Теоретичні та технологічні основи керування структурою для підвищення корозійної стійкості труб з низьколегованих і високолегованих сталей

Abstract

UK: Розроблено склад економічної низьковуглецевої низьколегованої сталі 06Х1-У з регламентованим вмістом і співвідношенням хімічних елементів та енергозберігаючу технологію виробництва нафтогазопровідних труб групи міцності Х 42…Х 52 за стандартом API 5 L, які характеризуються дрібнозернистою ферито-перлітною структурою з наявністю до 23% СГ зерен α-α і до 22 % умовних міжфазних границь α-γ з пониженою поверхневою енергією, й високим комплексом корозійних, механічних і експлуатаційних властивостей. Досліджено кінетику корозії труб зі сталі 06Х1-У порівняно з трубами зі сталі 20 у модельному хлоридно-ацетатному розчині; встановлено екстремальний характер і в 43 рази більш низьку швидкість корозії труб зі сталі 06Х1-У внаслідок пасивації, яку обґрунтовано утворенням на їх поверхні захисної оксидної плівки з підвищеним до 2,5 разів порівняно з основним металом вмістом хрому. Розроблено технологію подвійного високого короткочасного відпуску виробів з низьколегованих сталей, яка забезпечує їх високу стійкість проти СКРН і підвищення на 20…25 % міцнісних властивостей. Розроблено і впроваджено теоретичні основи та інноваційні технології виробництва труб з високолегованих аустенітних і феритно-аустенітних сталей, які ґрунтуються на застосуванні нових розроблених методик дослідження зерно-граничної структури, розвитку теорії ґраток співпадаючих вузлів і принципу зернограничного конструювання, а також отриманих даних про особливі фізико- хімічні властивості і гранично допустимий вміст поверхнево активних елементів, та забезпечують високий комплекс корозійних, механічних і експлуатаційних властивостей труб

RU: Разработаны новые и усовершенствованные методики исследования зернограничной структуры поликристаллических материалов (сталей и сплавов) с α-, γ и α+γ структурными состояниями. На основании теории коррозионностойкого легирования, данных о физико- химических свойствах нефтепромысловых сред и о влиянии температурно- деформационных параметров трубного производства на структуру и свойства труб, разработан состав экономичной низкоуглеродистой низколегированной стали 06Х1-У с регламентированным содержанием и соотношением химических элементов и энергосберегающая технология с элементами зернограничного конструирования изготовления нефтегазопроводных труб групп прочности Х 42…Х 52 по стандарту API 5 L повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Полученные трубы характеризуются мелкозернистой структурой с наличием до 23 % СГ зерен 3 в феррите, до 22 % низкоэнергетических межфазных границ α-γ. Изучена кинетика коррозии образцов труб из стали 06Х1-У в модельном хлоридно-уксусном растворе: установлен экстремальный характер изменения во времени скорости их коррозии, пассивация вследствие образования на поверхности образцов защитной оксидной пленки с повышенным до 2,5 раз по сравнению с основным металлом содержанием хрома и в 43 раза более низкая скорость коррозии по сравнению с трубами из стали 20 по ГОСТ 8732. Разработана технология двойного кратковременного высокого отпуска низколегированных сталей, обеспечивающая образование в них мелкозернистой структуры с дисперсными сфероидизированными карбидами и повышение стойкости против СКРН и прочностных свойств труб. Установлены количественные зависимости между параметрами структуры и коррозионной стойкостью труб из высоколегированных аустенитных и ферритно- аустенитных сталей после отжигов при температурах 1050…1200С и 1150…1200 + 950….1200С (в зависимости от химического состава и фазовой структуры стали). Созданы теоретические и технологические основы инновационных технологий производства труб из высоколегированных аустенитных и ферритно-аустенитных сталей, основанные на развитии теории решеток совпадающих узлов, принципе зернограничного конструирования, данных об особых физико-химических свойствах поверхностно активных элементов и установленных предельно допустимых их содержаниях с учетом синергического эффекта. Впервые высокоточным электронно- дифракционным методом в аустенитной стали 03Х17Н14М3 найдены СГ Σ3, Σ9, Σ27, а в ферритно-аустенитных сталях – СГ α-α и межфазные границы α-γ с пониженной удельной поверхностной энергией, установлена их эволюция при температурно- деформационных обработках и фазовых превращениях и увеличение содержания границ α-γ до 1,6 раз после отжига при 1150…1200 + 1050…1100С по сравнению с отжигом при 1050…1100С. Установлены зависимости между параметрами структуры (содержанием СГ γ-γ и межфазных границ α-γ с пониженной поверхностной энергией, величиной зерна, фазовым составом) и коррозионной стойкостью ферритно-аустенитных сталей, а также значительное повышение стойкости против межкристаллитной, питтинговой коррозии, коррозионного растрескивания, сульфидного коррозионного растрескивания под напряженим труб, изготовленных по разработанным технологиям. Доказана важная роль СГ в повышении коррозионной стойкости поликристаллических материалов. Установлено влияние поверхностно активных элементов углерода, бора, азота на зернограничную структуру и стойкость против МКК высоколегированных аустенитных сталей при испытании в агрессивных средах различной окислительной способности; определены предельно допустимые содержания ПАЭ, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость труб. Теоретические и технологические основы и инновационные технологии производства труб повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности внедрены на трубных заводах Украины, а трубы – в нефтегазо- добывающей отрасли и химической промышленности со значительным ожидаемым и фактическим экономическими эффектами

EN: A composition of low-carbon low-alloy 06Х1-У steel with a regulated content and ratio of chemical elements and an energy-saving technology for production oil and gas tubes in API 5L X 42...X 56 strength group were developed. The obtained tubes are characterized by a fine-grained structure with up to 23 % of special low-energy grain boundaries of 3n in ferrite and a high resistance against corrosion in chloride-containing media, resistance against sulfide and hydrogen corrosion cracking and in operation in the oil-and-gas producing industry. Kinetics of corrosion of the tubes made of 06Х1-У steel in a model chloride-acetic solution. An extreme rate of their corrosion was established and subsequent decrease to 0.03 mm/year which is 43 times lower than the corrosion rate of steel 20 tubes. Passivation of 06X1-У steel tubes was justified by formation of corrosion products with creased chromium content on their surface. A mode of double short-term temper of low- alloy steels which provides a fine-grained structure with fine-dispersed evenly distributed chrome carbides and a high resistance of tubes against HCC and SSCC was developed. Innovative technologies for manufacturing these tubes based on the principle of grain boundary engineering which ensure creation of the most favorable structure with a high SB content and a high complex of corrosion, mechanical and operational properties of the tubes were developed. Effect of surface active elements such as carbon, boron, nitrogen on structure and resistance against intergranular corrosion of high-alloy austenitic steels was established. Requirements to their maximum allowable contents. The developed technologies were introduced at the tube plants of Ukraine and the tubes were introduced in the gas-and-oil producing and chemical industries with a significant economic effect