Разработка высокопрочных, с высокими характеристиками, нефтепромысловых и трубопроводных труб с применением добавки бора

Development of High Grade OCTG and Linepipe by Utilizing Boron Addition /Asahi H. // Zairyo to Prosesu = CAMP ISIJ. 2009. № 22. C. 639. Яп., огл. на англ.

Трубы нефтяного сортамента с высокими прочностными свойствами и стойкостью в среде сероводорода. используемые при разработке месторождении на больших глубинах и с сернистой средой: высокопрочные трубы большого диаметра для магистральных газопроводов большой протяжен­ности, предназначенных для транспортирования природного газа; другие стальные трубы, необходи­мые для поставки энергоносителей, должны иметь высокие эксплуатационные характеристики и умерен­ную стоимость. Улучшение закаливаемости за счет добавки бора служит средством повышения экономичности высокопрочных сталей, но возможно­сти такой технологии используются еше не в полной мере. Между тем в отдельных случаях разработки без применения бора бывают вообще невозможны. Ра­бота выполнена фирмой "Nippon Steel" (исследовательская металлургическая лаборатория. Футцу. Япония). В ней рассматривают влияние бора на закаливаемость и приводят примеры разработки высокопрочных стальных труб с высокими эксплуатационными характеристиками, обеспечен­ными добавкой бора.

При повышении содержания бора в стали улучша­ется закаливаемость. Но бор имеет весьма специфиче­ские особенности: его влияние на закаливаемость достигает предела уже при очень малой величине до­бавки, близкой к 10 млн^-1, а при столь малых добав­ках достигается эффект, равноценный добавке 1% марганца. Результаты прямого изучения малочис­ленны, и очень многое построено на оценках, но поведение и влияние бора можно достаточно непротиворечиво истолковать со следующих пози­ций. Во-первых, влияние на закаливаемость связано с тем. что растворенный бор ликвирует к границам зе­рен и тормозит образование феррита, поэтому важно предотвратить образование нитрида бора BN. связав азот в других соединениях. С усилением ликвации бора к границам зерен повышается закаливаемость, но если масса ликвируюшего элемента превысит некоторый порог, то даже при его дополнительном поступлении туда уровень ликвации не повышается, а начинается выделение карбида бора, и влияние на закаливаемость достигает предела. Во многих случаях зернограничная ликва­ция бора имеет характер неравновесный  и чем выше температура нагрева перед охлаждением, тем сильнее ликвация. Поэтому при охлаждении с высокой температуры 1250 °С насыщение достига­ется на уровне порядка 5 млн^-1. Влияние бора на закаливаемость проявляется сильнее при добавке ниобия и молибдена. При добавке молибдена тормо­зится выделение карбида бора, обеспечивается возможность зернограничной ликвации бора до более высокой концентрации, поэтому при комбинирован­ной добавке Мо-В эффект повышения закаливаемо­сти весьма высок. Важно хорошо понимать эту особенность бора и использовать для практических целей.

Высокопрочные нефтепромысловые труды С110, стойкие б высокосернистои среде. Сталь в контакте с влажной средой, содержащей сероводород, абсорбирует в большом количестве водород и подвергается так называемому сульфидному растрескиванию SSC (коррозионному растрескива­нию под напряжением в среде сульфидов). В высоко­прочной стали возникают трещины по границам зе­рен аустенита и резко снижается разрушающее напряжение, поэтому разработки стойких в высокосерннстой среде высокопрочных

нефтепромысловых труб направлены на повышение прочности границ зерен. Марганец и хром, повышаю­щие закаливаемость, снижают прочность границ зе­рен, а медь и никель вызывают избирательную корро­зию, что ухудшает стойкость к растрескиванию SSC. Среди химических элементов, не изменяющих (или даже повышающих) прочность границ зерен, наибо­лее важен молибден. Для сдерживания зерногранич-ного растрескивания необходимо получить закалкой структуру мартенсита, и в стали хля изделий с определенной толщиной стенки нужна добавка бора. Фирма "Nippon Steel" освоила промышленное производство высокопрочных нефтепромысловых труб 010. стойких в высокосернистой среде, из стали основного состава: 0.23%С-0.3%Мп-0.5%Сг-0.75%Mn-Ti-B. Успешно завершена разработка нефтепромысловых труб С125 из стали такого же базового состава, пригодных для использования в слабосернистой среде.

Сверхвысокопрочные трубы Х120 большого диа­метра для магистральных трубопроводов. Затраты на транспортирование природного газа на большие расстояния значительно снижаются при перекачке газа под высоким давлением в сочетании с использованием тонкостенных стальных труб малого диаметра из высокопрочной стали. Для удовлетворе­ния одновременно требований прочности (с времен­ным сопротивлением порядка 1000 МПа). вязкости и свариваемости необходима ннзкоуглеродистая (по­рядка 0.05 % С) сталь со структурой, главной состав­ляющей которой является бейнит. По показателю вязкости зоны термического влияния при сварке безусловно предпочтительна сталь с добавкой бора: чтобы обеспечить необходимую закаливаемость без бора, требуется значительная добавка Mo. Ni. других дорогостоящих элементов: при этом сталь Х120 в значительной степени теряет экономичность. На фирме 'Nippon Steel" разработали трубы Х120 прессовой формовки (UOE) из листовой стали основ­ного состава 0,04%С-1,9%Mn-Mo-Ti-B, получаемой с применением термомеханической обработки (ТМСР) с приостановкой водяного охлаждения. Эти трубы успешно использовали в демонстрационном проекте трубопровода длиной 1.6 км.

Оптимальное применение добавки бора сделало возможной разработку и промышленное производ­ство высокопрочных металлопродуктов с высокими эксплуатационными характеристиками, в первую оче­редь нефтепромысловых и трубопроводных труб. Они будут способствовать успешной разработке нефтяных и газовых месторождений и помогут ре­шить проблему энергоснабжения в мире.