RU2454468C1 - Manufacturing method of corrosion-resistant tubing - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: tubes are made from steel containing the following components, wt %: carbon not more than 0.16, silicon 0.30-0.50, manganese 0.50-0.70, chrome 3.00-6.00, molybdenum 0.40-1.00, vanadium 0.04-0.10, niobium 0.04-0.10, aluminium 0.02-0.05, rare-earth metals 0.005-0.015, iron and inevitable impurities - the rest; flattening of tube wall is performed at temperature of 1050-900°C; cooling in the air after flattening is performed up to temperature of 700-650°C and reduction or calibration of diameter is performed at that temperature.

EFFECT: formation of steel structure which provides the stability of its characteristics throughout the length of manufactured tube.

3 tbl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for manufacturing hollow products, involving changing the physical structure of the metal, and can be used in the manufacture of pipes operating in oil wells with aggressive environments containing hydrogen sulfide and carbon dioxide.

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.A known method of manufacturing high-strength tubing and casing for oil wells, according to which the pipe is made of steel containing carbon in the range of 0.06-0.18% and alloyed with chromium, manganese, nickel, molybdenum, vanadium, niobium, aluminum, boron , nitrogen and rare-earth metals in the amount and ratio of elements that provide quenching by cooling in air, and they are heated to reduce or calibrate the diameter to a temperature of 1000-1050 ° C (RF patent No. 2070585, IPC C21D 9/14). However, pipes made by this method, having sufficient strength characteristics, do not possess the necessary corrosion resistance and cold resistance.

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.The closest set of essential features to the proposed method is a method of manufacturing tubing of alloy steel, comprising rolling the wall at a temperature of 1200-950 ° C, cooling in air to a temperature of 700-750 ° C, heating to a temperature of 890-910 ° C and reducing or calibrating the diameter at a temperature of 800-820 ° C followed by cooling in air (Technological instruction of the Pervouralsk Novotrubny TI 159-TR.TB-252-04 plant). However, when used for the manufacture of pipes from corrosion-resistant steels of type 15X5MFBCH, this method does not allow to obtain uniform structure and properties along the cross-section and length of the pipe, which accordingly leads to instability of the mechanical and corrosion properties of the pipe.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка необходимых механических и коррозионных характеристик по длине и сечению трубы.The task to which the invention is directed is to develop the necessary mechanical and corrosion characteristics along the length and cross section of the pipe.

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.%:The problem is solved by the fact that in the proposed method for the manufacture of corrosion-resistant tubing made of alloy steel, including wall rolling, cooling in air, reducing or calibrating the diameter and subsequent cooling in air, in contrast to the prototype pipes are made of alloy steel chromium, molybdenum, vanadium, niobium, rare-earth metals in the following ratio of components, wt.%:

УглеродCarbon не более 0,16no more than 0,16 КремнийSilicon 0,30-0,500.30-0.50 МарганецManganese 0,50-0,700.50-0.70 ХромChromium 3,00-6,003.00-6.00 МолибденMolybdenum 0,40-1,000.40-1.00 ВанадийVanadium 0,04-0,100.04-0.10 НиобийNiobium 0,04-0,100.04-0.10 АлюминийAluminum 0,02-0,050.02-0.05 РЗМREM 0,005-0,0150.005-0.015 Железо и неизбежные примесиIron and inevitable impurities остальное,rest,

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.wall rolling is carried out at a temperature of 1050-900 ° C, cooling in air after rolling is carried out to a temperature of 700-650 ° C, and at this temperature the diameter is reduced or calibrated.

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.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention lies in the fact that the proposed sequence of operations and temperature conditions for their implementation allow the formation of such a steel structure that ensures the stability of its characteristics both in cross section and along the length of the manufactured pipe. As shown by dilatometric, durometric and metallographic studies, in the manufacture of pipes of steel of the specified composition in a known manner as a result of cooling after reduction in the range of 800-820 ° C, colonies of upper and lower bainite are formed in the steel structure from the boundaries of austenitic grains by shear. Along the boundaries of the former austenitic grains, microvolumes of hypereutectoid ferrite are preserved (see Fig. 1, the metal microstructure of a tubing made of steel 15Kh5MFBCh after rolling according to TI 159-TP.TB-252-04, × 2000), which negatively affects the strength and viscous -plastic characteristics of the metal pipe. In addition, upon subsequent cooling, microcracks can form in the steel structure due to the different specific volumes of austenite and ferrite. According to the proposed method, the operation of heating before reduction is excluded and the reduction itself is carried out at lower temperatures of 700-650 ° C. In the proposed temperature range, the steel is in the austenitic state (fcc lattice), while reducing the number of barriers to the movement of structural defects, softening of the metal with the fcc lattice occurs, which greatly facilitates rolling. With this method of manufacturing pipes, a homogeneous martensite-bainitic structure is formed (see figure 2 - the microstructure of the metal tubing made of steel 15Kh5MFBCh according to the proposed method of manufacturing, × 2000). Grains of hypereutectoid ferrite do not have time to stand out. In addition, vanadium carbides and carbonitrides are released in the steel structure, which slow down the growth of austenitic grain. The formation of a uniform fine-grained martensitic-bainitic structure along the thickness and length of the pipe after reduction does not require subsequent expensive normalization and allows you to obtain the necessary stable mechanical and corrosion characteristics of the pipe.

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.In the factory, the tubing ⌀ 73 × 5.5 mm was rolled from 15Kh5MFBCh steel (the chemical composition is given in Table 1). Rolling temperature parameters are given in table 2, in table 3 - mechanical properties along the length of the pipe.

Таблица 1Table 1 Химический состав стали марки 15Х5МФБЧ (плавка №35143)The chemical composition of steel grade 15X5MFBCH (heat no. 35143) Массовая доля элементов, %Mass fraction of elements,% CC SiSi MnMn SS PP CrCr NiNi CuCu AlAl MoMo VV СаSa NbNb CeCe N, ppmN ppm O, ppmO ppm H, ppmH ppm 0,140.14 0,400.40 0,560.56 0,0040.004 0,0110.011 4,674.67 0,070,07 0,060.06 0,030,03 0,410.41 0,0440,044 0,00150.0015 0,040.04 0,0080.008 9090 1313 22

Таблица 2table 2 № трубы/
режимаPipe number /
regime Темп-ра перед подогр. печью, °CTemperature before heating oven ° C Время нагрева в подогр. печи, сWarm-up time ovens with Темп-ра перед редукционным станом, °CTemperature before reduction mill, ° C Темп-ра после редукционного стана, °CTemperature after reduction mill, ° C 1one -- -- 773-815773-815 729729 22 680680 30thirty 765-769765-769 697697 33 630630 4040 711-716711-716 657657 4four 590590 4040 640-670640-670 657657 55 590590 4040 630-670630-670 650650

Таблица 3Table 3 №No. Температура раскатки, °CRolling temperature, ° C Темп-ра ред-я, °CTemp. RA, ° C σ_в, кгс/мм² σ _in , kgf / mm ² σ_т, кгс/мм² σ _t , kgf / mm ² δ, %δ,% перед. конец трубыbefore. pipe end задний конец трубыrear end of pipe перед. конец трубыbefore. pipe end задний конец трубыrear end of pipe перед. конец трубыbefore. pipe end задний конец трубыrear end of pipe 1one 10501050 697697 134,3134.3 136,8136.8 95,595.5 98,498.4 15,515,5 12,012.0 22 950950 672672 138,0138.0 141,0141.0 106,5106.5 105,0105.0 13,013.0 12,512.5 33 900900 657657 137,9137.9 134,3134.3 92,992.9 99,599.5 14,014.0 14,014.0 4four 910910 657657 138,5138.5 137,1137.1 99,799.7 100,0100.0 14,514.5 14,514.5 55 925925 650650 142,6142.6 143,0143.0 103,5103.5 103,8103.8 15,015.0 14,514.5

Как видно из полученных данных, все механические характеристики сохранили стабильность по длине трубы.As can be seen from the data obtained, all mechanical characteristics retained stability along the length of the pipe.

Claims (1)

Способ изготовления коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб из легированной стали, включающий раскатку стенки трубы, охлаждение на воздухе, редуцирование или калибрование диаметра и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что трубы изготавливают из стали, легированной хромом, молибденом, ванадием, ниобием и РЗМ, при следующем содержании 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, при которой проводят редуцирование или калибровку диаметра. A method of manufacturing corrosion-resistant tubing made of alloy steel, including rolling the wall of the pipe, cooling in air, reducing or calibrating the diameter and subsequent cooling in air, characterized in that the pipes are made of steel alloyed with chromium, molybdenum, vanadium, niobium and REM, with the following components, wt.%:
carbon no more than 0,16 silicon 0.30-0.50 manganese 0.50-0.70 chromium 3.00-6.00 molybdenum 0.40-1.00 vanadium 0.04-0.10 niobium 0.04-0.10 aluminum 0.02-0.05 REM 0.005-0.015 iron and inevitable impurities rest,
wall rolling is carried out at a temperature of 1050-900 ° C, air cooling after rolling is carried out to a temperature of 700-650 ° C, at which the diameter is reduced or calibrated.

Images