необходимостью обеспечения пластических свойств.The lower limit of carbon content of 0.46% is limited by the need to obtain the required set of strength properties of pipes after hot deformation and normalization, the upper limit of 0.50% is limited by the need to ensure plastic properties.

Марганец в количестве 0,65-0,85% вводится с целью повышения устойчивости аустенита и для предотвращения потери пластичности за счет образования полос бейнита в обогащенных марганцем зонах. Введение марганца до 0,85% позволитManganese in an amount of 0.65-0.85% is introduced in order to increase the stability of austenite and to prevent the loss of plasticity due to the formation of bainite bands in manganese-rich zones. The introduction of manganese to 0.85% will allow

снизить себестоимость трубной заготовки за счет снижения его содержания в сравнении с прототипом и аналогами.reduce the cost of pipe billet by reducing its content in comparison with the prototype and analogues.

Кремний в стали является раскислителем и его нижний предел в количестве 0,17% обусловлен технологией раскисления: содержание кремния свыше 0,37% приводит к повышенной хрупкости стали.Silicon in steel is a deoxidizer and its lower limit in the amount of 0.17% is due to deoxidation technology: the silicon content of more than 0.37% leads to increased brittleness of steel.

Сера и фосфор (как вредные примеси) ограничены до 0,030%, так как превышение указанного содержания снижает уровень пластичности стали.Sulfur and phosphorus (as harmful impurities) are limited to 0.030%, since exceeding the indicated content reduces the level of ductility of steel.

Алюминий в пределах 0,01-0,06% позволяет избежать разно зернистости в стали, и, соответственно, изменений механических свойств по сечению изготавливаемых труб.Aluminum in the range of 0.01-0.06% makes it possible to avoid different grain sizes in steel, and, accordingly, changes in mechanical properties along the cross section of pipes being manufactured.

Количественный состав никеля до 0,30% выбран в связи с тем, что при введении его совместно с хромом до 0,30% увеличивает прочностные свойства стали.The quantitative composition of nickel up to 0.30% is selected due to the fact that, when introduced together with chromium, up to 0.30% increases the strength properties of steel.

Содержание меди не более 0,30% обусловлено возможностью выделения легкоплавких частиц меди в центральной части трубной заготовки, что впоследствии может привести к внутренним расслоениям при производстве труб.The copper content of not more than 0.30% is due to the possibility of separating fusible copper particles in the central part of the pipe billet, which can subsequently lead to internal delamination in the production of pipes.

Экспериментально определенное и подтвержденное на практике оптимальное совместное содержание в стали меди, никеля, хрома 0,25-0,90% позволяет получать в трубах требуемое сочетание прочностных и пластических свойств металла.The experimentally determined and confirmed in practice optimal joint content in the steel of copper, nickel, chromium 0.25-0.90% allows to obtain the required combination of strength and plastic properties of the metal in pipes.

Введенное дополнительное ограничение соотношения [углерод]+ [марганец/6]+ [кремний/24] >0,58%, определенное экспериментально и подтвержденное на практике, позволяет не допустить одновременно низкого содержания основных упрочняющих элементов в стали и ограничивает получение низких значений прочностных свойств.The introduced additional restriction of the ratio [carbon] + [manganese / 6] + [silicon / 24]> 0.58%, determined experimentally and confirmed in practice, allows to prevent at the same time a low content of the main reinforcing elements in steel and limits the obtaining of low values of strength properties .

Предлагаемое и известное решения (взятое за прототип) опробованы в промышленных условиях. Трубные заготовки диаметром 150 мм выплавлены в дуговых сталеплавильных печах из стали с химическим составом, приведенным в Таблице 1 (вариант 1 - сталь по прототипу, вариант 2 - по заявляемому изобретению).The proposed and known solutions (taken as a prototype) have been tested in an industrial environment. Pipe billets with a diameter of 150 mm are smelted in steel arc furnaces made of steel with the chemical composition shown in Table 1 (option 1 - steel according to the prototype, option 2 - according to the claimed invention).

Из трубной заготовки в условиях ОАО «СинТЗ» изготовлены горячедеформированные трубы диаметрами 73,0 мм и 168,3 мм. Трубы диаметром 73,0 мм подвергнуты дополнительной термической обработке (нормализации) в проходной газовой печи с температурой аустенизации 910°С и временем выдержки 10 минут.Hot-deformed pipes with diameters of 73.0 mm and 168.3 mm were made from a tube billet under the conditions of SinTZ OJSC. Pipes with a diameter of 73.0 mm were subjected to additional heat treatment (normalization) in a continuous gas furnace with an austenitization temperature of 910 ° C and a holding time of 10 minutes.

Результаты исследования свойств предлагаемой и известных труб приведены в таблице 2, 3. Микроструктура горячедеформированной трубы размером 168,3x8,9 мм химического состава стали варианта 1 приведена на Фиг. 1, варианта 2 - на Фиг. 2.The results of the study of the properties of the proposed and known pipes are shown in table 2, 3. The microstructure of the hot-deformed pipe with a size of 168.3 x 8.9 mm of the chemical composition of steel of option 1 is shown in FIG. 1, option 2 - in FIG. 2.

Таблица 1Table 1 Химический составChemical composition Массовые доли элементов, %Mass fraction of elements,% CC MnMn SiSi CrCr NiNi CuCu SS PP AlAl Cu+Ni+CrCu + Ni + Cr 1 (прототип)1 (prototype) 0,470.47 1,151.15 0,270.27 0,040.04 0,090.09 0,010.01 0,0190.019 0,0090.009 -- 0,140.14 2 (заявляемый)2 (claimed) 0,480.48 0,740.74 0,210.21 0,070,07 0,110.11 0,140.14 0,0030.003 0,0070.007 0,020.02 0,320.32

Claims

Hot-deformed and thermally processed oil pipe made of steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, copper, nickel, aluminum, phosphorus, sulfur and iron, characterized in that it is made of steel containing components in the following ratio, wt.%:
carbon 0.46-0.50 manganese 0.65-0.85 silicon 0.17-0.37 sulfur ≤0,030 phosphorus ≤0,030 copper ≤0.30 nickel ≤0.30 chromium ≤0.30 aluminum 0.01-0.06 iron rest

subject to the ratios: [copper] + [nickel] + [chrome] = 0.25-0.90% and [carbon] + [manganese / 6] + [silicon / 24] ≥0.58%, while it has tensile strength σ _at least 665 MPa, yield stress σ _t 379-552 MPa and elongation δ _5% not less than 14.3 and ferrite-pearlite microstructure of the entire cross section.