RU2828902C1 - Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали (варианты) - Google Patents
Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828902C1 RU2828902C1 RU2023128623A RU2023128623A RU2828902C1 RU 2828902 C1 RU2828902 C1 RU 2828902C1 RU 2023128623 A RU2023128623 A RU 2023128623A RU 2023128623 A RU2023128623 A RU 2023128623A RU 2828902 C1 RU2828902 C1 RU 2828902C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tempering
- temperature
- carried out
- low
- carbon
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 12
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 41
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 15
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 7
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали стальных труб различного технологического назначения и других изделий различных отраслей промышленности. Используют низкоуглеродистую мартенситную сталь, содержащую в мас.%: 0,12-0,27 углерода, 1,5-3,0 хрома, 1,5-3,0 марганца, 0,8-1,5 никеля, 0,2-0,5 молибдена, 0,04-0,2 ванадия, 0,04-0,15 ниобия, в которой суммарное значение содержания хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, ниобия не превышает 5,7. Подвергают заготовку из стали двукратной закалке и отпуску. Первую закалку проводят в интервале температур 900-1000°С, затем проводят первый отпуск при температуре 400-700°С, а затем проводят вторую закалку в интервале температур 750-850°С. Затем при необходимости проводят второй отпуск при температуре 180-680°С. Обеспечивается расширение диапазона значений физико-механических свойств, а также расширение интервала варьирования эксплуатационных параметров для применения труб в различных сложных условиях работы. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, может использоваться при изготовлении стальных труб различного технологического назначения и других изделий различных отраслей промышленности. Может быть применимо для получения утяжеленных труб, насосно-компрессорных труб, обсадных труб, труб для наклонно-направленного бурения, для получения муфт, присоединительных переводников, работающих в сложных условиях. Может быть применимо для изготовления труб с высокой стойкостью к абразивному износу, сопротивлению коррозии, имеющих высокую надежность в различных сложных условиях работы.
Из существующего уровня техники известны способы изготовления труб для работы в тяжелых условиях, например, в сложных условиях низких температур, в условиях агрессивных сред, при высоких механических нагрузках, которые могут возникать при бурении наклонных, горизонтальных, искривленных скважин и др. Способы изготовления стальных труб для сложных условий работы имеют различные технологические переделы. На сегодняшний день подобные трубы изготавливают из легированных сталей таких как 40ХН2МА, 40ХГМА, 38ХНМФА, 30ХГСА и др. Массовое применение имеют, немагнитные, коррозионностойкие, хладостойкие стали применяемые для особых условий эксплуатации труб. Полученные из них трубы могут иметь высокую стойкость к абразивному износу, высокую степень сопротивления коррозии, быть немагнитны, иметь высокие значения прочности, надежности и хладостойкости. Однако, существующие способы получения труб, как правило, направлены на повышение значений конкретных прочностных характеристик и не предусматривают получения широкого комплекса механических свойств для работы труб в различных тяжелых условиях.
Известна бурильная труба по патенту России на изобретение RU2552796, С22С 38/32, 2015, выполненная из стали, содержащей углерод 0,28-0,34 масс. %, кремний 0,15 – 0,45 , марганец 0,65-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,10-0,20, никель не более 0,50, медь не более 0,30, титан 0,015-0,045, бор 0,001-0,004, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси. Термоупрочнение стали проводят закалкой и отпуском. Недостатком является узкий диапазон значений повышенной ударной прочности и предела текучести, который сужает спектр использования полученной трубы.
Известна нефтяная труба с высокой прочностью и высокой ударной вязкостью, а также способ ее получения по патенту Китая CN101586450, C21D 1/18, С22С 38/32, 2009. В состав стали трубы входят такие основные компоненты как: C: 0,16 ~ 0,28%, Si: ≤0,50%, Mn: 0,30 ~ 1,10%, Cr: 0,50 ~ 1,10 %, Mo: 0,60 ~0,95%, Al: 0,015~0,060%, из которых растворимые в кислоте Als/ Al≥0,80%, Ni 0,0015%, Nb: ≤0,05%, Ti: ≤0,05%, остальное железо. Трубу подвергают термической обработке, включающей закалку, низкотемпературную закалку, а затем отпуск. Температура первой закалки составляет 900°C±10°C, закалочной средой является вода. Температура второй закалки составляет 870°C±10°C, закалочная среда – вода. Температура отпуска составляет 600 ° C ~ 650 ° C, и используется воздушное охлаждение. Недостатком является узкое применение трубы в определенных условиях, низкая вариативность получаемых свойств и возможностей применения.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали по патенту России RU 2769140, С21D1/78, С22С 38/58, 2021. Согласно данного способа, получают заготовку из низкоуглеродистой мартенситной стали, содержащей 0,12-0,27 мас.% углерода. Заготовку выплавляют из стали, в состав компонентов которой включены 0,1-0,5 мас.% кремния, 1,8-2,6 мас.% марганца, 2,1-2,8 мас.% хрома, 1,0-1,6 мас.% никеля, до 0,15 мас.% ванадия и до 0,15 мас.% ниобия. Осуществляют прокатный нагрев заготовки, последующую двукратную закалку и отпуск. В качестве первой закалки после прокатного нагрева проводят полную закалку от температуры 950°С, после первой закалки проводят средне- или высокотемпературный отпуск, а вторую закалку проводят из межкритического интервала температур 800-810°С. Недостатком является узкий интервал варьирования эксплуатационных параметров, возможность применения изделия из данной стали только в определенных условиях работы, узкое назначение применяемых изделий.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение диапазона значений физико-механических свойств изделий из низкоуглеродистой стали, расширение интервала варьирования эксплуатационных параметров для применения в различных сложных условиях работы.
Технический результат по первому варианту достигается за счет того, что в способе получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали в состав компонентов которой входят хром, марганец, никель, молибден, ванадий, ниобий, включающий двукратную закалку заготовки и отпуск, согласно изобретению, используют низкоуглеродистую мартенситную сталь содержащую 0,12-0,27 масс.% углерода, 1,5-3,0 масс.% хрома, 1,5-3,0 масс.% марганца, 0,8-1,5 масс.% никеля, 0,2-0,5 масс.% молибдена, 0,04-0,2 масс.% ванадия, 0,04-0,15 масс.% ниобия, в которой суммарное значение содержания хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, ниобия не превышает 5,7 масс.%., проводят первую закалку в интервале температур 900-1000 ºС, после которой проводят первый отпуск при температуре 400-700 ºС, проводят вторую закалку в интервале температур 750-850 ºС, проводят последующий второй отпуск при температуре 180-680 ºС
Технический результат по второму варианту достигается за счет того, что в способе получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали, в состав компонентов которой входят хром, марганец, никель, молибден, ванадий, ниобий, включающий двукратную закалку заготовки и отпуск, согласно изобретению, используют низкоуглеродистую мартенситную сталь содержащую 0,12-0,27 масс.% углерода, 1,5-3,0 масс.% хрома, 1,5-3,0 масс.% марганца, 0,8-1,5 масс.% никеля, 0,2-0,5 масс.% молибдена, 0,04-0,2 масс.% ванадия, 0,04-0,15 масс.% ниобия, в которой суммарное значение содержания хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, ниобия не превышает 5,7 масс.%., проводят первую закалку в интервале температур 900-1000 ºС, после которой проводят отпуск при температуре 400-700 ºС, проводят вторую закалку в интервале температур 750-850 ºС
Технический результат обеспечивается за счет того, что получают изделия с определенной структурой стали, допускающей варьирование в широких интервалах эксплуатационных параметров. Такая структура стали изделий, с одной стороны, обеспечивает требуемые высокие значения одних механических свойств при соответствии других механических свойств нижним допустимым значениям в условиях тяжелой работы. Возможность варьирования сочетанием эксплуатационных параметров изделий в интервалах, допустимых определенными условиями работы, достигается за счет реализации реечной мартенсит-мартенситной структуры с карбидной подсистемой при задании допустимых размеров и формы карбидов. Экспериментально определено, что для получения такой структуры необходимо использовать заготовку из низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС) с химическим составом, представленным в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав заготовки из НМС
| Содержание элемента, % (по массе) | |||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | V | Мо | Nb |
| 0,12-0,27 | 0,1-0,5 | 1,5-3,0 | 1,5-3,0 | 0,8-1,5 | 0,04-0,2 | 0,2-0,5 | 0,04-0,15 |
| Примечание: стали содержат сопутствующие примеси. | |||||||
При этом экспериментально установлено, что низкоуглеродистая сталь должна содержать Cr, Mn, Ni, Mo, V, Nb в сумме не более 5,7 % , так же неизбежные сопутствующие примеси. Такая система легирования способна обеспечить реечную мартенсит-мартенситную структуру, необходимые размеры и форму карбидов, карбонитридов и нитридов, в широких интервалах варьирования скорости охлаждения и технологии термообработки. Для реализации структурной наследственности в НМС содержание углерода должно быть в интервале 0,12-0,27 %, т.к. структурную наследственность обеспечивает декорирование границ структурных элементов труднорастворимыми карбидами. При увеличении содержания углерода более 0,15 % увеличивается вероятность образования игольчатого мартенсита. Применение титана дополнительно или взамен ванадия и ниобия приводит к росту доли осколочной формы карбидов, что обусловлено особенностями растворимости соединений титана с углеродом и азотом в а-фазе. Термообработка заготовки из стали указанного состава, при которой первую закалку проводят в интервале температур 900-1000 ºС, отпуск после первой закалки проводят при температуре 400-700 ºС, вторую закалку проводят в интервале температур 750-850 ºС, после второй закалки проводят отпуск при температуре 180-680 ºС, что позволяет сохранить дисперсную структуру, стали. Структура, формирующаяся после закалки из МКИ, содержит «свежий» мартенсит и сохранившую конфигурацию альфа-фазу. Структурная наследственность позволяет при нагреве, в том числе в межкритическом интервале температур, получить мартенсит-мартенситную структуру с глобулярными карбидами и обеспечить высокие физико-механические свойства. Указанные диапазоны температур первой закалки, первого отпуска, второй закалки, второго отпуска включают возможность проведения температурной обработки заготовки указанного состава по трем вариантам осуществления, с применением комбинации температурных режимов ТО1, ТО2, ТО3. При этом осуществляя режим ТО1 получают высокопрочную заготовку с рациональным сочетанием характеристик конструкционной прочности, при режиме ТО2 получают заготовку в хладостойком исполнении, при ТО3 получают заготовку с повышенной коррозионной стойкостью. При термообработке благодаря составу стали заготовки получают мартенсит-мартенситную структуру, а благодаря подобранным температурам закалки и отпуска получают требуемую форму и размер карбидов. Таким образом, подбор температуры операций термической обработки заготовки при указанном составе из низкоуглеродистой стали позволяет варьировать в диапазоне получаемых свойств заготовки, не выходя при этом за нижние пределы допустимых значений по прочности, вязкости, хладостойкости и коррозионностойкости и получая высокое значение одного из этих свойств в соответствии с назначением изделия.
Механические свойства различных низкоуглеродистых сталей схожих по системе легирования, термической обработке, прочности и ударной вязкости приведены в табл 2.
Таблица 2
Свойства НМС после термообработки
| Сталь | σВ, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | Ψ, % | КСV+20, МДж/м2 | КСV-60, МДж/м2 | K+20 ПРВ | K+20 ТЕКВ | K-60 ПРВ | K-60 ТЕКВ |
| 12Х2Г3МФТ-1 | 1440 | 1190 | 14,0 | 55,0 | 0,70 | - | 2057 | 1700 | - | - |
| 12Х2Г3МФТ-2 | 1390 | 1120 | 14,0 | 55,0 | 0,70 | - | 1986 | 1600 | - | - |
| 12Х2Г3МФТ-3 | 1450 | 1190 | 13,0 | 51,0 | 0,65 | - | 2231 | 1831 | - | - |
| 12Х2Г2НМФБ-4 | 1230 | 900 | 19,0 | 59,0 | 0,65 | - | 1892 | 1385 | - | - |
| 12Х2Г2НМФБ-5 | 1300 | 1030 | 16,0 | 64,0 | 0,85 | - | 1529 | 1212 | - | - |
| 14Х2Г2НМФБ-6 | 760 | 670 | 27,0 | 78,0 | 2,70 | 1,8 | 281 | 248 | 422 | 372 |
| 14Х2Г2НМФБ-7 | 1280 | 1090 | 16,0 | 64,0 | 1,10 | 0,6 | 1164 | 991 | 2133 | 1817 |
| 14Х2Г2НМФБ-8 | 800 | 720 | 23,0 | 78,0 | 2,60 | 0,5 | 308 | 277 | 1600 | 1440 |
| 15Х2Г3МФБ-1 | 1460 | 1190 | 11,0 | 68,5 | 1,30 | 0,3 | 1123 | 915 | 4867 | 3967 |
| 15Х2Г3МФБ-2 | 1320 | 1190 | 12,0 | 66,3 | 1,20 | 0,25 | 1100 | 992 | 5280 | 4760 |
| 15Х2Г3МФБ-3 | 1310 | 1010 | 16,0 | 62,0 | 0,70 | 0,3 | 1871 | 1443 | 4367 | 3367 |
| 15Х2Г2НМФБ-9 | 1370 | 1050 | 16,8 | 62,0 | 0,77 | 0,33 | 1779 | 1364 | 4152 | 3182 |
| 15Х2Г2НМФБ-10 | 1320 | 1060 | 15,9 | 65,0 | 1,14 | 0,4 | 1158 | 930 | 3300 | 2650 |
| 15Х2Г2НМФБ-11 | 1360 | 1090 | 16,1 | 65,0 | 1,03 | 0,3 | 1320 | 1058 | 4533 | 3633 |
| 15Х2Г2НМФБ-12 | 1330 | 1050 | 16,0 | 65,5 | 1,25 | 0,5 | 1064 | 840 | 2660 | 2100 |
| 27Х2Г2НМФБ-13 | 1650 | 1240 | 14,3 | 49,4 | 0,50 | 0,2 | 3300 | 2480 | 8250 | 6200 |
| 27Х2Г3МФБ-1 | 1750 | 1330 | 12,0 | 48,0 | 0,55 | 0,2 | 3182 | 2418 | 8750 | 6650 |
| 27Х2Г3МФБ-2 | 1650 | 1240 | 9,0 | 46,0 | 0,40 | 0,2 | 4125 | 3100 | 8250 | 6200 |
| 27Х2Г3МФБ-3 | 1650 | 1220 | 15,0 | 62,0 | 0,35 | 0,2 | 4714 | 3486 | 8250 | 6100 |
| Обозначения: K+20 ПРВ – коэффициент получаемый из отношения предела прочности к величине ударной вязкости (KCV) при комнатной температуре; K+20 ТЕКВ – коэффициент получаемый из отношения предела текучести к величине ударной вязкости (KCV) при комнатной температуре; K-60 ПРВ – коэффициент получаемый из отношения предела прочности к величине ударной вязкости (KCV) при пониженной температуре; K-60 ТЕКВ – коэффициент получаемый из отношения предела текучести к величине ударной вязкости (KCV) при пониженной температуре; 1 – закалка полная, высокотемпературный отпуск, закалка из МКИ; 2 –закалка полная, среднетемпературный отпуск, закалка из МКИ; 3 – закалка полная, закалка 950 °С, низкий отпуск; 4 – Деформация 50%, закалка на воздухе с температуры ковки; 5 – Закалка на воздухе с температуры прокатки + закалка 980 °С, 1 ч, воздух, отпуск 250 °С, 2 ч; 6 – закалка полная, высокотемпературный отпуск, закалка из МКИ, высокотемпературный отпуск; 7 – закалка полная, высокотемпературный отпуск, закалка из МКИ, низкий отпуск; 8 –закалка полная, среднетемпературный отпуск, закалка из МКИ, низкий отпуск; 9 – Деформация 60 %, закалка на воздухе с температуры ковки; 10 – Деформация 70 %, закалка на воздухе с температуры ковки; 11 – Деформация 79 %, закалка на воздухе с температуры ковки; 12 – Деформация 87 %, закалка на воздухе с температуры ковки. | ||||||||||
Рационально легированная низкоуглеродистая мартенситная сталь 14Х2Г2НМФБ с пакетно-реечной структурой низкоуглеродистого мартенсита обладает наилучшим сочетанием характеристик прочности и ударной вязкости при нормальных и пониженных температурах из-за оптимально подобранных температур термической обработки и более мелкодисперсного состояния характерных элементов структуры и карбидной фазы.
Способ осуществляют следующим образом.
Сталь для осуществления способа выплавляют доступными методами металлургии.
Подбирают низкоуглеродистую мартенситную сталь (НМС) соответствующего состава, способную обеспечить реечную мартенсит-мартенситную структуру, например, НМС 14Х2Г2НМФБ. Данная сталь обеспечивает содержание углерода 0,14-0,15% и способна обеспечить лучшее сочетание прочностных характеристик при дальнейшей термической обработке заготовки. Составы сталей и режимы термообработки выбирают исходя из условий функционирования. Например, рост концентрации углерода снижает вязкость и повышает прочность. Повышение содержания никеля улучшает вязкость и хладостойкость, все легирующие элементы повышают прокаливаемость, вместе с тем высокое содержание легирующих элементов может приводить к стабилизации аустенита или ферритизации. Далее проводят термообработку изделия, например, трубы по одному из представленных температурных режимов, в зависимости от назначения получаемого изделия и условий его работы.
Все три режима включают следующие операции в указанных общих температурных интервалах:
- первая закалка 900-1000 ºС;
- первый отпуск 400-700 ºС
- вторая закалка 750-850 ºС
- второй отпуск 180-680 ºС
В результате осуществления способа получают трубы в широких интервалах варьирования эксплуатационных параметров со следующими механическими свойствами, не менее: в высокопрочном состоянии, σB –1250 МПа, σ0,2 –1050 МПа, KCV+20 – 110 Дж/cм2; с повышенной хладостойкостью, σB – 750 МПа, σ0,2 – 680 МПа, KCV+20 – 200 Дж/cм2, KCV-60 – 150 Дж/cм2; с повышенной коррозионной стойкостью, σB – 790 МПа, σ0,2 – 710 МПа, KCV+20 –200 Дж/cм2.
Режим термообработки ТО1 применяют для получения высокопрочной трубы с рациональным сочетанием характеристик конструкционной прочности.
Операции режима ТО1 проводят в следующих температурных интервалах:
- первая закалка 900-1000 ºС;
- первый отпуск 600-700 ºС;
- вторая закалка 750-850 ºС;
- второй отпуск 180-300 ºС.
Полученные механические свойства после ТО1, не менее: σB – 1250 МПа, σ0,2 – 1050 МПа, KCV+20 – 110 Дж/cм2.
При режиме ТО2 получают хладостойкую трубу, у которой фокус смещен на большую характеристику ударной вязкости, в том числе при пониженных температурах от 0 до -60ºС, но которая обладает меньшей прочностью по сравнению с трубой после режима ТО1.
Операции режима ТО2 проводят в следующих температурных интервалах:
- первая закалка 900-1000 ºС;
- первый отпуск 500-700 ºС;
- вторая закалка 750-850 ºС;
- второй отпуск 500-680 ºС.
Полученные механические свойства после ТО2, не менее: σB – 750 МПа, σ0,2 – 680 МПа, KCV+20 – 200 Дж/cм2, KCV-60 – 150 Дж/cм2.
При режиме ТО3 получают трубу с повышенной коррозионной стойкостью, механические свойства которой находятся между аналогичными характеристиками как после режимов ТО1 и ТО2, но труба обладает большей коррозионной стойкостью по сравнению с ТО1 и ТО2.
Операции режима ТО3 проводят в следующих температурных интервалах:
- первая закалка 900-1000ºС
- первый отпуск 400-600 ºС
- вторая закалка 750-850 ºС
- второй отпуск 600-700 ºС.
Полученные механические свойства после ТО3, не менее: σB – 790 МПа, σ0,2 – 710 МПа, KCV+20 – 200 Дж/cм2.
Благодаря составу материала заготовки и указанным режимам ее термообработки при осуществлении любого из трех режимов температурной обработки значения ударной вязкости, предела прочности при растяжении и предела текучести материала трубы не опускаются ниже определенных заданных значений.
Для стали 14Х2Г2НМФБ, обработанной по указанному ТО3 были проведены испытания на коррозионностойкость, табл. 3. Сравнительные испытания коррозионной стойкости низколегированных сталей проводили в 3% растворе NaCl при 20 ºС приведены в табл. 4
Таблица 3
Сравнительные испытания коррозионной стойкости низколегированных сталей
| Сталь / Обозначение | Скорость коррозии, г/(м2 ч) |
| 14Х2Г2НМФБ | 0.0050 |
| 20Н2М | 0.0080 |
| 15Х2НМФ | 0.0140 |
Испытания показали, что скорость коррозии значительно ниже коррозии сравниваемых сталей.
Получаемые трубы с сочетанием определенных заданных физико-механических характеристик возможно применять по различному назначению. Заявляемым способом могут получать трубы утяжеленные, насосно-компрессорные, обсадные, для наклонно-направленного бурения, могут получать муфты, присоединительные переводники и др. Трубы могут иметь диаметры от 45 мм до 406 мм и более, различную длину. Трубы могут иметь резьбовые соединения на концах. Трубы могут быть соединены различными методами сварки.
Произведенные заявляемым способом трубы благодаря реечной мартенсит-мартенситной структуре с глобулярными карбидами, полученной деформационно-термическим воздействием на НМС со структурной наследственностью, и термообработке по трем различным режимам в переделах температурных интервалов, обладают ранее недостижимым сочетанием характеристик прочности, надежности, хладостойкости и удовлетворительной коррозионной стойкостью.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет расширить диапазон значений физико-механических свойств труб из низкоуглеродистой стали, расширить интервал варьирования эксплуатационных параметров для применения труб в различных сложных условиях работы.
Claims (2)
1. Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали, в состав компонентов которой входят хром, марганец, никель, молибден, ванадий, ниобий, включающий двукратную закалку заготовки и отпуск, отличающийся тем, что используют низкоуглеродистую мартенситную сталь, содержащую в мас.%: 0,12-0,27 углерода, 1,5-3,0 хрома, 1,5-3,0 марганца, 0,8-1,5 никеля, 0,2-0,5 молибдена, 0,04-0,2 ванадия, 0,04-0,15 ниобия, в которой суммарное значение содержания хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, ниобия не превышает 5,7, проводят первую закалку в интервале температур 900-1000°С, после которой проводят первый отпуск при температуре 400-700°С, проводят вторую закалку в интервале температур 750-850°С, проводят последующий второй отпуск при температуре 180-680°С.
2. Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали, в состав компонентов которой входят хром, марганец, никель, молибден, ванадий, ниобий, включающий двукратную закалку заготовки и отпуск, отличающийся тем, что используют низкоуглеродистую мартенситную сталь, содержащую в мас.%: 0,12-0,27 углерода, 1,5-3,0 хрома, 1,5-3,0 марганца, 0,8-1,5 никеля, 0,2-0,5 молибдена, 0,04-0,2 ванадия, 0,04-0,15 ниобия, в которой суммарное значение содержания хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, ниобия не превышает 5,7, проводят первую закалку в интервале температур 900-1000°С, после которой проводят отпуск при температуре 400-700°С, проводят вторую закалку в интервале температур 750-850°С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2828902C1 true RU2828902C1 (ru) | 2024-10-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2314361C2 (ru) * | 2005-06-28 | 2008-01-10 | Ооо "Красс" | Высокопрочная, свариваемая сталь с повышенной прокаливаемостью |
| RU2462532C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-09-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита |
| RU2533469C1 (ru) * | 2013-08-05 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Способ производства листовой стали с высокой износостойкостью |
| RU2635205C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-09 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали |
| RU2760140C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-11-22 | Сергей Константинович Лаптев | Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали |
| EP3572536B1 (en) * | 2017-01-17 | 2022-11-30 | Nippon Steel Corporation | Hot stamped part and manufacturing method thereof |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2314361C2 (ru) * | 2005-06-28 | 2008-01-10 | Ооо "Красс" | Высокопрочная, свариваемая сталь с повышенной прокаливаемостью |
| RU2462532C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-09-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита |
| RU2533469C1 (ru) * | 2013-08-05 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Способ производства листовой стали с высокой износостойкостью |
| RU2635205C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-09 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали |
| EP3572536B1 (en) * | 2017-01-17 | 2022-11-30 | Nippon Steel Corporation | Hot stamped part and manufacturing method thereof |
| RU2760140C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-11-22 | Сергей Константинович Лаптев | Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАЦОВ А.А. и др. Наноструктурированные низкоуглеродистые стали со структурой пакетного мартенсита / Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов. Секция 1. Свойства металлов и сплавов после деформационного и термического воздействия. Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь: 2020 г., с.55-57. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11401570B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
| CN102676930B (zh) | 具有优异韧性的超高强度钢 | |
| US7510614B2 (en) | High strength bolt excellent in delayed fracture resistance and method of production of same | |
| CN104846291B (zh) | 一种高强度抗腐蚀不锈钢、不锈钢油套管及其制造方法 | |
| Matlock et al. | Microalloying concepts and application in long products | |
| JP6196381B2 (ja) | フラッパ弁用ステンレス鋼帯 | |
| RU2763722C1 (ru) | Серостойкая труба для нефтяной скважины, относящаяся к классу прочности стали 125 кфунт/дюйм2 (862 мпа), и способ ее изготовления | |
| JP5499575B2 (ja) | 油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 | |
| MX2008012238A (es) | Accesorio tubular para tubos octg para expansion en pozos petroleros y acero inoxidable duplex utilizado para el accesorio tubular para tubos octg para expansion. | |
| US6827797B2 (en) | Process for making triple-phase nano-composite steels | |
| EP3031942B1 (en) | Stainless steel strip for flapper valves | |
| US11827949B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
| CN105986193A (zh) | 轴承钢 | |
| JPH0152462B2 (ru) | ||
| CN108315640A (zh) | 近共析轴承钢 | |
| CN104131227B (zh) | 一种低合金耐热钢钢管及制造方法 | |
| RU2828902C1 (ru) | Способ получения изделий из заготовок из низкоуглеродистой мартенситной стали (варианты) | |
| CN103602903A (zh) | 高强度抗二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法 | |
| JP2018162507A (ja) | 高強度油井用鋼材および油井管 | |
| WO2005059192A1 (en) | Steel wire for cold forging having excellent low temperature impact properties and method of producing same | |
| RU2760140C1 (ru) | Способ получения низкоуглеродистой мартенситной стали | |
| CN112853049B (zh) | 一种高性能轴套材料及其热处理方法 | |
| JP2018159133A (ja) | 冷間加工工具鋼 | |
| CN116724131A (zh) | 具有优异的热处理特性和抗氢致延迟断裂性的冷镦用高强度线材、热处理组件及其制造方法 | |
| JP2002060909A (ja) | 強度−靱性バランスに優れた油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管およびその製造方法 |