RU91613U1 - Центробежно-литая труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом - Google Patents

Abstract

Центробежно-литая труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, подвергнутая отжигу, отличающаяся тем, что она выполнена из чугуна, содержащего по массе 3,0-4,0% углерода, 3,0-3,5% кремния, 0,40-0,60% марганца, 0,030-0,045% магния, 0,03-0,10% ванадия, подвергнута отжигу при температуре 890-950°С и последующему отпуску при температуре 670-700°С.

Description

Полезная модель относится к трубам, предназначенным для транспортировки агрессивных сред, и может быть использована при изготовлении коррозионно-стойких труб для нефтегазопроводов.

Известна чугунная горячедеформированная бесшовная труба, выполненная из высокопрочного чугуна, содержащего наряду с другими элементами по массе 2,1-3,8% углерода; 1,0-3,5% кремния; 0,05-0,80% марганца (патент РФ 2243046, МПК F16L 9/02). Однако чугунные горячедеформированные трубы, как показала практика их использования, не обладают необходимой коррозионной стойкостью в нефтепромысловых средах.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является центробежно-литая труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, подвергнутая отжигу при температуре 840-870°С и последующему регламентированному охлаждению (патент РФ 2175986, МПК C21D 9/08). Такие трубы имеют высокие прочностные и пластические свойства, но не обладают достаточными для нефтегазопроводов коррозионной стойкостью и ударной вязкостью.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение качества центробежно-литых чугунных труб за счет повышения их коррозионной стойкости в различных агрессивных средах и хладостойкости, а также расширение имеющегося арсенала труб для строительства нефтегазопроводов.

Поставленная задача решается путем того, что центробежно-литая труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, подвергнутая отжигу, в отличие от прототипа выполнена из чугуна, содержащего по массе 3,0-4,0% углерода, 3,0-3,5% кремния, 0,40-0,60% марганца, 0,030-0,045% магния, 0,03-0,10% ванадия, подвергнута отжигу при температуре 890-950°С и последующему отпуску при температуре 670-700°С.

Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении данного технического решения, заключается в следующем.

Выполнение предложенной трубы из чугуна указанного химического состава позволяет повысить ее коррозионную стойкость в различных агрессивных средах. При этом содержание кремния в пределах 3,0-3,5 мас.% способствует насыщению (до 16% Si) поверхностного слоя на границе металл - коррозионная среда, т.е. наблюдается эффект естественного силицирования, препятствующий дальнейшей коррозии вглубь металла. При содержании кремния в количествах менее 3,0 мас.% не обеспечивается необходимый уровень коррозионной стойкости, а при содержании кремния более 3,5 мас.% происходит охрупчивание чугуна и потеря пластических свойств. Ограничение содержания марганца до 0,60 мас.% объясняется тем, что большее количество марганца способствует образованию перлитной основы и отбеливанию чугуна. Проведенные исследования показали также, что микролегирование чугуна магнием совместно с ванадием в указанных количествах приводит к улучшению вязко-пластических свойств Магний раскисляет и модифицирует чугун, обеспечивая глобуляризацию графита. Однако, содержание магния менее 0,03 мас.% недостаточно для образования графита компактной шаровидной формы и получения высоких вязко-пластических свойств, а увеличение количества магния свыше 0,045 мас.% приводит к снижению пластичности чугуна. При производстве чугуна в расплаве неизбежно наличие растворенных газов: кислорода, водорода, азота. Атомарный водород поглощается графитом, кислород оседает на графитных включениях в виде оксидов, азот остается в твердом растворе. Поскольку ванадий является сильным нитридообразующим элементом, его введение в присутствии растворенного в расплаве чугуна азота приводит к образованию мелкодисперсных включений нитридов, что повышает прочность и, кроме того, способствует повышению вязко-пластических свойств и хладостойкости. При этом ванадия менее 0,03 мас.% недостаточно для связывания азота в нитриды, а его содержание в количестве свыше 0,10 мас.% способствует отбелу чугуна с образованием в структуре цементита ледебурита.

Совокупность необходимых механических свойств и коррозионной стойкости описываемой трубы обеспечивается также тем, что труба подвергнута указанной термической обработке. Центробежно-литые трубы из чугуна с шаровидным графитом имеют неоднородную микроструктуру и неравномерную графитизацию, что объясняется различной скоростью охлаждения: в поверхностных слоях, где скорость охлаждения выше, образуется больше цементита (ледебурита) и меньшее количество включений графита, чем в средней части стенки трубы. При отжиге в предложенном интервале температур происходит распад остаточного (эвтектического) цементита с образованием феррито-перлитной структуры с равномерной степенью графитизации по всему объему чугуна. В случае нагрева ниже указанной температуры 890°С полного распада ледебурита не происходит, что приводит к ухудшению пластичности и ударной вязкости. Увеличение температуры отжига выше 950°С приводит к росту аустенитного зерна и впоследствии к падению прочности и вязко-пластических характеристик. Отпуск при температуре 670-700°С обеспечивает распад цементита перлита на феррит и графит и позволяет сформировать ферритную структуру чугуна с равномерным распределением включений графита, что обуславливает значительное улучшение вязко-пластических свойств. При этом отпуск при температуре ниже 670°С не приводит к полному распаду цементита, а перегрев выше 700°С способствует снижению пластичности и вязкости.

Сущность заявляемой полезной модели и достигаемый технический результат поясняются примером конкретного выполнения и данными проведенных исследований. Были изготовлены центробежно-литые трубы диаметром 159 мм с толщиной стенки 10 мм из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, химический состав которого приведен в таблице 1. Трубы подвергались отжигу при температуре 950°С, выдержке при этой температуре в течение 2 часов, охлаждению на воздухе и последующему отпуску при температуре 680°С в течение 2 часов с охлаждением на воздухе. Результаты испытаний этих труб приведены в таблице 2 и свидетельствуют как о достаточной механической прочности предлагаемых труб, так и об их коррозионной стойкости в агрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ. Кроме этого, данные трубы в отличие от известных аналогов обладают повышенной хладостойкостью, что делает возможным их использование при строительстве нефтегазопроводов в районах с различными климатическими условиями.

Таблица 1
№ п/п		Массовые доли элементов, %
		С			Si			Mn		Mg		V			Fe и неизбеж. примеси
1		4,0			3,5			0,60		0,035		0,03			Остальное
2		3,3			3,2			0,55		0,040		0,06
3		3,0			3,0			0,40		0,030		0,03
4		3,4			3,2			0,45		0,030		0,08
5		3,5			3,4			0,50		0,045		0,10
Таблица 2
№ п/п	Механические свойства								Коррозионные свойства (по NACE TM0177
									Скорость коррозии в H2S-содерж. среде, мм/год		Скорость коррозии в СO2-содерж. среде, мм/год		Стойкость к СКРН (метод А)
	σв, МПа		σт. МПа	δ, %		KCV+20C, кгсм/см2	KCV-60C, кгсм/см2						Время разрушения, час.	Порогов, нагрузка от мин. гарантир. предела текучести, σth, %
1	605		545	7		2,0			0,5		0,1		150	70
2	513		427	21		5,5			4,0		0,3		720	70
3	475		365	13		2,3			1,0		1,0		320	70
4	520		400	10		1,2			0,7		0,25		400	70
5	540		490	15		2,0			1,0		0,3		110	70

Claims (1)

1. Центробежно-литая труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, подвергнутая отжигу, отличающаяся тем, что она выполнена из чугуна, содержащего по массе 3,0-4,0% углерода, 3,0-3,5% кремния, 0,40-0,60% марганца, 0,030-0,045% магния, 0,03-0,10% ванадия, подвергнута отжигу при температуре 890-950°С и последующему отпуску при температуре 670-700°С.