Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛЬНЫЕ ШТРИПСЫ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ ПОМОЩИ ТМОБРАБОТКИ

Производство современных стальных штрипсов для маагистральных труб болыиого диаметра основывалось на интенсивной разработке проблем, касающихся всех этапов производства. Термомеханическую обработку (TMO) использовали для достижения требуемого предела текучести и пластичности без использования значительных добавок легирующих элементов с тем, чтобы избежать затрат и ухудшения свариваемости труб. Применяли стали с низким содержанием углерода, обладающие высоким уровнем воспроизводоимости чистоты и гомогенности. В связи с этим для достижения гармоничного сочетания механических свойств необходимо применять современные технологии производства штрипсов с точки зрения оборудования, контроля за процессов производства и ноухау. Результатом передовых разработок в области проектов газовых магистральных труб особенно для арктических регионов и подводных труб стало создание большой серии высокопрочных материалов. В последние годы в основе все' большего количества проектов лежит возможность использования труб для транспортировки высокосернистого газа. В данной работе представлены некоторые смелые проекты последних лет.

Для разработки трубопроводов, предназначенных для транспортировки нефти и газа в суровых и экстремальных условиях, необходимы конструктивные решения повышенной сложности и тщательный отбор конструкционных материалов.

Для производства сварных труб большого диаметра испсользуют термообработанные штрипсы.

Для выполнения экстраординарных технических условий были разработаны новые технологии производства. С целью модифицирования структурных характеристик низкоуглеродистой стали применили термомеханическую контролируемую прокатку (ТМКП).

ТМКП применяют с целью получения требуемого уровня предела текучести, не прибегая при этом к значительному легированию, с тем чтобы не повышать себестоимость и не ухудшать свариваемость стали.

Процесс ТМКП на толстолистовом стане состоит из повторного нагрева сляба до определенной температуры, многоступенчатой ТМ обработки, заканчивающейся при низких температурах, после которой, по возможности, проводится ускоренное охлаждение. Эти стадии, согласованные и отрегулированные на протяжении всего производственного процесса, являются необходимыми условиями для того, чтобы гарантировать необходимые прочностные и пластические свойства материалов для труб, предназначенных для работ в арктических регионах или регионах холодных вод, с толщиной материала около 2 дюймов.

Для оценки свойств, получаемых при стандартных испытаниях штрипсов, необходимо рассмотреть поведение материала при изготовлении труб, а также в ходе их эксплуатации. Необходимо сбалансированное сочетание всех характеристик при получении оптимизированного материала, а также их контроль на протяжении всего производственного цикла.

Производственное оборудование и основные направления разработок в области ТМстали

Для того чтобы получить требуемые, т.е. соответствующие техническим условиям свойства ТМКПматериалов, разработка технологии должна основываться на учете состава стали [1] и последовательности производственных сталей при изготовлении штрипсов, кот рые оказывают влияние на уменьшение размера зерна, дислокационное упрочнение и дисперсионное твердение, а также на распределение всех микроструктурных и субмикроскопических характеристик [2].

Соответствующий подбор и сочетание производственных стадий при изготовлении штрипсов требует хорошего знания аппаратуры, встроенной в толстолистовой стан (1), ее эксплуатационных возможностей и воздействий, посредством которых они могут влиять на выполнение технических условий. Для ТМКП в качестве оснрвных стадий необходимо считать специальный повторный нагрев слябов в толкательных печах или печах с выдвижным подом, многоступенчатую ТМпрокатку в двух клетях по точно определенному графику проходов в клети и использование ускоренного охлаждения в 30м аппарате MULPIC либо сразу после последней прокатки или перед ней в качестве промежуточного охлаждения.

С точки зрения производителя, в процессе ТМпрокатки заложено много разнообразных возможностей, что иллюстрируется на рис. 2. Необходимые свойства ТМпрокатанных штрипсов получают в результате специальной тем пературновременной последовательности, которая включает в себя: определенное число проходов прокатки в заданных температурных интервалах, прерываемых периодом охлаждения, и охлаждение после завершающей прокатки на воздухе либо на линии водоохлаждения.

Результатом ТМпрокатки является уменьшение размера аустенитного зерна и окончательный размер ферритного зерна. Модифицированный тип феррита, характеризующийся субструктурой с большим числом дислокаций, может быть получен путем дальнейшего упрочнения стали при завершении обработки в а+эгобласти. Смешанная микроструктура, состоящая из очень мелкого феррита и бейнита, получается при ускоренном охлаждении. Результатом обработки является повышение уровня прочности и пластичности, а также улучшение свариваемости благодаря небольшому количеству составных компонентов.

Дополнительно к точному определению параметров прокатки необходимо установить график охлаждения в случае УО (ускоренное охлаждение). Гибкость установленного 30м охлаждающего оборудования [3] позволяет применять различные процессы, такие как У О (умеренное охлаждение), прерываемое при определенной температуре остановки охлаждения, прямая закалка при ЗСО (закалка + + самоотпуск во время одного и того же процесса). Поэтому процесс ускоренного охлаждения должен обладать высокой степенью гибкости.

При рассмотрении технологии прокатки особое внимание уделялось преимуществам прокатки на первых стадиях. Используя крайне мощные двигатели первой клети кварто (5,5 мм), можно применить эффективную HSпрокатку.

Удовлетворительный уровень статической вязкости даже при низких температурах должен обеспечиваться соответствующим подбором химического состава (низкое содержание углерода, микролегирование и т.д.) и оптимизацией всех стадий процесса при производстве пггрипсов. Следует отметить важную роль условий повторного нагрева сляба в цикле ТМКП.

В случае сталей, используемых для изготовления магистральных труб, предназначенных для транспортировки газа, в качестве необходимого требования при разработке процесса следует принять во внимание BDWTTтехнологию.

ТМсгали, не применяемые \ в средах высокосернистых газов фирма произвела более 2000000 т ТМКП штрип * сов для (56дюймовых) труб из стали Х70, изготовляемых как в Германии (Bergroher Herne), так и на российских трубопрокатных станах (Харцызск, Украина и Вольский, Россия), для основных газовых магистральных трубопроводов в СНГ [4].

В 1992 г. фирма "DH" поставила 150000 т пггрипсов из стали марки Х70 толщиной от 15,7 до 18,7 мм со следующими характеристиками.

Механические свойства стали "Х70, CIS" (на цилиндрических образцах, вырезанных из плиты толщиной 18,7 мм) по ТУ 14247171—91 Харцызского трубного завода на Украине: (Го.2 * 580 Н/мм2, <ГВ ^ 590 Н/мм2, 65 ^ 23 % (на 50% образцов ^22%), KCU (при — 60 °С) 5=55/63 Дж (на одном образце/среднее значение), KCV (при 20 °С) ^67/78 Дж (на одном образце/среднее значение), BWDTT (при —20 °С) 100 %ный сдвиг (на 50 % образцов допускается ^90 % сдвига). Они могли быть выполнены с применением традиционной концепции анализа, в которой используется сталь CMnNb. Результаты, полученные при испытании штрипса, показаны на рис. 3. При этом толщина стенки составляла 18,7 мм. Особенностью данной стали является сочетание высокого предела прочности на разрыв, высокого относительного удлинения и требований, 100 %ной деформации сдвига при —20 °С, которые были выполнены с использованием низкого химического состава в сочетании с термомеханической трехступенчатой прокаткой.

Марки хладостойких ТМсталей

В 1990 г. российский исследовательский институт попросил фирму DH” разработать штрипсы из ТМКПстали для труб, с тем чтобы заменить 28дюймовый магистральный газопровод, расположенный рядом с Норильском и который вышел из строя около года назад в экстремальных температурных условиях.

Важной особенностью этой разработки была необходимость гарантировать BDWTTпереход одновременно с выполнением требований по палстичности при — 55 °С.

Используя возможности измельчения зерна, возникающие на точно определенных производственных стадиях, в короткое время было разработано конструктивное решение.

Сталь (0,06 % С; 0,33 % Сев; S < <0,005%) для труб 8,8x700 мм имела <ув = 550±20 Н/мм2; <гв = 610±25 Н/мм2; 65 = = 24±2 %; BDWTT (при 100 %ном сдвиге) = 70±10 °С; KCV (на полученных образцах, при 55 °С) 100±20 Дж.

Как видно из приведенных результатов, важно было использовать сталь, легированную ниобием, с низким содержанием углерода и

Подводя итог, следует привести следующие примеры, которые могут послужить вкладом в существующее положение с разработкой и производством сталей для магистральных труб.

Конструкторская разработка по производству штрипсов из стали, используемой для производства магистральных труб для высокосернистых газов, проводилась на основе предшествующей разработки, которая выполнялась по большим российским заказам при использовании марки стали Х70. Причем толщина штрипса должна быть в диапазоне 9—25 мм. Характерной чертой разработки было стабильное усовершенствование производственного оборудования для производства стали и осуществление прокатки штрипсов.

Сложное сочетание обработки стали на сталелитейном заводе с учетом химического состава и чистоты стали вместе с четкой определенными методиками прокатки и охлаждения на трубопрокатном стане были основными условиями при производстве стальных штрипсов в соответствии с жесткими требования для эксплуатации в северных морях.

Накопление опыта в области производства сталей для магистральных газопроводов, не применяемых для высокосернистыхх газов, предназначенных для использования в условиях Крайнего Севера вместе с систематическим сбором ноухау для производства стальных штрипсов, применяемых для высокосернистых газов, привели к разработке дальнейших перспектив для штрипсов из стали марки Х70, используемой для производства магистральных труб для высокосернистых газов, в арктических условиях, с требованиями BDWTT при температурах ниже 45 °С.

Перспективы развития

В качестве основных целей разработок для производства штрипсов, из ТМстали для магистральных труб необходимо указать следующие: увеличение толщины толстых листов стали марки Х65 до 50 мм в сочетании с характерным для северных морей профилем требований и ШСсопротивления стали марки Х65/Х70 и определение поведения BDWTT в арктических условиях для увеличения толщины стенки до 25,4 мм; улучшение и установка "обратной связи" от трубопрокатного стана к потребителям труб с целью оптимизации разработки штрипсов с учетом изменения свойств при формовке труб [8].

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994

Экспертиза

на главную