EA012791B1

EA012791B1 - Способы термообработки толстостенных поковок

Info

Publication number: EA012791B1
Application number: EA200800969A
Authority: EA
Inventors: Филипп А. Хафф
Original assignee: ХАЙДРИЛ ЮЭсЭй МЭНЬЮФЭКЧУРИНГ ЭлЭлСи
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2009-12-30
Also published as: EA200800969A1; CN101300365A; CA2623995A1; WO2007038789A1; KR20080063371A; EP1929054A1; NO20081850L; US20070068607A1; AU2006294442A1; BRPI0616689A2; EP1929054A4

Abstract

Предложен способ термообработки толстостенных поковок, включающий в себя нагрев низколегированной стали до температуры аустенизации, при этом низколегированная сталь содержит углерод в количестве приблизительно 0,05-0,2 мас.%, марганец в количестве приблизительно 0,3-0,8 мас.% и никель в количестве приблизительно 0,25-1,0 мас.%. Способ дополнительно включает в себя закалку низколегированной стали в закалочной среде и последующий отпуск низколегированной стали в течение менее приблизительно тридцати минут на дюйм толщины критического сечения плюс приблизительно 2 ч.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится в целом к области термообработки толстостенных поковок. Более конкретно изобретение относится к термообработке толстостенных поковок, в которых используется низколегированная сталь определенного состава, и к регулируемому процессу отпуска и закалки.

Предпосылки создания изобретения

Управление скважиной представляет собой важный аспект поисков нефти и газа. При бурении скважины, например в случаях применения бурения для поисков нефти и газа, предохранительные устройства должны быть установлены в заданное место для предотвращения травмирования персонала и повреждения оборудования, возникающих в результате неожиданных событий, связанных с буровыми работами.

Бурение скважин при поисках нефти и газа предусматривает проникновение в множество различных подповерхностных геологических структур или «слоев». Иногда ствол скважины будет проходить через слой, имеющий пластовое давление, существенно превышающее давление, поддерживаемое в стволе скважины. Когда это происходит, говорят, что в скважине происходит «выброс». Увеличение давления, связанное с выбросом, как правило, создается вследствие притока пластовых флюидов (которые могут представлять собой жидкость, газ или их комбинацию) в ствол скважины. Выброс со сравнительно высоким давлением стремится «распространиться» от места начала в стволе скважины вверх (от зоны высокого давления к зоне низкого давления). Если допускается ситуация, при которой выброс достигает поверхности, то может произойти выброс из ствола скважины бурового раствора, скважинных инструментов и других конструкций для бурения.

Данные «выбросы» могут привести к катастрофическому разрушению бурового оборудования (включая, например, буровую установку) и серьезному травмированию или смерти персонала буровой установки.

Из-за опасности выбросов противовыбросовые превенторы (ВОР), как правило, устанавливают у поверхности или на морском дне в установках для глубоководного бурения для эффективной изоляции ствола скважины до тех пор, пока не возникнет возможность принятия активных мер по борьбе с выбросом. Противовыбросовые превенторы могут быть приведены в действие так, что обеспечивается надлежащая борьба с выбросами и «отвод» их из системы.

Фиг. 1 показывает универсальный противовыбросовый превентор 101 по предшествующему уровню техники. Универсальный противовыбросовый превентор 101 включает в себя корпус 102 с отверстием 102, проходящим через него и расположенным вокруг продольной оси 103. Уплотнительный узел 105 расположен внутри универсального противовыбросового превентора 101 и также расположен вокруг продольной оси 103. Уплотнительный узел 105 включает в себя эластомерное кольцевое тело 107 и множество металлических вставок 109. Универсальный противовыбросовый превентор 101 приводится в действие посредством текучей среды, нагнетаемой в отверстие 113 полости 112 для поршня. Текучая среда обеспечивает приложение давления к поршню 117, которое вызывает перемещение поршня 117 вверх для сжатия уплотнительного узла 105 вокруг продольной оси 103. В том случае, если имеется бурильная труба, проходящая вдоль продольной оси 103, уплотнительный узел 105 будет создавать уплотнение вокруг бурильной трубы. В кольцевом противовыбросовом превенторе 101 происходит аналогичное перемещение в обратном направлении, когда текучая среда нагнетается в отверстие 115 полости для поршня. В этом случае текучая среда напротив обеспечивает приложение силы к поршню 117, действующей в направлении вниз, что создает возможность расширения уплотнительного узла в радиальном направлении.

Съемная головка 119 также обеспечивает возможность доступа к уплотнительному узлу 105, так что можно выполнить техническое обслуживание или замену уплотнительного узла 105 в случае необходимости.

Вследствие высоких давлений, которые должны выдерживать противовыбросовые превенторы, важно, чтобы стенки противовыбросового превентора были толстыми и имели однородные механические свойства: прочность на растяжение и твердость. Поковки, такие как поковки, используемые для противовыбросовых превенторов, как правило, изготавливают из низколегированной стали, которая была подвергнута термообработке для повышения прочности и обеспечения определенных минимально необходимых механических свойств. Термообработку низколегированной стали обычно выполняют посредством нормализации, аустенизации, закалки и отпуска стали. Нормализация предусматривает нагрев стали до температуры выше критической температуры в течение достаточного периода времени для измельчения ферритного зерна стали, уменьшения остаточных неоднородных напряжений и для обеспечения более однородных механических свойств. Затем обеспечивается возможность охлаждения поковки при неподвижном воздухе от температуры нормализации. Для достижения максимальной твердости металлы подвергают закалке в жидкости после аустенизации. Аустенизация предусматривает нагрев стали до температуры выше критической температуры в течение достаточного периода времени для превращения зернистой структуры в аустенитную перед закалкой. Во время закалки подвергнутый аустенизации металл погружают в закалочную ванну с закалочной средой, такой как вода, масло или полимер и в очень редких случаях солевой раствор, которая может подвергаться интенсивному перемешиванию для

- 1 012791 достижения критической скорости охлаждения для обеспечения образования в основном бейнитной или мартенситной микроструктуры с целью повышения твердости и механической прочности металла. В завершение, низколегированную сталь, используемую для данного применения, всегда подвергают отпуску посредством повторного нагрева поковки до температуры ниже нижней критической температуры, который обеспечивает уменьшение высокой прочности и твердости металла в состоянии непосредственно после закалки и повышение пластичности и ударной вязкости металла. Отпуск ((етреппд) также известен как «отпуск стали» (бгаМпд (Не (етрег) или проще «отпуск» (6га\\зпд).

При использовании больших поковок для изготовления резервуаров высокого давления важно, чтобы после термообработки повышенная прочность у стали была как можно более однородна на всей толщине сечения поковки. Могут возникнуть трудности с обеспечением однородной прочности стали, когда сталь имеет толщину, составляющую множество дюймов. При закалке большой поковки наружные поверхности поковки, находящиеся в контакте с закалочной средой, могут иметь необходимую высокую скорость охлаждения для обеспечения максимального превращения и сопутствующих механических свойств. Однако скорость охлаждения массы металла внутри по направлению к центру поковки становится все более медленной, поскольку масса металла находится дальше от поверхности и закалочной среды. Таким образом, в случае стали с толщиной сечения, составляющей несколько дюймов, для массы металла, находящейся наиболее глубоко в объеме поковки, будет наиболее трудно улучшить механические свойства металла и повысить твердость, поскольку данная масса не может быть подвергнута закалке столь же быстро, и во многих случаях для данной массы не достигается минимальная критическая скорость охлаждения, необходимая для того, чтобы произошло фазовое превращение.

При использовании больших поковок для изготовления резервуаров высокого давления важно, чтобы после термообработки повышенная прочность стали была однородной на всей толщине сечения поковки. Могут возникнуть трудности с обеспечением однородной прочности стали, когда сталь имеет толщину, составляющую множество дюймов. При закалке большой поковки наружные поверхности поковки, находящиеся в контакте с закалочной средой, могут иметь необходимую высокую скорость охлаждения для обеспечения максимальной твердости. Однако скорость охлаждения массы металла внутри поковки становится все более медленной, поскольку масса металла находится дальше от закалочной среды. Таким образом, в случае стали с толщиной, составляющей несколько дюймов, для массы металла, находящейся наиболее глубоко внутри поковки, будет наиболее трудно повысить твердость металла, поскольку данная масса не может быть подвергнута закалке столь же быстро.

Глубина прокаливания (прокаливаемость) отражает способность металла равномерно подвергаться термообработке при сравнительно больших значениях толщины сечения. В данной отрасли было известно, что низколегированная сталь характеризуется большой глубиной прокаливания.

Низколегированная сталь ΆΙ8Ι 4130 имеет диапазон значений предела текучести от 75 до 80 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κκί) при глубине прокаливания, как правило, ограниченной приблизительно двумя дюймами, что означает, что можно ожидать, что указанный диапазон значений предела текучести будет поддерживаться в зоне в пределах двух дюймов в результате процесса термообработки. Другая низколегированная сталь ΆΙ8Ι 4140 имеет аналогичный диапазон значений предела текучести от 75 до 80 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κκί) и диапазон значений глубины прокаливания, как правило, ограниченный шестью дюймами. Для больших противовыбросовых превенторов и резервуаров высокого давления толщина поперечных сечений стали может составлять более двадцати дюймов. Следовательно, желательны составы стали с большими значениями глубины прокаливания для достижения высоких уровней прочности.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к способу термообработки толстостенных поковок. Способ включает в себя нагрев низколегированной стали до температуры аустенизации, при этом низколегированная сталь содержит углерод в количестве приблизительно 0,05-0,2 мас.%, марганец в количестве приблизительно 0,3-0,8 мас.% и никель в количестве приблизительно 0,25-1,0 мас.%. Способ дополнительно включает в себя закалку низколегированной стали в закалочной среде и последующий отпуск низколегированной стали в течение менее приблизительно тридцати минут на дюйм толщины критического сечения плюс приблизительно два часа.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к поковке. Поковка включает в себя углерод в количестве приблизительно 0,05-0,2 мас.%, марганец в количестве приблизительно 0,30,8 мас.% и никель в количестве приблизительно 0,25-1,0 мас.%. Поковка дополнительно имеет толщину поперечного сечения, составляющую по меньшей мере приблизительно 8 дюймов, внутренний предел текучести, превышающий приблизительно 85 тыс. фунтов на кв.дюйм, и значение твердости по Бринеллю, составляющее самое большее приблизительно 237.

Другие особенности и преимущества изобретения будут очевидными из нижеприведенного описания и приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в разрезе кругового противовыбросового превентора по предшествующему уровню техники.

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая один способ термообработки поковки в соответствии с од

- 2 012791 ним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - график зависимости охлаждающей способности воды от температуры воды.

Фиг. 4 - график, показывающий полученные в результате значения твердости для стали, закаленной в воде и в солевом растворе.

Подробное описание

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения разработаны способы термообработки толстостенных поковок. Более конкретно раскрытые способы могут быть использованы для создания противовыбросовых превенторов, которые требуют высокого уровня твердости на всей ширине стенок.

Как было разъяснено выше, для того, чтобы толстостенные поковки выдерживали воздействие сред с высоким давлением, низколегированная сталь определенного предпочтительного состава должна быть подвергнута термообработке для повышения твердости и прочности.

В способе в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения используется низколегированная сталь, содержащая углерод в количестве приблизительно 0,05-0,2 мас.%, марганец в количестве приблизительно 0,3-0,8 мас.% и никель в количестве приблизительно 0,25-1,0 мас.%. При таком химическом составе низколегированная сталь может иметь глубину прокаливания (прокаливаемость), превышающую восемь дюймов, когда она подвергнута термообработке в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В другом варианте осуществления процентное содержание никеля может быть ограничено приблизительно 0,5-1,0 мас.%. Помимо углерода, марганца и никеля химический состав низколегированной стали по одному варианту осуществления может также включать фосфор в количестве более 0 до приблизительно 0,04 мас.%, серу в количестве более 0 до приблизительно 0,04 мас.%, кремний в количестве более 0 до приблизительно 0,5 мас.%, хром в количестве приблизительно 2,0-2,5 мас.% и молибден в количестве приблизительно 0,45-1,15 мас.%. В одном варианте осуществления содержание молибдена может составлять 0,90-1,10 мас.%.

Помимо большой глубины прокаливания (прокаливаемости) низколегированная сталь должна иметь очень высокую вязкость разрушения. Вязкость разрушения определяется количеством энергии, поглощенным материалом во время разрушения при высоком напряжении. Более вязкие материалы поглощают больше энергии, чем хрупкие материалы. Низколегированная сталь по настоящему изобретению может обеспечить вязкость разрушения, необходимую для использования стали в больших резервуарах высокого давлении, таких как противовыбросовые превенторы.

Технология плавки стали в соответствии с обычным уровнем техники обеспечивает возможность получения низколегированных сталей с предпочтительным содержанием фосфора и серы, существенно меньшим по сравнению с максимумом, представленным выше. Использование уменьшенных количеств фосфора и серы способствует получению стали с высокой вязкостью разрушения. Кроме того, низколегированная сталь может быть обработана кальцием в процессе плавки, когда легированную сталь плавят из исходных элементов, для обеспечения регулирования морфологии сульфидов и повышения вязкости разрушения. Кроме того, низколегированная сталь может включать в себя алюминий и/или ванадий для раскисления и уменьшения размеров зерна.

В одном варианте осуществления изобретения термообработку низколегированной стали выполняют в соответствии со стандартной практикой термообработки металлов, т. е. выполняют нормализацию, аустенизацию, закалку и отпуск. Необязательную обработку посредством нормализации, как правило, выполняют так, что поддерживают температуру низколегированной стали (с колебаниями ее) в пределах интервала приблизительно ±25°Б (±14°С) от выбранной температуры нормализации. Температуру нормализации, как правило, выбирают такой, чтобы она была на 25-50°Б (14-28°С) выше температуры аустенизации. Затем поковки снова нагревают для образования аустенита при температуре аустенизации, такой как по меньшей мере 1725°Б (940°С), при этом выбранную температуру поддерживают в пределах интервала приблизительно ±25°Б (±14°С). После аустенизации поковки подвергают закалке в закалочной ванне для погружения, подвергаемой интенсивному перемешиванию, при начальной температуре закалочной среды, не превышающей приблизительно 75°Б (24°С). Выдерживание начальной температуры закалочной среды на уровне значений менее приблизительно 75 °Б в начале закалки обеспечивает более эффективную закалку за счет увеличения скорости охлаждения низколегированной стали. Для поковок с толщиной сечения, превышающей приблизительно 8 дюймов (приблизительно 20 см), не следует допускать значений температуры закалочной среды, превышающих приблизительно 95°Б (35°С) в конце закалки. Для поковок с толщиной до приблизительно 20 дюймов (51 см) не следует допускать значений температуры закалочной среды, превышающих приблизительно 75°Б (24°С) в конце закалки. Для осуществления этого выбранное повышение температуры закалочной среды будет определять минимальное количество закалочной среды, необходимое для эффективной и надлежащей закалки. Меньшее выбранное повышение температуры закалочной среды потребует больших количеств закалочной среды для отвода того же количества теплоты из поковок. Возможно, потребуется избыточное количество закалочной среды с температурой 75°Б (24°С) или более холодной закалочной среды для закалочной ванны либо необходимо будет обеспечить циркуляцию закалочной среды через систему охлаждения для поддержания температуры ниже 75°Б (24°С).

- 3 012791

Регулирование начальной температуры закалочной среды так, чтобы она составляла менее приблизительно 55°Р и более приблизительно 32°Р, приводит к еще большей толщине закаленного слоя, чем в случае закалки поковок в более теплой, имеющей более высокую температуру закалочной среде. Фиг. 3, взятая из Ме1а1к НапбЬоок, Νίηΐΐι Ε6ίΙίοη. Уо1ише 4, раде 35 (Справочник по металлам, девятое издание, том 4, с. 35), показывает зависимость охлаждающей способности закалочной среды от начальной температуры закалочной среды, при этом в качестве закалочной среды была использована вода. Как показано на фиг. 3, охлаждающая способность воды быстро уменьшается при увеличении начальной температуры, что указывает на то, что вода может обеспечить более быструю закалку поковок и получение большей толщины закаленного слоя при более низкой начальной температуре воды. Однако, когда начальная температура закалочной среды уменьшается, поковки становятся более подверженными растрескиванию и разрушению, также известному как «образование закалочных трещин». Следовательно, должны быть предприняты усилия с тем, чтобы не допустить слишком низких значений начальной температуры закалочной среды с тем, чтобы избежать образования закалочных трещин и разрушения.

Для низколегированных сталей солевой раствор является предпочтительной закалочной средой по сравнению с водой, поскольку солевой раствор обеспечивает возможность получения более высоких конечных значений твердости низколегированных сталей по сравнению с водой. Солевой раствор образует меньшее количество газовых пузырьков, чем вода, и, следовательно, может обеспечивать смачивание поверхности низколегированной стали. Это позволяет солевому раствору охлаждать низколегированную сталь почти вдвое быстрее по сравнению с водой, что создает возможность получения более высоких конечных значений твердости низколегированной стали.

Фиг. 4, взятая из Ме1аЕ НапбЬоок, Νίηΐΐι Ебйюп, Уо1ише 4, раде 37 (Справочник по металлам, девятое издание, том 4, с. 37), показывает результаты закалки стали в воде и в солевом растворе. Как показано на фиг. 4, результирующие значения твердости при использовании солевого раствора выше, чем при использовании воды, при закалке при одной и той же температуре 180°Е (80°С). Несмотря на то что солевой раствор обеспечивает возможность более быстрой закалки для увеличения толщины закаленного слоя низколегированной стали, солевой раствор является более едким и коррозионным, чем вода. Следовательно, также потребуется предпринять усилия для защиты закаливаемых материалов и оборудования для закалки от солевого раствора.

После закалки поковки подвергают отпуску при выбранной температуре отпуска в течение периода времени, составляющего по меньшей мере тридцать минут на дюйм толщины сечения плюс один или два часа дополнительного времени выдержки. Выбранную температуру отпуска следует поддерживать в пределах интервала приблизительно ±15°Е (±8°С).

В способах по предшествующему уровню техники низколегированные стали подвергали отпуску в течение времени от сорока пяти минут до одного часа на дюйм толщины сечения плюс один-два часа выдерживания при температуре отпуска. Однако подобные большие продолжительности выдержки при отпуске могут привести к переотпущенному состоянию сплава, что приводит к ненужной потере механических свойств низколегированной стали. В результате может возникнуть ситуация, когда низколегированная сталь не будет отвечать требованиям по прочности на растяжение и твердости.

Температуры нормализации, аустенизации и отпуска зависят от сплавов и состава стали. Можно обратиться к характеристикам материалов при определенных составах для определения соответствующих температур нормализации, аустенизации и отпуска и соответствующей закалочной среды.

Фиг. 2 показывает блок-схему, иллюстрирующую способ термообработки поковки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Поковка из низколегированной стали, используемая в данном способе, изготовлена с химическим составом по настоящему изобретению, и толщина ее в поперечном сечении, как правило, превышает 8 дюймов. Способ начинается с необязательного процесса 210 нормализации, при котором поковку нагревают до температуры нормализации с колебаниями ее в пределах приблизительно ±25°Е (±14°С). После необязательного процесса 210 нормализации поковку затем повторно нагревают до достижения интервала температур аустенизации в процессе 220 аустенизации с колебаниями температур в пределах приблизительно ±25°Е (±14°С) от выбранной температуры аустенизации. Затем посредством использования закалочной ванны для погружения с интенсивным перемешиванием поковку погружают в закалочную среду в процессе 230 закалки. Закалочная среда, используемая в процессе 230 закалки, должна иметь начальную температуру, составляющую менее приблизительно 75°Е (24°С). Тем не менее, большая толщина закаленного слоя поковки может быть обеспечена, если регулировать начальную температуру закалочной среды в пределах интервала от приблизительно 55°Е (13°С) до 32°Е (0°С). Для поковки с толщиной, составляющей менее приблизительно двенадцати дюймов, закалочная ванна должна быть достаточно большой, чтобы не допустить ситуации, при которой температура закалочной среды превышает приблизительно 95°Е (35°С) к концу закалки. Для поковки с толщиной, составляющей менее приблизительно двадцати дюймов, закалочная ванна должна быть достаточно большой, чтобы не допустить ситуации, при которой температура закалочной среды превышает приблизительно 75°Е (24°С) к концу закалки. Кроме того, в процессе 230 закалки солевой раствор является более предпочтительной закалочной средой, чем вода, для закалки большой поковки.

- 4 012791

Процесс 240 отпуска поковки следует за процессом 230 закалки. Поковку нагревают до выбранной температуры отпуска с колебаниями ее в пределах приблизительно ±15°Е (±8°С). В частности, поковку подвергают отпуску в течение тридцати минут на каждый дюйм толщины плюс дополнительные один или два часа времени выдержки. Например, поковка, имеющая толщину десять дюймов и химический состав по настоящему изобретению, должна быть подвергнута отпуску в течение приблизительно шести-семи часов. Поковка, полученная посредством способа 200, будет иметь глубину прокаливания (прокаливаемость), превышающую восемь дюймов, и ее механические свойства будут соответствовать определенным механическим свойствам, необходимым для обеспечения безопасности при использовании ее в качестве противовыбросового превентора. В частности, поковка «сможет» соответствовать стандартам Американского нефтяного института (ΑΡΙ) для элементов, подвергающихся воздействию давления, как указано в ΑΡΙ ЗресШсаБои 16Α/Ι8Θ 13533, раздел 6.3.

Сочетание раскрытого химического состава, регулирования температуры термообработки, регулирования закалочной среды и регулирования времени отпуска обеспечивает возможность получения поковок с внутренним пределом текучести, составляющим по меньшей мере приблизительно 85 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κδί), пределом прочности, составляющим по меньшей мере приблизительно 100 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κδί), относительным удлинением, составляющим по меньшей мере 20%, относительным уменьшением площади поперечного сечения, составляющим по меньшей мере приблизительно 70%, и диапазоном значений поверхностной твердости по Бринеллю от приблизительно 217 до 237. Предел текучести соответствует приложенному напряжению, которое низколегированная сталь может испытывать перед пластической деформацией. Предел прочности соответствует приложенному напряжению, которое низколегированная сталь может испытывать перед разрушением или разрывом. Относительное удлинение соответствует изменению длины относительно исходной длины стали, которое может иметь место в низколегированной стали перед разрушением при растяжении. Относительное уменьшение площади поперечного сечения соответствует наибольшему изменению площади поперечного сечения относительно исходной площади поперечного сечения стали, которому может подвергаться низколегированная сталь перед разрушением при растяжении. Значение твердости по Бринеллю, составляющее по меньшей мере приблизительно 217, должно гарантировать то, что низколегированная сталь будет отвечать минимальным требованиям к механическим свойствам в отношении предела текучести и предела прочности. Значение твердости по Бринеллю, составляющее самое большее приблизительно 237, должно гарантировать то, что низколегированная сталь будет отвечать условиям ΝΑΟΕ (Ναΐίοηαΐ ΑδδοС1а1юи οί Соггомои Еидшеега - Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов) ΜΚ.0175/Ι8Θ 15156 для низколегированных сталей, предназначенных для использования в агрессивной кислой среде (в присутствии сернистых соединений). Противовыбросовые превенторы иногда подвергаются воздействию кислой среды, и, следовательно, стандарт ΑΡΙ 16Α требует, чтобы они соответствовали обязательным требованиям условий ΝΑΟΕ ΜΚ.0175/Ι8Θ 15156. Эксплуатация в агрессивной кислой среде относится к использованию металлических сплавов в среде скважинных флюидов, которые содержат сульфид водорода Н₂8 в концентрациях, достаточно больших для того, чтобы вызвать трещинообразование от вызванной сульфидами коррозии под напряжением (88СС - 8и1йбе 81ге55 Соггомои Сгаскшд) в металлических сплавах, подвергаемых воздействию данных сред и чувствительных к данному воздействию.

К основным компонентам универсального противовыбросового превентора 101 по предшествующему уровню техники, которые могут быть изготовлены из низколегированной стали по настоящему изобретению, относятся корпус 102, поршень 117 и съемная головка 119. Средним специалистам в данной области техники будет понятно то, что использование низколегированной стали по настоящему изобретению не ограничено резервуарами высокого давления. Другие варианты осуществления, которые включают использование толстостенных поковок, могут предусматривать изготовление их из низколегированной стали по настоящему изобретению.

Несмотря на то что изобретение было описано в связи с ограниченным числом вариантов осуществления, специалисты в данной области техники, ознакомившись с данным описанием, поймут, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, которые не отходят от объема изобретения в том виде, как оно раскрыто здесь. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только приложенной формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ термообработки толстостенных поковок, выполненных из низколегированной стали и предназначенных для изготовления элементов устройств высокого давления, включающий нагрев поковки из низколегированной стали, содержащей углерод в количестве 0,05-0,2 мас.%, марганец в количестве 0,3-0,8 мас.% и никель в количестве 0,25-1,0 мас.%, до температуры аустенизации, закалку в закалочной среде и отпуск в течение менее приблизительно тридцати минут на дюйм толщины критического сечения плюс два часа.
2. Способ по п.1, в котором низколегированная сталь дополнительно содержит фосфор в количестве более 0 до 0,04 мас.%, серу в количестве более 0 до 0,04 мас.%, кремний в количестве более 0 до 0,5

- 5 012791 мас.%, хром в количестве 2,0-2,5 мас.% и молибден в количестве 0,45-1,15 мас.%.
3. Способ по п.1, в котором низколегированная сталь содержит никель в количестве 0,5-1,0 мас.%.
4. Способ по п.1, в котором низколегированная сталь дополнительно содержит алюминий.
5. Способ по п.1, в котором низколегированная сталь дополнительно содержит ванадий.
6. Способ по п.1, в котором низколегированная сталь обработана кальцием во время процесса плавки.
7. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя нормализацию низколегированной стали перед нагревом низколегированной стали до температуры аустенизации.
8. Способ по п.1, в котором закалочная среда представляет собой солевой раствор.
9. Способ по п.1, в котором конечная температура закалочной среды составляет менее приблизительно 95°Б (35°С).
10. Элемент устройства высокого давления, выполненный в виде противовыбросового превентора, изготовленный из поковки, термообработанной способом по п.1.
11. Поковка, выполненная из низколегированной стали и предназначенная для изготовления элементов устройств высокого давления, при этом сталь содержит углерод в количестве 0,05-0,2 мас.%; марганец в количестве 0,3-0,8 мас.%; никель в количестве 0,25-1,0 мас.%; причем поковка имеет толщину поперечного сечения, составляющую по меньшей мере приблизительно 8 дюймов, и внутренний предел текучести, превышающий 85 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κδί); и значение твердости по Бринеллю, составляющее самое большее приблизительно 237.
12. Поковка по п.11, дополнительно содержащая фосфор в количестве от 0 до приблизительно 0,04 мас.%.
13. Поковка по п.11, дополнительно содержащая серу в количестве от 0 до приблизительно 0,04 мас.%.
14. Поковка по п.11, дополнительно содержащая кремний в количестве от 0 до приблизительно 0,5 мас.%.
15. Поковка по п.11, дополнительно содержащая хром в количестве приблизительно 2,0-2,5 мас.%.
16. Поковка по п.11, дополнительно содержащая молибден в количестве приблизительно 0,45-1,15 мас.%.
17. Поковка по п.11, имеющая предел прочности, составляющий по меньшей мере 100 тыс. фунтов на кв.дюйм (Κδΐ).
18. Поковка по п.11, имеющая относительное удлинение, составляющее по меньшей мере 20%.
19. Поковка по п.11, имеющая относительное уменьшение площади поперечного сечения, составляющее по меньшей мере 70%.
20. Поковка по п.11, имеющая значение твердости по Бринеллю, составляющее по меньшей мере приблизительно 217.