Введение к работе
Актуальность темы Динамичное развитие нефтегазовой отрасли страны, являющейся потребителем значительного объема продукции, выпускаемой трубными заводами, требует изготовления труб заданных групп прочности, что гарантирует их эксплуатационную надёжность Интенсивные разработки в этом направлении, проводимые большинством трубных заводов России, связаны с отысканием оптимальных композиций (марок) сталей и рациональных технологий производства
Результатом многолетних научно-производственных исследований в этом направлении, проводимых на ОАО «Синарский трубный завод» (СинТЗ), явилось существенное повышение эффективности производства бесшовных труб, благодаря применению высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) — контролируемой прокатки, позволяющей изготавливать трубы повышенных групп прочности*5
Использование ВТМО особенно эффективно для горячего проката из углеродистых сталей с микродобавками сильных карбидообразователей (V, Nb, Ті) Исходя из этого, в данной диссертации, которая является логическим продолжением научно-производственных исследований, проводимых на СинТЗ, изучена перспективносте использования микролегированных сталей для бесшовных труб нефтяного сортамента, изготовляемых с использованием контролируемой прокатки
Целью диссертации явилась разработка новых материалов (марок сталей) и технологии изготовления на СинТЗ горячедеформированных и термомеханически упрочненных насосно-компрессорных и обсадных труб групп прочности Д К, Б
В соответствии с ГОСТ 633(632)-80 трубы по уровню механических свойств (с„ о0д, 8;) подразделяются на группы прочности Д, К, Е и др
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи
на основе анализа литературных данных, опыта, накопленного на СинТЗ, разработать составы новых марок сталей для насосно-компрессорных и обсадных труб различных групп прочности и сортамента,
провести прокат труб широкой гаммы типоразмеров из новых марок сталей по основному и опытным режимам, включающим варьирование температуры и скорости редуцирования, интенсивности последеформационного охлаждения,
- исследовать микроструктуру и механические свойства труб после
опытных прокатов и установить корреляционные зависимости между составами
сталей, технологическими режимами и механическими свойствами труб,
- выбрать перспективные марки сталей для труб каждой группы прочности
и режимы заключительных операций их производства.
Научная новизна По результатам лабораторной горячей прокатки образцов и опытных прокатов труб выявлены особенности влияния температуры и степени горячей деформации, скорости последеформационного охлаждения на микроструктуру и механические свойства среднеуглеродистых низколегированных сталей
Установлена взаимосвязь между характеристиками микроструктуры и механическими свойствами труб из различных марок сталей. Изучен вклад различных структурных параметров (размер ферритного зерна и плотности дислокаций, количества перлита и низкотемпературных продуктов распада аустенита), твердорастворного и дисперсионного упрочнения в формирование требуемого уровня предела текучести сталей
Найдено, что дефекты кристаллического строения, внесенные в аустенит при редуцировании трубы и закрепленные дисперсными частицами специальных карбидов МеС, наследуются ферритом, что способствует измельчению структуры Чем ниже (в пределах аустенигной области)
температурный интервал редуцирования трубы, тем больше этот положительный эффект
Выявлена интенсивность влияния содержания углерода в диапазоне 0,36-0,48%, легирующих элементов (Мп, Сг), а также микродобавок сильных карбидообразователей (Mo, V, Nb) при их различном сочетании на механические свойства и фазовый состав сталей, что позволило разработать марки сталей, обеспечивающие высокую конструкционную прочность определенных категорий и сортамента насосно-компрессорных и обсадных труб
Достоверность основных положений и выводов диссертации обеспечивается использованием апробированных и контролируемых методик, статистико-вероятностной обработкой экспериментальных данных, воспроизводимостью результатов экспериментов в лабораторных и цеховых условиях, а также сопоставлением их с известными литературными данными.
Практическая значимость. Сформулированы основные принципы выбора композиций среднеуглеродистых низколегированных сталей для горячедеформированных и термомеханически упрочненных насосно-компрессорных и обсадных труб, а также муфтовой заготовки групп прочности Д, К, Е по ГОСТ 633(632)-80 Обоснована перспективность использования сталей типа 37ХГ (~0,6%Сг и до 0,7%Мп), легированных микродобавками V(~0,08%), Nb(~0,04%), а также Мо (0,08-0,16%), для производства труб нефтяного сортамента повышенных групп прочности
Найдены параметры контролируемой прокатки (температурный интервал редуцирования (калибрования), скорость последеформационного охлаждения) труб определенного сортамента и группы прочности, изготовленных из сталей оптимальных составов
Реализация мероприятий по разработке новых марок сталей для насосно-компрессорных, обсадных труб и муфтовой заготовки, а также технологических режимов их изготовления позволила ОАО «Синарский трубный завод»,
начиная с 2005 года, полностью удовлетворить заказы потребителей этих изделий групп прочности Д, К, Е в широком диапазоне типоразмеров
На защиту выносятся:
- совокупность результатов по влиянию на комплекс механических свойств
(<*» редуцирования (калибровки) и скорости последеформационного охлаждения
бесшовных труб из среднеуглеродистых низколегированных сталей,
произведенных из трубной заготовки различных металлургических
предприятий,
- особенности формирования структуры и фазового состава труб из
среднеуглеродистых (0,37-0,49%С) кремнийсодержащих и хромомарганцевых
сталей, легированных в различном сочетании микродобавками Mo, V, Nb,
после различных режимов горячей прокатки,
- закономерности взаимосвязи параметров структуры (морфологии
ферритных зерен, доли феррита, перлита, бейнита, плотности дислокаций,
количества и морфологии специальных карбидов) и механических свойств
трубных сталей различных марок;
температуры редуцирования (калибровки) труб, режимы последеформационного охлаждения, обеспечивающие производство насосно-компрессорных и обсадных труб широкого диапазона типоразмеров гарантированных групп прочности,
- научно-обоснованные и проверенные в цеховых условиях рекомендации
по использованию сталей определенных марок для труб различных групп
прочности и сортамента
Апробация работы Основные результаты работы были доложены и обсуждены на IV Уральской школе-семинаре металловедов — молодых ученых (Екатеринбург, 2002 г), XVII Всероссийской школе металловедов-термистов (Киров, 2004 г), I Российской конференции «Трубы России-2004» (Екатеринбург, 2004 г), Всероссийской конференции «Проблемы и пути
развития трубной промышленности в свете реализации закона Российской Федерации «О техническом регулировании» (Челябинск, 2004 г), V Международной научно-технической конференции молодых специалистов (Магнитогорск, 2005 г), ХШ Международной научно-практической конференции «Трубы - 2005» (Челябинск, 2005 г), II Международной школе «Физическое материаловедение», XVUI Уральской школе металловедов-термистов (Тольятти, 2006 г), XTV и XV Международной практической конференции «Трубы-2006» (Челябинск, 2006 г)
Публикации. Основные научные и практические результаты работы опубликованы в 9 статьях и 6 патентах РФ
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов по каждой главе, заключения и выводов по диссертации в целом
Диссертация содержит 240 страниц, 99 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 59 наименований
Похожие диссертации на Разработка составов сталей и технологических режимов, обеспечивающих производство насосно-компрессорных и обсадных труб гарантированных групп прочности
