Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВОЙ СТАЛИ ДЛЯ ТРУБ ПОДВОДНЫХ МОРСКИХ ГАЗОПРОВОДОВ ВЫСОКИХ ПАРАМЕТРОВ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству штрипсовой стали для труб морских газопроводов диаметром 1067-1420 мм с рабочим давлением до 19 МПа, класса прочности К60.

В настоящее время возросла потребность в трубах большого диаметра для подводных трубопроводов в связи с освоением новых месторождений, расположенных в районах с тяжелыми климатическими условиями.

Обеспечение строительства трубопроводов трубами российского производства для подводных морских газопроводов высоких параметров, не уступающих по качеству зарубежным аналогам, является одним из важнейших перспективных направлений.

Широкое применение имеет близкая по технологии изготовления штрипсовая сталь 16Г2САФ по ТУ 14-1-1950-89 с использованием нормализации, нормализации и отпуска, закалки и отпуска, а также контролируемой прокатки. Данная сталь содержит массовую долю элементов следующего состава: углерод 0,15-0,20%; марганец 1,3-1,6%; кремний 0,3-0,5%; хром - не более 0,3%; ванадий 0,08-0,12%, азот 0,015-0,025%, сера - не более 0,02%, фосфор - не более 0,02%, железо - остальное. Сталь обладает следующими механическими свойствами: временное сопротивление ≥590, предел текучести ≥410 МПа, относительное удлинение ≥22% и KCU при -40°С - 59 Дж.

Однако штрипсовая сталь 16Г2САФ категории прочности К60 производится в толщинах 8,5-10,5 мм, что обеспечивает эксплуатацию при рабочем давлении в трубопроводах не более 7 МПа, и предназначена для производства труб для наземных магистральных трубопроводов.

Также недостатком этой штрипсовой стали является невозможность использования ее для подводных трубопроводов и необеспечение требований для труб большого диаметра, утвержденных ОАО "Газпром" по коэффициенту трещиностойкости:

Для обеспечения требований к трубам для подводных газопроводов, а именно категории прочности К60, толщины 24-40 мм для обеспечения рабочего давления в газопроводе 19 МПа и Pcm ниже 0,22%, необходим способ производства штрипсовой стали с использованием метода термомеханической обработки.

Наиболее близким по технологии изготовления является способ производства листового проката из стали следующего химического состава (мас.%) углерод - 0,05-0,15; марганец - 1,2-2,0; кремний - 0,2-0,6; ниобий - 0,01-0,10; титан - 0,005-0,03; алюминий - 0,01-0,10; хром - 0,03-0,50; никель - 0,03-0,50; медь - 0,03-0,50; азот - 0,005-0,020, железо - остальное, с использованием метода термомеханической обработки (патент РФ 2062795, кл. C 21 D 9/46, 8/02, 1995 - прототип), заключающийся в получении листовой заготовки, ее аустенизации, деформации с суммарной степенью обжатий 50-80% до толщины 14 мм, охлаждении от температуры конца деформации 760-900°С со скоростью 10-60°С/с до температуры 300-20°С, в повторном нагреве до температуры 590-740°С с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательном охлаждении на воздухе.

Техническим результатом изобретения является разработка способа производства штрипсовой стали в толщинах 24-40 мм при обеспечении улучшенной свариваемости Сэкв≤0,44% и требований для труб большого диаметра по коэффициенту трещинностойкости Pcm≤0,22%, а также требований, обеспечивающих технологичность изготовления труб, определяемая соотношением σ_0,2/σ_в≤0,90, при гарантируемом временном сопротивлении более 565 МПа, пределе текучести более 482 МПа и KV^-40 более 50 Дж.

Технический результат достигается тем, что в способе производства штрипсовой стали для труб подводных морских газопроводов высоких параметров, включающем получение заготовки из стали, нагрев до температуры выше Ас₃, деформацию ее в контролируемом режиме с частными обжатиями при общем суммарном обжатии 50-60% и последующее контролируемое охлаждение, согласно изобретению заготовку получают из стали следующего состава, мас.%:

предварительную деформацию заготовки ведут при температуре 950-850°С с суммарными обжатиями 50-60%, затем охлаждают ее до температуры 820-760°С со скоростью охлаждения 4-15°С/с на установке контролируемого охлаждения (УКО), дополнительно производят окончательную деформацию при температуре 770-740°С до требуемой толщины штрипса с суммарным обжатием 60-76%, дальнейшее охлаждение ведут ускоренно на УКО со скоростью 35-55°С/с до температуры 530-350°С, затем штрипс охлаждают в кессоне до 150±20°С и далее на воздухе.

Применение термомеханической обработки обеспечивает увеличение количества зародышей феррита и способствует формированию развитой субструктуры при завершении деформации при температуре, близкой к точке Ar₃, и равномерному выделению супермелкодисперсной карбидной фазы по всей площади ферритных зерен.

Деформация при температурах 850-950°С с суммарными обжатиями 50-60% необходима для проработки литой структуры заготовки и формирования предварительной структуры металла.

Охлаждение до температур 760-820°С со скоростью охлаждения 4-15°С/с производят с целью образования твердого поверхностного слоя металла, который позволяет при дальнейшей чистовой деформации получить мелкозернистую структуру по всему сечению проката.

Окончание деформации в режиме термомеханической обработки при температуре 740-770°С, близкой к Ar₃, приводит к росту количества зародышей феррита и равномерному выделению мелкодисперсной карбидной фазы.

Ускоренное охлаждение проката в интервале температур от 725-750°С до 350-530°С приводит к повышению дисперсности структурных составляющих.

Последующее замедленное охлаждение в кессоне способствует снятию термических напряжений.

Для получения высокого качества и стабильных свойств штрипсовой стали, получаемой данным способом, необходимо обеспечить высокое металлургическое качество заготовки, в том числе низкое содержание серы (0,0005-0,005%).

Содержание серы в заявленных пределах при модифицировании сульфидов кальцием позволяет получать более однородную структуру, минимизировать дефекты, тем самым повысить стойкость металла в среде кислого газа, и повышает низкотемпературную вязкость стали.

Низкое содержание углерода наряду с улучшением свариваемости, повышением низкотемпературной вязкости благоприятно и для снижения сегрегации в непрерывнолитом слябе.

При таком содержании углерода уменьшается сегрегация марганца, что позволяет избежать полосчатой феррито-перлитной структуры.

В стали с содержанием углерода менее 0,09% перитектическая реакция при кристаллизации не происходит, уменьшается интервал кристаллизации, расширяется интервал существования δ-феррита, что позволяет гомогенизировать твердый раствор, повышая однородность распределения элементов.

Добавка марганца, молибдена и никеля в заявляемых пределах обеспечивает твердорастворное упрочнение металла и способствует лучшей прокаливаемости при термомеханической обработке.

При микролегировании алюминием, ниобием и ванадием обеспечивается измельчение зерна за счет образования мелкодисперсных карбидов, затрудняющих рост зерна аустенита при нагреве, что и увеличивает предел текучести и хладостойкость штрипсовой стали.

Испытания штрипсовой стали, изготовленной предлагаемым способом показали, что выбранные режимы и химический состав обеспечивают получение наряду с требуемой прочностью высокую работу удара при -60°С (не менее 50 Дж) и требуемое соотношение σ_0,2/σ_в≤0,90.

Пример. Сталь выплавляли в конверторе с внепечной обработкой, рафинированием и разливкой в непрерывнолитые заготовки сечением 250х1720 мм

Химический состав приведен в таблице 1.

Заготовки подвергали нагреву выше температуры Ас₃, что соответствовало 1130°С, далее подвергали предварительной деформации при температуре 950 и 850°С с суммарным обжатием 56 и 60%, затем охлаждали до температуры 820 и 760°С со скоростью 4 и 15°С/с, окончательную деформацию на штрипсовый прокат толщиной 24, 31 и 40 мм проводили при температуре 770 и 740°С с суммарным обжатием 60 и 76% с последующим ускоренным охлаждением в УКО до температур 530 и 350°С и передавали прокат в кессон для охлаждения до 150±20°С. Дальнейшее охлаждение производили на воздухе.

Механические свойства проката штрипсовой стали определяли на поперечных образцах: разрывных тип Ш №4 по ГОСТ 1497, ударных тип 11 по ГОСТ 9454. Результаты представлены в таблице 2.

Техническая эффективность предлагаемого изобретения выразится в возможности изготовления отечественных магистральных труб для морского газопровода диаметром 1067-1420 мм, в увеличении их надежности и долговечности за счет повышения работы удара и трещинностойкости стали штрипса, а также снижении трудоемкости изготовления сварных труб за счет повышения технологичности стали.

Способпроизводстваштрипсовойсталидлятрубподводныхморскихгазопроводоввысокихпараметров,включающийполучениезаготовкиизстали,нагреввышетемпературыАс,деформациюеевконтролируемомрежимесчастнымиобжатиямиприсуммарномобжатии50-60%,контролируемоеохлаждение,отличающийсятем,чтозаготовкуполучаютизсталиследующегосостава,мас.%:Углерод0,05-0,09Кремний0,15-0,30Марганец1,25-1,6Хром0,01-0,1Никель0,3-0,6Молибден0,10-0,25Медь0,2-0,4Кальций0,001-0,005Алюминий0,02-0,05Ниобий0,01-0,06Ванадий0,03-0,10Сера0,0005-0,005Фосфор0,005-0,015ЖелезоОстальноеc0c1211none742предварительнуюдеформациюведутпритемпературе950-850°Сссуммарнымобжатием50-60%,затемохлаждаютдотемпературы820-760°Ссоскоростью4-15°С/с,окончательнуюдеформациюпроизводятпритемпературе770-740°Сдотребуемойтолщиныштрипсассуммарнымобжатием60-76%,дальнейшееохлаждениеведутускореннососкоростью35-55°С/сдотемпературы530-350°С,затемштрипсохлаждаютвкессонедотемпературы(150±20)°Сидалеенавоздухе.