автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств коррозионностойкого биметаллического проката, получаемого с использованием метода электрошлаковой наплавки

На правах рукописи

РЫБКИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОКАТА, ПОЛУЧАЕМОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ.

Специальность 05.16.01 - «Металловедение и термическая

обработка металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Институте качественных сталей ФГУП ЦНИИчермет им.И.П.Бардина.

Научный руководитель:

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Родионова И.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук — Кудря А.В.

доктор технических наук — Одесский П.Д.

Ведущая организация: ОАО «НИИХИММАШ»

Защита диссертации состоится «06» октября 2004 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 141.04.02 ФГУП ЦНИИчермет им.И.П.Бардина по адресу: 105005, г.Москва, 2-ая Бауманская, д.9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ФГУП ЦНИИчермет им.И.П.Бардина.

Автореферат разослан « 03 » сентября 2004 г.

Телефон для справок: 777-93-50

Ученый секретарь диссертационного совета совета, кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Н.М.Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технологии используемые в настоящее время в процессах добычи и переработки нефти, диктуют особые требования к качеству материалов для оборудования и трубопроводов, в частности к их технологичности и коррозионной стойкости.

Анализ данных о коррозии оборудования нефтеперерабатывающих заводов, а также нефтепромыслового оборудования свидетельствует о необходимости выбора материалов, которые могли бы обеспечить стойкость против самых разных видов коррозионных повреждений в том числе:

- против общей и локальной коррозии;

- против коррозионного растрескивания под напряжением;

- коррозионной эрозии, усталости, кавитации и т.д.

Одним из наиболее эффективных металлических материалов, обеспечивающих стойкость против коррозии, является коррозионностойкий биметалл с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионностойкой стали. Традиционные способы получения биметаллов не отвечают современным требованиям в первую очередь, по прочности соединения слоев и коррозионной стойкости. Поэтому актуальной является проблема разработки современных надежных и экономичных технологий получения биметаллов и создания на этой основе качественно новых видов биметаллической металлопродукции, в частности, для оборудования нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей.

Новые биметаллические материалы и, следовательно, технологии их получения должны обеспечивать:

качественное соединение слоев, гарантирующее отсутствие расслоений при изготовлении и эксплуатации оборудования;

высокую коррозионную стойкость плакирующего слоя, достигаемую повышенной чистотой стали по примесям - сере, кислороду и неметаллическим включениям; --—

высокое качество поверхности; широкий размерный сортамент;

гарантированное выполнение традиционных требований к биметаллу (равномерность толщины плакирующего слоя, механические свойства и др. требования по ГОСТ. 10885-85); экономичность.

Сравнительный анализ известных способов получения биметаллов (литейное плакирование, пакетная прокатка; сварка взрывом, наплавка) показывает, что наиболее высокое сочетание качества соединения слоев, коррозионной стойкости и других характеристик получают при использовании метода широкослойной электрошлаковой наплавки (ЭШН) коррозионностойкого; слоя на основу из конструкционной стали при соответствующей отработке технологических параметров производства, обеспечивающих оптимальные структуру и свойства каждого из слоев.

При ЭШН подаваемые сверху расходуемые электроды в виде листового или сортового проката из коррозионностойкой стали одновременно перекрывают всю ширину заготовки и весь наплавленный слой формируется за один проход. Схемы широкослойной ЭШН можно классифицировать в зависимости от расположения наплавляемой поверхности основного слоя: горизонтальная, наклонная и вертикальная. Способ ЭШН с вертикальным расположением наплавляемой поверхности (вертикальная электрошлаковая наплавка), который можно выполнять не на специально сконструированных для наплавки установках, а на серийных электрошлаковых печах обеспечивает большую равномерность толщины плакирующего слоя, чем при ЭШН с наклонным и горизонтальным расположением наплавляемой поверхности. Однако и в случае наклонной ЭШН при использовании специальных технологических приемов можно обеспечить требуемую равномерность толщины плакирующего слоя.

Цель и- задачи исследования. Целью настоящей работы являлось определение условий получения и обеспечение производства качественно новых видов биметаллической металлопродукции - листов и труб при использовании методов ЭШН, в первую очередь метода вертикальной ЭШН в ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь», а также метода наклонной ЭШН в ОАО «Северсталь». Основным видом металлопродукции, исследованным в рамках данной работы, были биметаллы с плакирующим слоем из стали 08X13.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

исследовать закономерности формирования структуры и свойств коррозионностойких биметаллов с плакирующим слоем из стали 08X13, получаемых с использованием метода ЭШН, на всех переделах: от исходных составляющих биметалла до конечной металлопродукции;

- разработать рекомендации по оптимальным технологическим параметрам производства биметаллических листов и труб с использованием метода ЭШН, в том числе по химическому составу исходных составляющих, режимам ЭШН, горячей прокатки, термической обработки;

- освоить производство и выпустить промышленные партии коррозионностойких биметаллических листов и труб повышенного качества для оборудования систем нефтесбора и переработки нефти.

Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:

1. Предложены принципы прогнозирования химического состава, микроструктуры и свойств биметаллического проката марки 09Г2С+08Х13 при использовании для получения биметалла нового метода вертикальной ЭШН. Разработаны требования к химическому составу исходных составляющих биметалла и технологическим

параметрам горячей прокатки и термической обработки листов и труб, обеспечивающие формирование благоприятной микроструктуры и оптимальных свойств основного, плакирующего слоев и переходной зоны. Это позволило получить качественно новые виды биметаллической продукции с наиболее высокой прочностью соединения слоев (сопротивление срезу на уровне 350-500 Н/мм2) и коррозионной стойкостью.

2. Показано, что изменение микроструктуры переходной зоны двухслойных листов происходит вследствие развития диффузионных. процессов, в первую очередь, диффузии углерода из основного слоя в плакирующий при температурах выше 600°С. На основании этого рекомендовано при назначении режимов горячей прокатки и термической обработки исключать длительное пребывание двухслойных листов при температурах выше 600°С.

3. Найдены параметры нормализующей прокатки двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 на стане «2000» ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь», обеспечивающие формирование оптимальной микроструктуры. основного слоя, высокий комплекс механических свойств и коррозионной стойкости при одностадийной термической обработке — отпуске при 710°С.

4. В первые установлены в целом параметры горячей прокатки и смотки в рулоны полос из двух- и трехслойной стали применительно к.условиям стана «2000» ОАО «Северсталь» для получения оптимальной структуры и свойств плакирующего слоя и биметалла. Показано, что обеспечение температур смотки не ниже 680°С приводит к распаду мартенсита в плакирующем слое на феррито-карбидную смесь и к высокому уровню механических свойств проката для труб.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Определены требования к химическому составу исходных составляющих биметалла, технологии ЭШН, горячей прокатки и термической обработки, обеспечивающие получение качественно новых биметаллических листов и труб с высокой коррозионной стойкостью плакирующего слоя.

2. По разработанной технологии с использованием метода вертикальной ЭШН на заводе ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь» изготовлена промышленная партия двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 размерами 20x1200-1600x5000-6000^ с техническими характеристиками в соответствии с ГОСТ 10885 в количестве более 100 т. При этом прочность сцепления слоев оказалась существенно выше, чем минимальное предусмотренное по ГОСТ 10885 значение: в среднем 400430 Н/мм2. Из указанных листов в ОАО «Пензхиммаш» изготовлены 3 вакуумные колонны агрегата по разделению мазута. Оборудование пущено в эксплуатацию в 1996 г. на ПО «Нафтан», г. Новополоцк и успешно эксплуатируется до настоящего времени.

3. На основе метода вертикальной ЭШН, разработана технология' и основано производство бесшовных биметаллических труб с внутренним плакирующим слоем из коррозионностойкой стали типа 08X13. Изготовлена и поставлена в ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» первая промышленная партия труб размерами 14x168 мм марки 20+08X13 в количестве 88 т.

4. Разработанные рекомендации по режимам горячей прокатки и смотки полос из двух- и трехслойной стали применительно к условиям стана «2000» ОАО «Северсталь» были использованы при изготовлении из рулонного проката в ОАО «Выксунский металлургический завод» электросварных ТВЧ труб из двух- и трехслойной стали;

5. На нефтепромыслах ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» построены и находятся в- эксплуатации трубопроводы из сварных и бесшовных

биметаллических труб протяженностью более 20 км. Общий экономический эффект от внедрения результатов данной работы составляет около 9 млн.руб. .

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на IV химическом форуме «Защита от коррозии», Санкт-Петербург, 2003г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ и получено 5 патентов.

Объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов и содержит. 219 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 24 таблиц и список литературы, включающий 81 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Постановочный промышленный эксперимент.

Подготовка образцов и выбор методик исследования.

До постановки и проведения данной работы в. мировой практике отсутствовал опыт производства биметаллов методом вертикальной электрошлаковой наплавки. С целью получения образцов для исследования был проведен постановочный промышленный эксперимент по изготовлению опытной партии двухслойных заготовок и листов с использованием метода вертикальной ЭШН в ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь». Помимо получения . образцов, для исследования - цель постановочного промышленного эксперимента состояла в определении принципиальной возможности получения качественно нового биметалла методом вертикальной ЭШН, а также в выборе методик и основных направлений исследования.

Принципиальная технологическая схема производства двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 в ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь» приведена на рис. 1.

г г 1 Г

Рис. I. Технологическая схема производства двухслойного коррозионностойкого листа композиции 09Г2С+08Х13 на заводе «Красный Октябрь»

В качестве расходуемых электродов использовали полосы размерами 40-45х500-540х6000-7000мм из коррозионностойкой стали, выплавленной в 18-25-тонной электропечи, прокатанные из слитков массой 4,5т сначала на стане «1150» на слябы.220x300x1400мм (1,2т), затем на стане «2000» на конечный размер.

Сталь основного слоя марки 09Г2С выплавляли в 150-тонной электропечи, разливали в слитки массой 7т, прокатывали на стане «1150» до толщины 485мм (после зачистки - 475мм),. огневой резкой удаляли прибыльную и донную части сляба. Окончательный размер слябов основного слоя 475x650+20x1900-2000мм.

Принципиальная схема процесса вертикальной ЭШН представлена на рис.2. На поддон печи 6 в полости кристаллизатора устанавливается сляб основного слоя 4. Сляб смещен относительно центральной оси с таким расчетом, чтобы у одной из стенок кристаллизатора образовалась полость, в которую вертикально вводится расходуемый электрод 2 из коррозионностойкой стали. В полость также засыпается твердый шлак. . После включения печи и разводки флюса образуется жидкая шлаковая ванна 3. Электрод оплавляется с конца, погруженного в шлаковую ванну, капли расплавленного металла, проходя через шлак, собираются на поддоне, образуя жидкую металлическую ванну и при затвердевании наплавленный слой 5. Видно, что жидкий шлак проплавляет на определенную глубину сляб основного слоя, в результате чего толщина наплавленного слоя несколько больше наплавляемой полости. И именно глубина проплавления основного слоя является одним из основных показателей процесса ЭШН, определяющих и качество соединения слоев и химический состав наплавленного слоя. При вертикальной ЭШН электрические режимы, а следовательно тепло шлаковой ванны, должны обеспечивать проплавление сляба основного слоя на глубину не менее 5-10 мм, что гарантирует надежное сцепление слоев по всей поверхности контакта. Слишком большая

глубина проплавления (более 25 мм) приводит к значительному перемешиванию наплавляемой стали со сталью основы, что снижает содержание основных легирующих элементов в плакирующем слое, которое может стать ниже требований нормативно-технической документации (НТД). Таким образом, основная задача при разработке технологии получения биметалла методом вертикальной ЭШН обеспечить глубину проплавления основного слоя в интервале 10-25 мм.

Проплавление основного слоя в указанном интервале требует корректировки химического состава расходуемых электродов из-за эффекта разбавления металла плакирующего слоя металлом основного слоя.

Если принять, что при вертикальной ЭШН максимально допустимая глубина проплавления составляет 25 мм при величине зазора между слябом и кристаллизатором! 100мм, то содержание элемента в наплавленном слое составит:

или

где Си, Сэ, и Со - содержание элементов в наплавленном слое, электроде и слябе основного слоя, соответственно. Задав величину С„ и Со в соответствии с марочным составом сталей, отсюда можно рассчитать содержание элемента в электроде, которое должно быть обеспечено при выплавке стали для электродов:

5СН — С„ Сэ= 4

или

С,=1,25СН - 0,25С„

В таблице 1 представлен расчетный химический состав расходуемых электродов для получения плакирующего слоя из стали 08X13 с учетом

характерного для ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь» химического состава слябов основного слоя из стали 09Г2С (плавка 43644).

Сталь, для электродов, соответствующего- химического- состава выплавляют как марку 12X17 с корректировкой содержания углерода до 0,08%. Это- позволяет получить после наплавки химический состав плакирующего слоя в соответствии с требованиями ГОСТ 5632 к стали 08X13.

Таблица 1

Расчетный химический состав коррозионностойкой стали для электродов

Содержание элемента, % масс

С БГ Мп Сг Б Р

Наплавленный слой 08X13 (ГОСТ 5632) <0,08 <0,8 <0,8 12,0-14,0 <0,025 <0,030

09Г2С (пл. 43644) 0,08 0,68 1,51 0,22 0,026 0,017

Электрод (расчетные значения) <0,08 <0,08 3 <0,62 14,9-17,4 <0,025 <0,033

Оптимальные технологические параметры процесса ЭШН, обеспечивающие необходимую равномерную глубину проплавления основного слоя, находили поэтапно. В ходе постановочного промышленного эксперимента в ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь» было произведено методом вертикальной ЭШН четыре двухслойных слитка. Исследования показали, что требуемая глубина проплавления (10-25 мм), а следовательно, качественное соединение слоев и химический состав наплавленного слоя обеспечиваются при значениях электросопротивления шлаковой ванны в интервале 3,0-3,2 мОм, при снижении напряжения на электроде по ходу наплавки от 41 до 35 В и подводимой мощности отбОО до 420 кВт. Эти значения параметров наплавки были взяты за основу для дальнейшей отработки технологии вертикальной ЭШН.

На рис.3 представлено влияние глубины проплавления основного слоя на содержание хрома в плакирующем слое и на его снижение при переплаве

электродов,-содержащих 16,45% Сг, в процессе наплавки слябов 09Г2С при промышленном эксперименте. Видно, что содержание хрома при наплавке снижается; главным образом; из-за перемешивания"со сталью основного слоя, а переходом элементов из металла в шлак и обратно можно пренебречь.

Биметаллические слитки прокатывали на стане «1150» на двухслойные слябы размерами 200-220x500-550x1200-1500 мм.

Прокатку двухслойных слябов проводили на стане «2000» на листы размерами 20x1500-1600x5000 мм с температурами окончания прокатки 860-930°С. В дальнейшем были опробованы и более высокие температуры конца прокатки, что существенно повлияло на механические свойства.

Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и свойства двухслойных листов также рассмотрено подробно в главе IV.

От полученных в процессе постановочного промышленного эксперимента двухслойных заготовок и листов были отобраны образцы для проведения комплексных исследований структуры и свойств. Кроме того проводили исследования образцов от двухслойных листов, полученных на заводе «Красный Октябрь» позднее, при выпуске промышленной партии биметалла той же композиции. Дополнительно исследовали образцы биметалла, полученного методом наклонной электрошлаковой наплавки в ОАО «Северсталь».

Микроструктуру биметалла изучали на металлографическом микроскопе «Неофот» при 100 - 400-кратных увеличениях.

Исследования перераспределения легирующих элементов по толщине двухслойных листов проводили на микрорентгеноспектральном анализаторе «КАМЕКА» при увеличении х400, вакууме 10"5 мм рт. ст. Локальность измерения составляла 1 — 2 микрона.

Характеристики прочности и пластичности определяли при испытаниях на растяжение плоских образцов в соответствии с требованиями ГОСТ 11701-84 на испытательной машине ИНСТРОН-1185.

Испытания на изгиб проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 10885-85.

Ударную вязкость определяли при разрушении на маятниковом копре образцов сечением 10x10 мм с надрезом Менаже на образцах, вырезанных из основного слоя биметалла.

Испытания на срез плакирующего слоя проводили по ГОСТ 10885 и на специальных образцах по методике завода «Красный Октябрь»

Измерения микротвердости производили на твердомере ПМТ-3. Применяли нагрузку 10, 20 и 50 г. В зависимости от исследуемой зоны и применяемой нагрузки замеры производили через 10-100 мкм. При построении кривых изменения микротвердости брали среднее значение из 35 замеров.

Ультразвуковой контроль биметаллических листов проводили с применением дефектоскопа УД-2-12 с раздельно совмещенным преобразователем типа П112-5-3x4 -0,02 с оценкой качества в соответствии с требованиями ГОСТ 22727 - 88 «Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля».

Исследование влияния технологических параметров на качество

соединения слоев, структуру и свойства граничной зоны В общем случае биметалл, образованный из сталей разного состава, включает в себя следующие зоны, сформировавшиеся в процессе его производства:

-сталь плакирующего слоя; -приграничная зона плакирующего слоя; -граница соединения; -приграничная зона основного слоя; -сталь основного слоя.

Если структура и свойства основного и плакирующего слоев определяются в основном марками. соответствующих. сталей. и режимами термической обработки,.то структура приграничной зоны плакирующего и основного слоев и границы соединения зависит и от состава сталей, входящих в композицию, и от условий формирования соединения (в данном случае от технологических режимов ЭШН), и от диффузионных процессов, протекающих в биметалле, которые определяются, главным - образом, температурно-временными параметрами горячей прокатки и термической обработки, и от уровня внутренних напряжений, которые также могут повлиять на качество соединения слоев. Ниже зону, включающую приграничную зону основного слоя, границу соединения и приграничную зону плакирующего слоя, с переменным химическим составом, структурой и свойствами будем называть переходной зоной (ПЗ).. ПЗ биметалла, получаемого с применением метода ЭШН. начинает формироваться при наплавке плакирующего слоя и заканчивается при остывании готовых листов после термической обработки.

В главе III приведены результаты исследования ПЗ биметаллических заготовок и листов марки 09Г2С + 08X13, влияния на ее формирование различных факторов, определены условия, обеспечивающие качественное формирование переходной зоны, выданы общие рекомендации . по оптимальным технологическим параметрам производства биметалла методом вертикальной ЭШН.

Учитывая, что основным условием качественного соединения слоев при ЭШН является получение определенной глубины проплавления основного слоя (10-25 мм), важнейшей задачей является нахождение основных технологических параметров процесса, обеспечивающих указанную глубину проплавления. При проведении; постановочного эксперимента задавалось значение электросопротивления, которое было постоянным в течение всего процесса (3,0-3,1 мОм), а значения напряжения

на электроде, и подводимой мощности снижались оператором по ходу процесса. При массовом производстве биметалла желательно обеспечить автоматическое поддержание оптимального режима. Поэтому в процессе выпуска первой4 опытно-промышленной партии двухслойных листов толщиной 20 мм композиции 09Г2С+08Х13 проводили дополнительное исследование влияния параметров наплавки на глубину проплавления основного слоя и, соответственно, на химический состав плакирующего слоя и' выход годного двухслойных листов. В результате было, показано, что основными технологическими параметрами процесса ЭШН, которые на печах ЭШП-ЮГ завода «Красный Октябрь» можно задавать автоматически и, тем самым, обеспечивать требуемую глубину проплавления, является электросопротивление шлаковой ванны Я и массовая скорость плавления электрода, значения которых должны, составлять, соответственно,.3,0-3,1 мОм и 3,3-3,6 кг/час. Физический смысл этого условия заключается в следующем. Количество тепла, поступающего в шлаковую ванну в каждый момент наплавки, которое должно быть постоянным и обеспечивать требуемую глубину проплавления основного слоя, зависит от подводимой мощности и от степени разогрева сляба и шлаковой ванны за предыдущие периоды наплавки. При неизменном значении подводимой мощности разогрев сляба, и шлаковой ванны приводил- бы к существенному повышению' скорости подачи электрода и к увеличению глубины проплавления. При автоматическом задании скорости подачи (плавления) электрода, для ее обеспечения происходит автоматическое снижение подводимой мощности по ходу наплавки (при этом снижаются и ток, и напряжение, а значение Я остается неизменным.

Использование разработанных технологических параметров позволило обеспечить требуемое качество двухслойных заготовок - высокую прочность сцепления слоев по всей поверхности соединения, благоприятную микроструктуру переходной зоны (с удалением от основного слоя структура

отпущенного мартенсита - феррит с цементитом сменяется на феррито-карбидную структуру с постепенным увеличением содержания- хрома в карбидах; общая ширина. переходной зоны с переменным химическим составом и ликвационной неоднородностью в двухслойной, заготовке составляет около 500 мкм), отсутствие в переходной зоне шлаковых и других грубых неметаллических включений, а также требуемый химический состав наплавленного слоя. Прочность сцепления слоев при;испытаниях;на срез составила около 400 Н/мм2.

Исходная литая структура наплавленного слоя и примыкающей к ней переходной зоны.с присущей ликвационной неоднородностью полностью трансформируется в процессе дальнейших переделов и не оказывает влияния на свойства конечной металлопродукции.

Гораздо большее влияние на. свойства оказывает микроструктура переходной зоны, которая формируется в листах в процессе горячей прокатки и термической обработки: Этому способствует интенсивное протекание диффузионных процессов в переходной зоне, что связано с различиями в химическом составе слоев, влияющими на активность легирующих элементов в основном и плакирующим слоях и в переходной зоне. Особенно интенсивно протекает диффузия углерода, что может приводить к образованию зон науглероживания в плакирующем слое и обезуглероживанию в основном слое. Поэтому исследование граничной зоны проводили в листах после торячей прокатки, а также после термической обработки по различным режимам.

Результаты исследований микроструктуры и переходной зоны горячекатаных; двухслойных листов, определения микротвердости по толщине плакирующего слоя листа, а также распределения содержания основного легирующего элемента хрома представлены на рис.4. За границу раздела слоев можно принять зону, в которой содержание хрома начинает увеличиваться от его содержания в основном слое (-0,3%) до его содержания

в плакирующем; слое (-13%). Следует отметить- резкое- увеличение содержания хрома -примерно до 11,0-11,5 на прилегающем к границе раздела.слоев участке размером около <30 мкм. Очень высокое значение микротвердости на этом участке (до 800 кг/мм2) свидетельствует о том, что основной ? структурной составляющей здесь является мартенсит, который образуется при содержании хрома, недостаточном для образования ферритной структуры (менее 11%), при охлаждении после горячей прокатки, что соответствует структурной диаграмме нержавеющих сталей [Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. - М.: Металлургия,- 1966.-640с]. Далее наблюдается постепенное увеличение содержания хрома от 11,0-11,5% до 12-13% на. участке протяженностью 150-200 мкм. Этот участок после горячей прокатки имеет двухфазную феррито-мартенситную структуру, причем содержание феррита возрастает при удалении от границы раздела слоев из-за повышения содержания; хрома. Двухфазная' структура сохраняется по всей толщине плакирующего слоя горячекатаного листа. Для перевода мартенситных. участков в феррито-карбидную смесь, с целью обеспечения \ высокой пластичности коррозионностойкой стали требуется дополнительная термообработка.

Основной слой имеет преимущественно феррито-перлитную структуру с . отдельными участками структур промежуточного превращения. Непосредственно к границе раздела слоев примыкает обезуглероженная зона основного слоя, имеющая ферритную структуру. Размер ее в горячекатаных листах невелик и составляет не более 60 мкм: Основные: диффузионные процессы, приводящие к существенному перераспределению легирующих элементов между слоями происходят в процессе термической обработки.

На рис.5 представлены микроструктура, микротвердость и содержание хрома по толщине двухслойного листа, температура конца прокатки которо-

х200'

Рис. 4. Микроструктура, микротвердость и содержание хрома по толщине двухслойного листа после горячей прокатки на стане "2000"

1 - содержание хрома 2 - микротвердость

х200

Рис. 5 Микроструктура, микрсггвердосп. и содержание хрома по толщине двухслойного листа (Ткп=1030°С) после закалки с 920°С и отпуска при 740 С в течение 3 ч 1 - содержание хрома 2 - микротвердость

го составляла 1030°С, после закалки: с 920°С и отпуска при температуре 740°С.

Следует отметить, что уровень содержания хрома в плакирующем слое данного листа выше, чем для горячекатаного листа, исследованного выше -14-15% вместо 12-13%. Значительный размер обезуглероженной зоны, прилегающей'к границе раздела слоев со стороны основного слоя - до 550 мкм, свидетельствует о сильном развитии диффузионных процессов, особенно диффузии углерода из основного слоя в плакирующий в процессе термической- обработки. Для этой зоны характерно полное обезуглероживание и очень крупные зерна феррита, причем величина ферритных зерен увеличивается с расстояния 250 мкм от границы раздела к бездиффузионной зоне основного слоя.

Основной слой имеет структуру отпущенного мартенсита (илибейнита), характерную для стали 09F2C после закалки и отпуска.

Со стороны плакирующего слоя у границы раздела слоев наблюдается зона с пониженным содержанием хрома ( менее 12%) по сравнению с его содержанием в самом плакирующем слое (14-15%). В начале этой зоны, на участке протяженностью около 10 мкм; содержание хрома резко возрастает (до 8%). Затем содержание хрома повышается более плавно и стабилизируется на уровне 14% на расстоянии около 200 мкм от границы.

При удалении от границы в сторону плакирующего слоя структура отпущенного мартенсита наблюдается в зоне протяженностью до 150-160 мкм и заканчивается при содержании хрома 14%. Далее наблюдается феррито-карбидная структура. Количество карбидов постепенно уменьшается с удалением от границы раздела слоев, что связано со снижением концентрации углерода, переходящего в результате диффузии из основного слоя. Максимальные значения микротвердости плакирующего слоя получены на участке со структурой отпущенного мартенсита - до 260

кг/мм2. При удалении от границы раздела слоев микротвердость плакирующего слоя снижается до 220-230 кг/мм .

Таким образом,.в двухслойных коррозионностойких листах, имеющих температуру конца- прокатки выше 1000°С, после закалки и отпуска наблюдаются зоны с. различным, химическим составом, структурой- и свойствами. Особо следует отметить наличие в приграничной области основного слоя обезуглероженой зоны крупнозернистого феррита. Хотя в данном случае неравномерность структуры и свойств по толщине листов не повлияла на. результаты сдаточных испытаний, с целью повышения эксплуатационных свойств изделий, из биметалла желательно оптимизировать режим; термической обработки для подавления диффузионных процессов.

На рис 6 представлены микроструктура, микротвердость и содержание хрома по толщине горячекатаного двухслойного листа, температура конца прокатки которого составляла 900°С, после отпуска при температуре 710° С в течение 3-х. часов с замедленным охлаждением в течение 1 ч ( с печью) до 660-670°С и последующим охлаждением на воздухе. .

Структура стали основного слоя после отпуска - феррито-перлитная* плакирующего слоя - феррит с карбидами. Переходная ферритная зона отпущенных листов со стороны основного слоя имеет, в отличие от рис.5, мелкозернистую структуру, размер ее меньше, чем в двухслойных листах, подвергнутых закалке и отпуску..

Возможно, что при нагреве под закалку происходит диффузионное насыщение хромом.. приграничных участков> основного- слоя, которое усиливает процессы обезуглероживания основного слоя (см. рис.5). В данном случае (рис.6) закалки не было, что оказало сдерживающее влияние на развитие диффузионных процессов и привело к получению более благоприятной структуры.

л

08X13 \ J 09Г2С

200

ISO so

100

2SO 280 270 260 2 SO 2«0 гэо 220 г»о

i £

1

о иоо

PaevioaiMM от гмпмш, мим

Следует отметить, что, хотя перечисленные выше особенности структурного состояния биметалла 08Х13+09Г2С (в частности, чередование слоев с различной структурой), являющиеся характерными для большинства коррозионностойких композиций, и не оказывают существенного влияния на механические, технологические и другие специальные свойства листов, все же, образование обширных диффузионных зон с химическим составом, отличным от стандартного, уменьшают рабочую толщину слоев.

Возможно, высокое качество соединения слоев уже в исходной заготовке и чистота переходной зоны по неметаллическим включениям являются факторами, облегчающими, диффузионные процессы. Поэтому температурно-временные условия горячей прокатки и термической обработки должны- выбираться таким образом, чтобы, по возможности, исключалось длительное пребывания двухслойных листов при температурах выше 600°С.

Исследование формирования химического состава, структуры и свойств основного и плакирующего слоев биметалла в процессе ЭШН,' горячей деформации и термической обработки Формирование химического состава плакирующего слоя происходит в процессе получения биметаллической заготовки, а именно, в процессе ЭШН. Выше приведены соотношения для расчета содержания легирующих элементов в стали расходуемых электродов, учитывающие изменение ее химического состава в процессе наплавки из-за перемешивания материалов соединяемых слоев (см.выше). При изготовлении опытно-промышленной партии двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 подтверждено, что использование предложенных соотношений позволяет обеспечить химический состав плакирующего слоя в соответствии с требованиями ГОСТ 5632 к стали 08X13.

Микроструктура плакирующего слоя определяется химическим составом стали, а также режимами горячей прокатки и термообработки. После наплавки образуется литая структура, преимущественно ферритная с участками мартенсита, частично распавшегося на феррито-карбидную смесь, с ярко выраженной неравномерностью-химического состава: содержание хрома в ферритных участках составляет более 15%, в мартенситных - около 10%. В процессе горячей прокатки (толщина биметалла менялась от 570-590 до 20 мм) происходит выравнивание химического состава и измельчение зеренной структуры из-за развития рекристаллизационных и диффузионных процессов. Из рис.7 видно, как при снижении температуры конца прокатки от 1030 до 900°С уменьшаются размеры структурных составляющих. Однако после охлаждения на воздухе горячекатаных листов от температур 860-Ю30°С в структуре плакирующего слоя кроме феррита присутствует мартенсит, что приводит к неудовлетворительной пластичности плакирующего слоя. Образцы двухслойной стали не выдерживают испытаний на изгиб на угол 180° плакирующим слоем наружу.

Аналогично, при использовании нормализации или закалки, когда металл быстро охлаждается от 900°С и выше, в структуре плакирующего слоя помимо феррита также присутствует мартенсит, поэтому пластичность двухслойных листов после нормализации и закалки, также неудовлетворительна. Для распада мартенсита в структуре стали 08X13 на феррито-карбидную смесь и обеспечения требуемой пластичности требуется отпуск при температурах 680-800°С. При более низких температурах из-за недостаточного развития диффузионных процессов превращение может не произойти, при температурах выше 800°С в структуре появляется аустенит, который при охлаждении на воздухе вновь может превратиться в мартенсит. Поэтому для двухслойных листов с плакирующим слоем из стали 08X13 обязательной заключительной операцией термической обработки является отпуск при температурах выше 680-800°С.

Если химический состав плакирующего слоя формируется в процессе ЭШН, то состав основного слоя изначально должен соответствовать требованиям ГОСТ 19281 к стали 09Г2С. Анализ литературных данных и результатов собственных исследований свидетельствует, что для формирования.оптимальной структуры и свойств проката из стали 09Г2С рекомендуется соблюдать определенные дополнительные требования к химическому составу, в частности, к содержанию титана и алюминия: Это является резервом повышения комплекса свойств и сокращения продолжительности термической- обработки, что особенно важно при производстве биметаллов для подавления диффузионных процессов. Показана целесообразность легирования стали 09Г2С титаном в количестве 0,02-0,04% и алюминием-в количестве 0,015-0,035%. Это обеспечивает выделение частиц карбонитрида титана и нитрида алюминия в процессе горячей прокатки, что при определенных условиях может благоприятно влиять на протекание рекристаллизационных процессов, сдерживая рост зерна, а также вызывать карбонитридное упрочнение.

Микроструктура основного слоя формируется в процессе прокатки двухслойных слябов на листы и последующей термической обработки.

В работе были опробованы различные режимы прокатки на стане «2000», в том числе с подстуживанием раскатов в толщине 60 мм, отличающиеся температурой окончания подстуживания и температурой конца прокатки: 1020°С (режим 1 - без подстуживания), 900°С (режим 2 -подстуживание до 930°С) и 860°С (режим 3 - подстуживание до 900°С).

На рис.8 приведена зависимость ударной вязкости основного слоя при температурах +20°С (KCU+2oX -40°С (КСи_40) и после механического старения от температуры конца прокатки, а также микроструктура основного слоя. Структура стали 09Г2С - в основном феррито-перлитная, для варианта с высокой температурой конца прокатки (1020°С) - с участками продуктов промежуточного превращения. Средняя величина зерна феррита в основном

•. 200 175

„ 150 | 125

е* 100 ® 75

и ° ¥ 50

25

0

коГ3

800 850 900 950 1000 1050 Температура конца прокати, °С

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНЦА ПРОКАТКИ НА • УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ ОСНОВНОГО слоя ДВУХСЛОЙНЫХ листов

•IV**.' пТ- .

(х400) •

МИКРОСТРУКТУРА ОСНОВНОГО слоя ДВУХСЛОЙНЫХ ЛИСТОВ ПОСЛЕ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Рис. 8. Механические свойства листов 09Г2С+08Х13 и микроструктура основного слоя после горячей прокатки по

различным режимам

слое (метод хорд) при температуре конца прокатки 1020°С составляла 24 мкм, при-900°С - 15 мкм, при 860°С - 10 мкм. Основной причиной повышения ударной вязкости при комнатной температуре- и после, механического старения; при снижении температуры конца прокатки является формирование более мелкодисперсной структуры. На ударную вязкость при -40°С, кроме величины зерна, существенное влияние оказывает присутствие в структуре продуктов промежуточного превращения (бейнита и /или мартенсита). С их присутствием связаны очень.низкие значения ударной вязкости при -40°С для Ткп =1020°С - в среднем.28 Дж/см2, что ниже требований ГОСТ 5520 (39 Дж/см2).

Несмотря на то, что прочностные характеристики основного слоя горячекатаных листов, а также значения относительного удлинения соответствовали требованиям НТД для всех температур конца прокатки, часть образцов, прокатанных с Ткп.=1020°С, не выдержала испытаний на холодный изгиб основным слоем наружу и на изгиб широкой пробы, что свидетельствует о недостаточной пластичности основного слоя. Для листов, прокатанных с высокой температурой конца прокатки (1020°С) были опробованы различные режимы термической обработки, в том числе:

- отжиг при 720°С, 4 ч; охлаждение с печью со скоростью 30°С/с;

- отжиг при 780°С, 4 ч; охлаждение на воздухе;

- нормализация: нагрев до 900-920°С в течение 15 мин, выдержка 1ч 40 мин, охлаждение на воздухе;.

-закалка: нагрев до 900°С в течение 15 мин, выдержка 2ч 20 мин, охлаждение в воде, отпуск при 750°С, 3 ч, охлаждение на воздухе;

- нормализация: нагрев до 900°С в течение 15 мин, выдержка 1 ч 40 мин, охлаждение на воздухе, отпуск при 750°С, Зч, охлаждение на воздухе.

Показано, что при высокой температуре конца прокатки • требуемый комплекс свойств основного слоя можно получить после нормализации (900-920°С), однако структура плакирующего слоя при этом феррито-

мартенситная, следовательно, такой металл без дополнительного отпуска не выдержит испытаний на изгиб плакирующим слоем наружу. В результате был сделан вывод, что при высокой Ткп для получения требуемых свойств биметаллов в целом требуется либо нормализация (900-920°С) с отпуском при 680-780°С либо закалка (900-920°С) с отпуском при той же температуре.

Хотя при выполнении данной работы двухслойные листы, прокатанные с высокой Ткп, подвергали закалке с отпуском, из-за сильного коробления листов при закалке возникали затруднения, связанные с их дальнейшей транспортировкой и посадкой в печь для отпуска. Поэтому на будущее для таких листов была рекомендована нормализация с отпуском. Закалку проводили в проходной закалочной роликовой печи плакирующим слоем вверх (выдержка 1,5 мин/мм толщины). Режимы отпуска в трехкамерной печи отличались по длительности - 3,5; 5,5; и 6 ч, а также по режимам охлаждения: без использования замедленного охлаждения, с использованием замедленного охлаждения со скоростью 20°С/ч в течение 2 часов после окончания выдержки и со скоростью 40°С/ч в течение 1 часа после окончания выдержки.

Все использованые режимы обеспечивают требуемый уровень свойств кроме значения относительного удлинения %, для обеспечения которого требуется замедленное охлаждение после отпуска. При нагреве до температур отпуска (740-750°С >Ас3) в структуре основного слоя появляется некоторое количество аустенита, который при охлаждении на воздухе может превратиться в бейнит и несколько снизить пластичность. Поэтому замедленное охлаждение в этом интервале (700-750°С) благоприятно влияет на структуру и свойства, снижая количество образовавшегося бейнита.

Хотя использованные режимы и обеспечили требуемый уровень свойств, они включали две операции - закалку и отпуск, что, во-первых неэкономично, во-вторых, приводит к значительному развитию диффузионных процессов.

В ходе лабораторных и промышленных исследований была разработана технология нормализующей (или контролируемой) прокатки биметаллических листов, целью которой является обеспечение после прокатки мелкозернистой феррито-перлитной структуры основного слоя (размер зерна феррита - около 10 мкм) и исключение при термической обработке высокотемпературного нагрева биметаллических листов под закалку или нормализацию. Технология включает подстуживание раскатов в толщине 60 мм, определенный режим обжатий и обеспечение низкой температуры окончания прокатки (около 860°С). Показано, что при использовании нормализующей прокатки требуемый комплекс свойств двухслойных листов обеспечивает отпуск при температуре 700-710°С. Показано, что свойства испытанных листов соответствуют требованиям ГОСТ 10885, увеличение выдержки более 3 ч нецелесообразно, так как свойства не меняются. В то же время использование замедленного охлаждения дает некоторое повышение вязкости и пластичности. Структура стали основного слоя после отпуска — феррито-перлитная, плакирующего слоя феррит с карбидами. Таким образом, предложена оптимальная и экономичная технология прокатки и термообработки двухслойных листов.

Выпуск промышленных партий двухслойных листов и изготовление из них оборудования.

На основе проведенных исследований в ОАО «Металлургический завод «Красный Октябрь» была разработана промышленная технология производства биметалла с использованием метода вертикальной ЭШН. По разработанной технологии изготовлена промышленная партия двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 размерами 20x1200-1600x5000-6000 мм в количестве более 100 тонн. Химический состав основного и плакирующего слоев (интервал значений содержания элементов) приведен в таблице 2.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Пет*р6ург 1 ОЭ 800 «1г - 1

Таблица 2.

Химический состав основного и плакирующего слоев двухслойных листов промышленной партии

Слой: Содержание элементов, % мае.

С Мп Б! Р Б Сг N1 Си Т! А1

Плакир ующий 0,070,09 0,290,70 0,310,64 0,0290,035 0,0190,022 11,8514,15 0.380.52 0,170,22 - -

Основной 0,080,10 1,511,57 0,660,78 0,0140,019 0,0260,038 ■ 0,150,23 0,220,26 0,190,28 0.02 0,0150,038

Основные технические характеристики листов соответствовали требованиям- ГОСТ 10885: Прочность. сцепления слоев в полученных двухслойных листах существенно превышает минимальное предусмотренное ГОСТ 10885 значение 147 Н/мм2 и составляет в среднем 400 Н/мм2.

Листы были отгружены в ОАО «Пензхиммаш» для изготовления оборудования.

Разработка рекомендаций по технологическим параметрам производства и выпуск опытных партий сварных и бесшовных труб с опробованием их у потребителя.

В рамках данного этапа работы были разработаны технологические схемы получения сварных и бесшовных биметаллических труб, исследованы особенности формирования структуры и свойств металлопродукции, выпущены опытно-промышленные партии труб, организовано строительство трубопроводов из биметаллических труб в условиях нефтяных месторождений ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» с разработкой необходимой нормативно-технической документации и ее согласованием с Госгортехнадзором РФ.

Принципиальная технологическая схема производства

биметаллических электросварных ТВЧ прямошовных труб по кооперации ОАО «Северсталь» - ОАО «Выксунский металлургический завод» (ОАО «ВМЗ»), приведен на рис.9.

Рис.9. Принципиальная технологическая схема производства электросварных труб по кооперации ОАО «Северсталь» и ОАО «ВМЗ»

Технология I производства двух- или трехслойного штрипса в ОАО «Северсталь» включает получение непрерывнолитых слябов конверторной выплавки из стали основного слоя (20сп, 08ГБЮ и др.) размерами 250x1290x5000 мм, получение расходуемых электродов в виде листового или сортового проката из коррозионностойкой стали, электрошлаковую наплавку двух- или трехслойных слябов на установках ЭШН, их прокатку на стане «2000» на полосы толщиной 5,0-10,0 мм, обрезку кромок на агрегате АПР-1 ЛПЦ-2 и отгрузку смотанных рулонов в ОАО «ВМЗ». Далее в трубоэлектросварочных цехах ТЭСЦ-3 или ТЭСЦ-5 формовкой и сваркой ТВЧ получают прямошовные трубы диаметром от 159 до 426 мм, которые подвергают термической обработке (объемной или локальной). После отделки и проведения сдаточных испытаний трубы отгружают потребителю.

Исследования микроструктуры и свойств. для уточнения технологических параметров производства потребовались, в первую очередь, при разработке технологии прокатки двух- и трехслойных слябов на полосы на стане «2000» ОАО «Северсталь». Наиболее полные исследования проводили при разработке технологии прокатки трехслойных слябов марки типа 08Х14ФБ+08ГБЮ+08Х14ФБ на полосы толщиной 5,0-6,0 мм. На рис.Ю приведена зависимость временного сопротивления трехслойного проката для разных уровней содержания хрома в плакирующем слое: 11,4-13,0% и 9,610,9%. Видно, что при более высоком содержании хрома изменение температуры смотки от 580 до 650°С практически не влияет на уровень механических характеристик, которые соответствуют требованиям технических условий (ав=570-650 Н/мм ).

При содержании хрома 9,6-10,9% снижение температуры смотки приводит к повышению прочностных характеристик и к уменьшению пластичности. При температурах смотки 580-650°С значения временного сопротивления составляют 670-720 Н/мм2, а относительного удлинения 1719%, что не соответствует требованиям технических условий. При

повышении температуры смотки до 670°С даже при низком содержании хрома в стали плакирующего слоя, механические свойства соответствуют требованиям технических условий (а„=550 Н/мм\ ат=480 Н/мм2,85=25%).

Такой характер влияния химического состава и температуры смотки на свойства связан с тем, что при повышенном содержании хрома,основной структурой составляющей является крупнозернистый феррит, который сохраняется при охлаждении после прокатки. независимо от температуры смотки. Имеющийся в небольшом количестве аустенит при охлаждении после прокатки может превращаться либо в мартенсит, либо в ферритно-карбидную смесь в зависимости от температуры смотки, что, однако,

720

о

8

8 580 х

СО

^ 660 >4 • в X

I' 640

х

630

I. 600

ё 620 5

г

| 560

с

700

640

с

его

670 660 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 Температура смопси,®С

Рис. 10 Влияние температуры смотки на временное сопротивление трехслойной полосы

1 - среднее содержание хрома в плакирующих слоях 11,4-13%;

2 - среднее содержание хрома в плакирующих слоях 9,6-10,9%

практически не влияет на уровень механических свойств из-за малого количества исходного аустенита.

При снижении содержания хрома в стали плакирующего слоя уменьшается количество исходного крупнозернистого феррита. Основными структурными составляющими в этом случае являются продукты превращения аустенита - мелкодисперсная феррито-карбидная смесь и мартенсит, соотношение которых зависит от температуры смотки. При низких температурах смотки структура, преимущественно, мартснситная, металл имеет высокую прочность и низкую пластичность, несоответствующие требованиям технических условий. При температуре смотки 680-700°С мартенсит отсутствует; структура представляет собой феррито-карбидную смесь, иногда с небольшим количеством крупнозернистого феррита. Механические свойства при этом полностью соответствуют требованиям технических условий.

Таким образом, для обеспечения высокого комплекса механических характеристик независимо от содержания хрома в плакирующем- слое температура смотки должна составлять 680-700°С.

Приведенные рекомендации были использованы при производстве в ОАО «Северсталь» проката для электросварных труб в объеме более 2000 т.

Технологическая схема изготовления бесшовных биметаллических труб представлена на рис. 11.

На заводе «Красный Октябрь» предусматривается изготовление расходуемых электродов из коррозионностойкой стали и ЭШН внутреннего слоя биметаллической заготовки, в ОАО «Волжский трубный завод» (ОАО «ВТЗ») предусматривается изготовление полых гильз из стали марки 20 для основного слоя биметаллической заготовки, прошивка заготовок, прессование, термическая обработка и оценка качества биметаллических труб.

ОАО ВМЗ «Красный Ок-шбрь» ОАО «МО «Иолжский трубныП »иод»

Изготовлении исходных составляющих ■

Итпоьлепкс сплавляемы* элоюродои 1истали 12X170105 мм, длшюП 4300-6500 мм

И « отопление полых гиды 1И стали парки 20,О1М, 350 мм,0,т1|Ч 160 мм.: высота заготовки 1200 мм

Получение биметаллическом таготопки

Злектрошлаковия иинлавка внутреннего слоя при сплавлении °>лс-ктрола «од слоем шлаки 1см.схсму)

11одучеиие биметаллических бесшовны^ труб >

Прошивка заготовок на нершкалыюм 1 ндранличееком прессе «2500»

Схема получения биметаллическом заготовки:

1 - пшьза основного слоя;

2 •сплавляемый электрод;

3 - шлаковая ванна:

4 - металлическая панна;

5 - формируемый плакируюшиП слой.

11|Х'ссоианис биметаллических труб на прессе усилием 5500 тс

Термическая обработка труб по режиму: нормалницн* 900-940оС; огиуск - 680-700оС.

Оценка качеовд. оI.челка и контроль груб.

Рис. 11. Технологическая схема изготовления биметаллических труб

Принципиальная новизна. процесса наплавки бесшовной биметаллической трубной заготовки и его. отличие от всех других разновидностей ЭШН заключается в том, что процесс наплавки выполняется не в водоохлаждаемом кристаллизаторе, а в самой заготовке основного слоя, которая и играет роль кристаллизатора (см.рис.11).. Установлено, что в данном случае оптимальное значение электросопротивления составляет 5,56,5 мОм, а массовой скорости сплавления электрода 1,6-2,0 кг/мин. То есть массовая скорость сплавления в этом случае примерно в 2 раза ниже, чем при наплавке листовых заготовок. Это требует и меньшей подводимой мощности, что, связано с менее интенсивным теплоотводом из-за отсутствия водоохлаждаемого кристаллизатора.

Для труб»марки стали 2(Н-03Х13 был предложен следующий режим термической обработки в роликовой печи ТПЦ-2 ОАО «ВТЗ» по режиму: нормализация с температуры 900-940°С; отпуск при температуре 680-700°С.

После термообработки основной слой из стали < 20 имеет феррито-, перлитную структуру, плакирующий слой из стали 08X13, преимущественно, ферритную структуру с участками распавшегося мартенсита (феррито-карбидная смесь). Это позволяет получить требуемый по НТД уровень механических свойств: КСУ+20=153-224 Дж/см:.

По разработанной технологии изготовлена и поставлена в ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» опытно-промышленная партия труб размерами 14x168 мм марки 20+08X13 в количестве 88т.

Внедрение результатов работы

При освоении в ОАО «Волгоградский металлургический завод «Красный Октябрь» технологии производства биметаллических листов с использованием метода вертикальной ЭШН и выпуска партии двухслойных

листов толщиной 20» мм 09Г2С+08Х13 были внедрены основные рекомендации работы, в том числе:

по химическому; составу исходных составляющих биметалла: содержание хрома в коррозионностойкой стали, расходуемых электродов ,15-17%, углерода - не более 0.08%; предложены варианты микролегирования стали, основного слоя марки 09Г2С титаном и алюминием; .

по оптимальным параметрам вертикальной ЭШН: для. получения глубины, проплавления основного слоя на уровне 15-25 мм, необходимого для - качественного соединения. слоев, электросопротивление шлаковой ванны должно составлять около 3 мОм, массовая скорость сплавления электрода- 3,3-3,6 :сг/;.-ин;: по оптимальным режимам горячей прокатки и термической обработки:

1

нормализующая прокатка с низкой температурой.окончания около. 860°С и отпуск при 710°С.

Использование указанных рекомендаций позволило выпустить партию > двухслойных листов в количестве более 100 т. Из указанных листов в 0Л01 «Пензхиммаш» три вакуумные колонны по разделению мазута,. которые успешно эксплуатируются с 1996 г. на ПО «Нафтан» (г.Новополоцк).

Разработанные в работе рекомендации по режимам ЭШН; биметаллических трубных заготовок прокатки и термической обработки бесшовных биметалличсеких труб использованы при освоении производства и выпуске первой партии бесшовных биметаллических труб размерами; 168x14 мм марки 09Г2С+08Х13 в количестве 88 :т по. кооперации ОАО' «Металлургический завод «Красный Октябрь» - ОАО «Волжский трубный завод».

Разработанные рекомендации по режимам горячей прокатки и смотки в рулоны полос из двух- и трехслойной стали применительно к условиям стана «2000» ОАО «Северсталь» использованы при производстве проката и

..электросварных ТВЧ-труб из него по кооперации ОАО «Северсталь» — ОАО «Выксунский металлургический завод» в количестве более 4000т.

К настоящему моменту на нефтепромыслах ОАО! «Славнефть-Мегионнефтегаз» построены и находятся в эксплуатации трубопроводы из сварных и бесшовных биметаллических труб протяженностью более 20 км. С участием ОАО «ВНИИСТ» разработана технологическая инструкция на сварку монтажных стыков двухслойных труб из стали 20+08X13 и других марок в сварном и бесшовном вариантах. Разработаны технические условия на соединительные детали промысловых трубопроводов из двухслойной стали. Перечень всей разработанной НТД приведен в таблице 3.

Таблица 3

Перечень НТД для строительства нефтепромысловых трубопроводов

из биметаллических труб.

№ Наименование, Кем С кем Согласование

п. номер разработаны согласованы Госгортехнад-

п зора РФ

1 2 3 4 5

1 «Трубы биметалли- ОАО ОАО № 10-03/223

ческие бесшовные «Волжский «ВНИИПТхимне- от 23.03.2000

коррозионностой- трубный фтеаппаратуры»,

кие. Опытная завод», ОАО «Славнефть-

партия.» ЦНИИчермет Мегионнефтегаз»,

ТУ 14-1-5392-2000 ОАО «Рязанский

нефтеперерабаты-

вающий завод»

вающий завод»

2 «Трубы стальные ОАО ВНИИСТ, № 10-03/792

электросварные в «Выксунский Ги протрубопровод от24.10.2000

северном и обычном металлурги-

исполнении, ческий

плакированные завод»,

нержавеющими ЦНИИчермет,

сталями» ОАО

ТУ 1104-138000- «Славнефть-

05757848-0001-96 Мегионнефте-

газ»

1 2 3 Продолж 4 сение таблицы 3. 5

3 «Инструкция по технологии сварки в полевых условиях биметаллических труб при; строительстве промысловых АО ВНИИСТ, Центр сварки и испытаний труб, ЦНИИчермет, СК «Славнефть- ЗАО «Кедр-БИМ» №10-03/166 от 12.03.2001 Госгортех-надзор РФ

4 | «Детали соединительные промысловых трубопроводов из труб биметаллических бесшовных и сварных на Рр до 4,0 МПа (40 кгс/см2). Опытная партия». ТУ 14-1-5406-2000 ОАО «ВНИИПТ-химнефтеап-паратуры», ЦНИИчермет, ЗАО НПК «Кедр-БИМ» ОАО «Славнефть-Мегион нефтегаз» №10-03/224 от 27.03.2000г.

Общий экономический эффект от внедрения результатов данной работы составил около 9 млн.рублей.

ВЫВОДЫ

1. Для повышения коррозионной стойкости, ресурса эксплуатации и экономичности оборудования нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других отраслей промышленности разработана технология и освоено производство качественно нового коррозионностойкого биметаллического проката с повышенной прочностью сцепления слоев и высокой коррозионной стойкостью плакирующего слоя, получаемого с использованием метода электрошлаковой наплавки.

2. Предложены принципы прогнозирования химического состава, микроструктуры и свойств биметаллического проката, включая основной слой, плакирующий слой и переходную зону, при получении биметаллических листовых и трубных заготовок методом вертикальной ЭШН, их горячей прокатке и термической обработке листов и труб.

Разработаны рекомендации по оптимальным технологическим параметрам производства металлопродукции с плакирующим слоем из хромистых сталей типа 08X13, обеспечивающим наиболее высокий комплекс механических свойств и коррозионной стойкости.

3. Разработаны требования к химическому составу. исходных составляющих биметалла. Для расчета содержания легирующих элементов в стали расходуемых электродов - предложены соотношения, учитывающие изменение ее химического состава в процессе наплавки из-за перемешивания материалов соединяемых слоев. Установлено, что для- обеспечения химического состава плакирующего слоя;из стали: 08X13 (ГОСТ 5632) содержание хрома в расходуемом электроде должно быть 1517%, содержание углерода - не более 0,08%. Предложены варианты микролегирования стали основного слоя марки 09Г2С для получения высокого комплекса механических свойств при использовании экономичных режимов термической обработки.

4. Определены оптимальные параметры технологии вертикальной ЭШН для получения биметаллических листовых слитков марки 09Г2С+08Х13. Для получения глубины проплавления основного слоя на уровне 15-25 мм электросопротивление шлаковой ванны должно составлять около 3 мОм, массовая скорость сплавления электрода - 3,3-3,6 кг/мин. Это обеспечивает качественное соединение слоев, формирование благоприятной микроструктуры, отсутствие в граничной зоне шлаковых включений и других дефектов, отрицательно влияющих на качество.

5. Показано, что в двухслойных листах марки 09Г2С+08Х13, полученных с использованием метода ЭШН, при температурах выше 600°С могут происходить интенсивные диффузионные процессы, в первую очередь, диффузия углерода из основного слоя в плакирующий. Обезуглероживание несущего слоя может снижать его механические свойства, а науглероживание переходной зоны и плакирующего слоя может

отрицательно влияет на коррозионную стойкость и пластичность. Поэтому при выборе режимов горячей прокатки и термической обработки рекомендовано исключить длительное пребывание двухслойных листов при температурах, выше 600°С.

6. Разработана: технологиям нормализующей прокатки биметаллических листов, марки. 09Г2С+08Х13,. включающая подстуживание раскатов, в толщине 60 мм, определенный режим обжатий и обеспечение низкой температуры окончания прокатки (около 860°С), использование которой позволяет получить в основном слое мелкозернистую феррито-перлитную структуру. При этом высокий, комплекс механических свойств и коррозионной»стойкости обеспечивается при одностадийной термической обработке - отпуске при 710°С.

7. По разработанной, технологии производства- двухслойных листов с использованием метода вертикальной .ЭШН на заводе «Красный Октябрь» изготовлена промышленная партия двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 размерами 20x1200-1600x5000-6000 мм, с техническими характеристиками в соответствии с, ГОСТ 10885 в количестве более 100 т. При этом прочность сцепления слоев;оказалась.существенно выше, чем. минимальное предусмотренное по ГОСТ 10885 значение: в среднем 400-430 Н/мм2. Из указанных листов в ОАО «Пензхиммаш» были изготовлены 3 вакуумные колонны агрегата по разделению мазута. Оборудование пущено в эксплуатацию в 1996 г. на; ПО «Нафтан», г. Новополоцк и успешно эксплуатируется до настоящего времени.

8. Разработаны рекомендации по режимам горячей прокатки и смотки в рулоны полос из двух- и трехслойной стали применительно к условиям стана «2000» ОАО «Северсталь». Показано, что обеспечение температур смотки не ниже 680°С приводит к распаду мартенсита в плакирующем слое на феррито-карбидную смесь и к высокому уровню механических свойств проката для труб. Эти рекомендации были использованы в ОАО «Северсталь» при

производстве проката, предназначенного для изготовления в ОАО «Выксунский металлургический завод» электросварных ТВЧ труб из двух- и трехслойной стали.

9. На основе метода вертикальной ЭШН, разработана технология производства бесшовных биметаллических труб с внутренним плакирующим слоем из коррозионностойкой стали типа 08X13. Производство труб освоено по кооперации заводов «Красный Октябрь» (производство биметаллических заготовок) и ОАО «Волжский трубный завод» (производство биметаллических труб). Изготовлена и поставлена в ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» промышленная партия труб размерами 14x168 мм марки 20+08X13 в количестве 88 т по техническим характеристикам, соответствующим требованиям НТД.

10. К настоящему моменту на нефтепромыслах ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» построены и находятся в эксплуатации трубопроводы из сварных и бесшовных биметаллических труб протяженностью более 20 км. В результате проведенных промысловых испытаний образцов биметаллических труб и образцов-свидетелей различных сталей-можно сделать заключение, что срок службы трубопроводов из плакированных труб составляет не менее 30 лет. То есть использование коррозионностойких биметаллических труб, производимых по новым технологиям, является перспективным направлением для повышения срока безаварийной эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов и экологической безопасности нефтедобычи.

Основные результаты работы содержатся в следующих публикациях;

1. Родионова И.Г., Быков А.А., Бакланова О.Н., Рыбкин А.Н. Новые разработки в области производства i и применения коррозионностойких биметаллов. ЦНИИчермет им. И.П.Бардина - на рубеже столетий (научно-исследовательская деятельность за 1998-2000 гг.), М, Интермет Инжиниринг, 2001, с.114-118.

2. Реформатская НИ., Липовских В.М., Родионова И.Г., Ащеулова И.И., Рыбкин А.Н. Влияние химического и фазового составов углеродистых и нержавеющих сталей на их стойкость против общей и локальной коррозии. - IV химический форум в Санкт-Петербурге. «Защита от коррозии», 2003 г., Тезисы докладов, с.45-46.

3. Родионова И.Г., Реформатская И.И., Рыбкин А.Н., Бакланова О.Н. Новые экономичные виды коррозионностойкой металлопродукции и перспективы их использования в различных отраслях. - IV химический, форум в Санкт-Петербурге. «Защита от коррозии», 2003 г., Тезисы докладов, с.48-49.

4. Балабан-Ирменин Ю.В., Рубашов A.M., Родионова И.Г., Рыбкин А.Н. Возможность использования труб из двухслойных сталей для прокладки тепловых сетей. - Теплоэнергетика, 2003, №12, с.39-41.

5. Рыбкин А.Н., Родионова И.Г., Голованов А.В. и др. Коррозионностойкий двухслойный листовой прокат. - Химия и технология топлив и масел. 2002, №1,с.45-47.

6. Родионова И.Г., Рыбкин А.Н. Коррозионностойкий двухслойный листовой прокат и плакированные трубы. - Химия и технология топлив и масел. 2002, № 1, с.48-50.

7. Родионова И.Г., Рыбкин А.Н., Порецкий СВ. и др. Сварные трубы, плакированные коррозионностойкими сталями. — Химия и технология топлив и масел. 2002, №1, с.51-53.

8. Патент 2087561 (Ки) Способ получения биметаллического - слитка /Родионова И.Г., Гришин В.А., Рыбкин А.Н. и др./ Опубл.20.08.1997 Бюл.№33.

9. Патент 2170274 (Ки) Способ изготовления двухслойных горячекатаных листов с основным слоем из низколегированной стали и плакирующем слоем из коррозионностойкой стали. /Рыбкин А.Н., Родионова И.Г., Шарапов А.А. и др./ Опубл. 10.07.2001 Бюл.№19.

10. Патент 2222633 (Ки) Сталь ферритная коррозионностойкая. /Реформатская И.И., Ащеулова И.И:, Рыбкин А.Н.и др./ Опубл.27.01.2004 Бюл.№3.

11. Патент 2225747 (Яи) Способ монтажа трубопровода для транспортировки агрессивных сред. /Лещук В.Д., Смирнов А.В., Рыбкин А.Н. и др./Опубл.27.01.2004 Бюл.№3.

12. Патент 2225793 (ЯЦ) Плакированная коррозионностойкая сталь и изделие, выполненное из нее.7А:А.Голованов, Н.Б.Скорохватов, А.Н.Рыбкин и др7 Опубл.20.03.2004 Бюл.№8.

Подписано в печать Формат Бумага офсетная

Объем Тираж ^ОО экз. Зак;п

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 ЛР №01151 от И.07.01

irnos

Ведение.

Глава I. Литературный обзор.

1.1 Основные свойства и области применения коррозионно-стойкого биметаллического проката. Анализ эффективного использования коррозионностойкого биметалла для традиционных потребителей.

1.2 Механизмы коррозии оборудования нефтедобычи и требования к коррозионной стойкости и другим характеристикам используемых материалов. Анализ мирового onbi-та использования коррозионностойких сталей и биметаллов в процессе добычи и транспортировки нефти и газа.

1.2.1.Механизмы коррозионных повреждений нефтепромыелового оборудования.

1.2.2.Использование коррозионностойких материалов в процессе добычи и транспортировки нефти и газа.

1.3. Основные способы производства коррозионностойких биметаллов.

1.3.1.Пакетная прокатка.

1.3.2. Сварка взрывом.

1.3.3. Литейное плакирование.

1.3.4. Непрерывная отливка.

1.3.5. Электрошлаковая сварка.

1.3.6.Многослойная наплавка.

Ш 1,3.7. Наплавка под слоем обогреваемого шлака.

1.3.8. Широкослойная электрошлаковая наплавка.

1.3.9. Сравнительная характеристика разных способов получения биметаллов. Преимущества способа широкослойной электрошлаковой наплавки.

1.4. Особенности формирования структуры и свойств коррозионностойких биметаллических листов в процессе термической обработки.

1.5. Постановка задачи исследования.

Глава II. Постановочный промышленный эксперимент. Подготовка образцов и выбор методик исследования.

2.1.Металловедческие принципы определения оптимальных технологических режимов производства двухслойных заготовок и листов.

2.1.1. Условия обеспечения качественного соединения слоев при получении двухслойных заготовок методом ЭШН.

2.1.2. Обеспечение высокой коррозионной стойкости и качественной поверхности плакирующего слоя при получении двухслойных заготовок методом ЭШН.

2.1.3. Формирование оптимальной структуры и свойств биметалла при сохранении качественного соединения слоев в процессе горячей прокатки и термической обработки.

2.2. Разработка и опробование предварительной технологической схемы получения двухслойных заготовок и листов с использованием метода вертикальной электрошлаковой наплавки.

2.2.1. Технологическая схема производства опытной партии двухслойных листов.

2.2.2. Производство слябов основного слоя.

- 2.2.3. Производство расходуемых электродов.

2.2.4. Разработка технологии электрошлаковой наплавки на печах ЭШП-10Г.

2.3. Горячая прокатка биметаллических слитков и слябов.

2.3.1.Прокатка слитков на стане «1150».

2.3.2. Прокатка слябов на стане «2000».i.

2.4. Материал и методики исследования.

Глава III. Исследование влияния технологических параметров на качество соединения слоёв, структуру и свойства переходной зоны.

3.1.Исследование влияния технологических параметров наплавки на качество соединения слоев и выход годного биметалла ком

• позиции 09Г2С+08Х13.

3.2.Исследование микроструктуры, микротвердости и распределения хрома в граничной зоне двухслойных листов.:.

Глава IV. Исследование формирования химического состава, структуры и свойств основного и плакирующего слоёв биметалла в процессе ЭШН, горячей деформации и термической обработки.

4.1. Исследование формирования химического состава слоёв биметалла композиции 09Г2С + 08X13.i.

4.2. Исследование формирование микроструктуры основного и плакирующего слоёв.

4.3. Исследование формирование механических свойств биметалла.

Глава V. Выпуск промышленных партий двухслойных листов и изготовление из них оборудования. р 5.1. Изготовление промышленной партии двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13.:'.'.

5.2. Изготовление оборудования из двухслойных листов марки

09Г2С+08Х13.

Глава VI. Разработка рекомендаций по технологическим параметрам производства и выпуск опытных партий биметаллических сварных и бесшовных труб с опробованием их у потребителя.

6.1. Разработка технологической схемы производства, технических требований и выпуск опытных партий сварных биметаллических труб из двух- или трехслойного проката, полученного с использованием метода ЭШН.

6.2. Разработка технологической схемы производства, технических требований и выпуск опытных партий биметаллических бесшовных труб с использованием метода ЭШН.

6.3. Строительство экспериментальных участков трубопроводов из биметаллических коррозионностойких труб и оценка ресурса их эксплуатации.

Глава VII. Экономическая эффективность использования новых коррозионностойких биметаллических материалов.

Выводы.

Коррозионностойкие биметаллы являются особым видом металлопродукции с уникальным сочетанием коррозионной стойкости и механических характеристик при сравнительно низкой стоимости. Биметаллы с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующем слоем из коррозионностойкой стали традиционно применяются во многих областях промышленного производства для повышения стойкости оборудования, подвергающегося коррозионному воздействию среды, в том числе при повышенных температурах и давлениях. - <

Технологии, используемые в настоящее время в процессах добычи и переработки нефти, диктуют особые требования к качеству материалов для оборудования и трубопроводов, а следовательно, и к качеству биметаллической металлопродукции. Традиционные способы получения биметаллов не отвечают современным требованиям, в первую очередь, по прочности соединения слоев, определяющей технологические и эксплуатационные свойства биметалла и оборудования из него, а также по разнотолщинности и коррозионной стойкости плакирующего слоя.

В результате анализа современного состояния процессов и оборудования добычи и переработки нефти была разработана концепция создания новых высококачественных биметаллических материалов, использование которых позволит повысить долговечность и надежность оборудования, снизить трудоемкость его изготовления, приведёт к улучшению экологической обстановки вследствие снижения аварийности трубопроводов. Поэтому актуальной является проблема разработки современных надежных и экономичных технологий получения биметаллов и создания на этой основе качественно новых видов биметаллической металлопродукции, в частности, для оборудования нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Решению этой задачи и посвящена данная работа.

В основу новых технологических схем производства биметалла положен новый способ электрошлаковой наплавки коррозионностойкого слоя на основу из конструкционной стали, так как в силу металлургического принципа соединения слоев он обеспечивает наиболее высокую прочность и сплошность соединения слоев, а также повышенную степень чистоты,плакирующего слоя по примесям, а следовательно и наиболее высокую коррозионную стойкость. Технологии разрабатывались таким образом, чтобы обеспечить выполнение как новых, так и ранее сформулированных требований к биметаллу, а также его технологичность. Уникальные возможности способа электрошлаковой наплавки как в традиционном, так и в принципиально новом виде, позволили создать на его основе новые ресурсосберегающие технологии производства биметаллов нового поколения. Успешно использованные в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, они могут быть применены в любых металлоемких сферах производства, поскольку эксплуатационная стойкость новых биметаллов составляет 30 и более лет.

Выводы

1. Для повышения коррозионной стойкости, ресурса эксплуатации и экономичности оборудования нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других отраслей промышленности разработана технология и освоено производство качественно нового коррозионностойкого биметаллического проката с повышенной прочностью сцепления слоев и высокой коррозионной стойкостью плакирующего слоя, получаемого с использованием метода электрошлаковой наплавки.

2. Предложены принципы прогнозирования химического состава, микроструктуры и свойств биметаллического проката, включая основной слой, плакирующий слой и переходную зону, при получении биметаллических листовых и трубных заготовок методом вертикальной ЭШН, их горячей прокатке и термической обработке листов и труб. Разработаны рекомендации по оптимальным технологическим параметрам производства металлопродукции с плакирующим слоем из хромистых сталей типа 08X13, обеспечивающим наиболее высокий комплекс механических свойств и коррозионной стойкости.

3. Разработаны требования к химическому составу исходных составляющих биметалла. Для расчета содержания легирующих элементов в стали расходуемых электродов предложены соотношения, учитывающие изменение ее химического состава в процессе наплавки из-за перемешивания материалов соединяемых слоев. Установлено, что для обеспечения химического состава плакирующего слоя из стали 08X13 (ГОСТ 5632) содержание хрома в расходуемом электроде должно быть 15-17%, содержание углерода - не более 0,08%. Предложены варианты микролегирования стали основного слоя марки 09Г2С для получения высокого комплекса механических свойств при использовании экономичных режимов термической обработки.

4. Определены оптимальные параметры технологии вертикальной ЭШН для получения биметаллических листовых слитков марки 09Г2С+08Х13. Для получения глубины проплавления основного слоя на уровне 15-25 мм электросопротивление шлаковой ванны должно составлять около 3 мОм, массовая скорость сплавления электрода - 3,3-3,6 кг/мин. Это обеспечивает качественное соединение слоев, формирование благоприятной микроструктуры, отсутствие в граничной зоне шлаковых включений и других дефектов, отрицательно влияющих на качество.

5. Показано, что в двухслойных листах марки 09Г2С+08Х13, полученных с использованием метода ЭШН, при температурах выше 600°С могут происходить интенсивные диффузионные процессы, в первую очередь, диффузия углерода из основного слоя в плакирующий. Обезуглероживание несущего слоя может снижать его механические свойства, а науглероживание переходной зоны и плакирующего слоя может отрицательно влияет на коррозионную стойкость и пластичность. Поэтому при выборе режимов горячей прокатки и термической обработки рекомендовано исключить длительное пребывание двухслойных листов при температурах выше 600°С.

6. Разработана технология нормализующей прокатки биметаллических листов марки 09Г2С+08Х13, включающая подстуживание раскатов в толщине 60 мм, определенный режим обжатий и обеспечение низкой температуры окончания прокатки (около 860°С), использование которой позволяет получить в основном слое мелкозернистую феррито-перлитную структуру. При этом высокий комплекс механических свойств и коррозионной стойкости обеспечивается при одностадийной термической обработке - отпуске при 710°С.

7. По разработанной технологии производства двухслойных листов с использованием метода вертикальной ЭШН на заводе «Красный Октябрь» изготовлена промышленная партия двухслойных листов марки 09Г2С+08Х13 размерами 20x1200-1600x5000-6000 мм с техническими характеристиками в соответствии с ГОСТ 10885 в количестве более 100 т. При этом прочность сцепления слоев оказалась существенно выше, чем минимальное предусмотл ренное по ГОСТ 10885 значение: в среднем 400-430 Н/мм . Из указанных листов в ОАО «Пензхиммаш» были изготовлены 3 вакуумные колонны агрегата по разделению мазута. Оборудование пущено в эксплуатацию в 1996 г. на ПО «Нафтан», г. Новополоцк и успешно эксплуатируется до настоящего времени.

8. Разработаны рекомендации по режимам горячей прокатки и смотки в рулоны полос из двух- и трехслойной стали применительно к условиям стана «2000» ОАО «Северсталь». Показано, что обеспечение температур смотки не ниже 680°С приводит к распаду мартенсита в плакирующем слое на феррито-карбидную смесь и к высокому уровню механических свойств проката для труб. Эти рекомендации были использованы в ОАО «Северсталь» при производстве проката, предназначенного для изготовления в ОАО «Выксунский металлургический завод» электросварных ТВЧ труб из двух- и трехслойной стали.

9. На основе метода вертикальной ЭШН, разработана технология производства бесшовных биметаллических труб с внутренним плакирующим слоем из коррозионностойкой стали типа 08X13. Производство труб освоено по кооперации заводов «Красный Октябрь» (производство биметаллических заготовок) и ОАО «Волжский трубный завод» (производство биметаллических труб). Изготовлена и поставлена в ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» промышленная партия труб размерами 14x168мм марки 20+08X13 в количестве 88т по техническим характеристикам, соответствующим требованиям НТД.

10. К настоящему моменту на нефтепромыслах ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» построены и находятся в эксплуатации трубопроводы из сварных и бесшовных биметаллических труб протяженностью более 20 км. В результате проведенных промысловых испытаний образцов биметаллических труб и образцов-свидетелей различных сталей можно сделать заключение, что срок службы трубопроводов из плакированных труб составляет не менее 30 лет. То есть использование коррозионностойких биметаллических труб, производимых по новым технологиям, является перспективным направлением для повышения срока безаварийной эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов и экологической безопасности нефтедобычи.

1. Столяров В.И., Родионова И.Г., Быков А.А. Биметаллы: от исследования до применения. Металлы Евразии, № 3, 1998, с.86-89.

2. Родионова И.Г., Быков А.А., Столяров В.И. Биметалл материал грядущего. Металлоснабжение и сбыт, май-июнь 2000, с.47-48.

3. Быков А.А. Коррозионностойкий биметаллический листовой прокат. Сталь, № 6, 1979, с.446-450.

4. Быков А.А., Логвинова A.M., Степченко В.Н. и др. Эффективность применения двухслойной коррозионностойкой стали. Экспресс-информация, серия ХМ-9, № 1, М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1979.

5. Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М., Недра, 1976, 192 с.

6. Родионова И.Г., Шаповалов Э.Т., Франтов И.И. и др. Перспективы использования труб, плакированных коррозионно-стойкими сталями, для обеспечения безаварийной работы нефтепроводов. Защита металлов, 1996, том 32, № 4, с.386-388.

7. Маричев Ф.Н. и др. Внутренняя коррозия и защита трубопроводов на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Нефтяная промышленность. Обз. информация. Сер. Коррозия и защита в нефтяной промышленности. Вып. 8, 1981,42 с.

8. Ю.Маняхина Т.И. Современное состояние защиты нефтерезервуаров от коррозии, 1986, №3,48 с.

9. П.Гутман Э.М., Гетманский М.Д., Клипчук О.В., Кригман J1.E. Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии. М., Недра, 1988, 201 с.

10. Взаимодействие оборудования с двуокисью углерода при нефтедобыче. J. Petrol. Technol., 1986, v. 38, № 9, р.823-828.

11. Усиление борьбы с коррозией в сборных трубопроводных системах. Защита от коррозии и охрана окружающей среды, 1995, № 6-7, с.32-34.

12. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы. М., Металлургия, 1991,256 с.

13. Медведев А.П., Маркин А.Н. Об усиленной коррозии трубопроводов систем сбора нефти. Нефтяное хозяйство, 1995, №11, с.56-59.

14. Абдуллин И.Г., Давыдов С.Н., Худяков М.А. и др. Механизм канавоч-ного разрушения нижней образующей труб нефтесборных коллекторов. Транспорт и хранение нефти, 1984,№3,с.51-53.

15. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Коррозия и коррозионностойкие сплавы. М, Металлургия, 1973, 232 с.

16. Томашов Н.Д. Теория коррозии металлов. М., Металлургия, 1952.

17. Саакиян J1.C. и др. Защита от локального разрушения алюминиевых сплавов в высокоминерализованных растворах, содержащих сероводород и углекислый газ. Защита металлов, 1994, № 2, с. 172-174.

18. Саакиян J1.C. и др. Внутрипромысловые трубопроводы из алюминиевых сплавов. Защита от коррозии и охрана окружающей среды, 1994, № 6, с.9-14.

19. Каган Л.С. Исследование коррозионной стойкости нефтепроводных труб из алюминиевых сплавов. Защита от коррозии и охрана окружающей среды, 1995, № 6-7, с.6-8.

20. Каган Л.С. Показатели коррозионной стойкости нефтепромысловых труб из стали и алюминиевых сплавов. Нефтяное хозяйство, 1993, № 6, с.27, 30-31.

21. Титановые трубы. Anti-Corros. Meth. And Mater. 1995, v.42, № 1, p.33.

22. Чапля O.H. и др. Исследование коррозионной стойкости сталей в сероводородсодержащей пластовой воде. Борьба с коррозией в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Тезисы докл. Всесоюз. н-т конф., г.Кириши, 15-17 июня, 1988, с.32.

23. Вдовин В.Б. и др. Исследование стойкости трубных сталей к углеки-слотной коррозии. ВНИИ разработки и эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов. Г.Куйбышев, 1988,3 с.

24. Кахраманов и др. Влияние пластовых вод нефтяных скважин на коррозионную стойкость сталей. Химическое и нефтяное машиностроение, 1991, №2, с.31-32.

25. Choi H.J., Cepulis R.L. Углекислотная коррозия труб из стали марки L-80 в текущих двухфазных средах нефть-рассол. Corrosion (USA), 1989, v.45, № 11, р.943-950.

26. Kimura Mituo. Влияние хрома на стойкость стали для магистральных трубопроводов к коррозии под действием газообразной СО2 . Curr. Adv. Mater, and Proc, 1991, v.4, № 6, p. 1984.

27. Нержавеющая сталь с 13% Сг для трубопроводов. Tube Int., 1991, v. 10, № 4, р.285-289.

28. Damian Liuba etc. Стали, стойкие в средах СО2 и H2S. Cere. Met, 1992, v.31, p.142-153.

29. Использование труб из нержавеющей стали для сооружения подводных промысловых трубопроводов. Offshore Eng., 1989, № Sept., p. 105-106.

30. Kondo Masatoshi. Сварные плакированные стальные трубы. Sumitomo Metals, 1987, v.39,№1,p.35-45.

31. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. М., Металлургия, 1986, 359 с.

32. Kane R.D. Анализ устойчивости к коррозии биметаллических труб в кислой среде. Электронная техника, Cep.l 1, 1991, № 2, с.291-296.

33. Lanan Glenn A. etc. Использование новых материалов и конструктивных решений при строительстве трубопроводов для транспорта коррозионноаг-рессивного газа месторождений Mobile Bay. Oil and Gas J., 1992, v.90, № 3, p.71-76.

34. Коррозия легированных сталей в условиях воздействия жидкостей, применяемых при добыче нефти. Коррозия 87, Сан-Франциско, Калифорния, 913 марта, 1987, Док. № 302.

35. Fierro G. etc. XPS-исследования коррозии нержавеющей стали AISI 420 в условиях нефтяных и газовых скважин. J. Mater. Sci., 1990, v.25, № 2В, p. 1407-1415.

36. Новая нержавеющая сталь с 15% Сг, пригодная для трубных изделий в условиях нефтедобычи. Коррозия 91, Цинциннати, Огайо, 11-15 марта, 1991, Док.№ 28.

37. Сталь с 15% Сг для труб нефтяных скважин с превосходной коррозионной стойкостью. Techno Jap., 1992, v.25, № 2, p.78.

38. Gunts G. etc. Трубы из нержавеющих аустенитно-ферритных сталей для газовых и нефтяных скважин с кислыми средами. Bull. Cercle etud. metaux., 1986,v.l5,№ 11, 19/1-19/4.

39. Harrison J.D. etc. Работа материалов в кислых средах нефтяных скважин проблемы и решения. Отчет о конференции. Brit. Corros. J., 1992, v.27, № 2, p.95.

40. Craig Bruce D. Опыт эксплуатации биметаллических труб из стали API Grade L-80 (с покрытием из стали с 13% Сг). Mater. Perform., 1986, v.25, № 6, р.48-50.

41. Успешное освоение выпуска бесшовных плакированных труб из высоколегированного сплава. Brit. Corros. J., 1992, v.27, № 1, p.2.

42. Fukuda Takashi. Плакированные стальные трубы для месторождений кислого газа. Int. Conf. Pipeline Reliab., Calgary, June 2-5, 1992, Proc.Vol. 1-Houston, p.III/7/1-111/7/1 1.

43. Кобелев А.Г., Лысак В.И., Чернышев B.H., Быков А.А., Востриков В.П. Производство металлических слоистых композиционных материалов, М., Интермет Инжиниринг, 2002,496 с.

44. Быков А.А., Дорошев Ю.Ф., Булат С.И., Соловьев B.C. Непрерывная отливка двухслойных и многослойных заготовок. Обзорная информация ин-та Четметинформация. Сер. Сталеплавильное производство, М., 1981, Вып.З, 21с.

45. Патон Б.Е., Медовар Б.И., Цыкуленко А.К. и др. Многослойная сталь в сварных конструкциях, Киев, Наукова думка, 1984, 288 с.

46. Патон Б.Е., Стеренбоген Ю.А., Мосендз Н.А. и др. Новый процесс получения биметалла с коррозионностойким плакирующим слоем, Сталь, 1983, № 7, с. 16-17.

47. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Чернец А.В. и др. Электрошлаковая наплавка жидким металлом новый способ производства высококачественных композитных заготовок прокатных валков. Труды третьего конгресса прокатчиков, М., Черметинформация, 2000, с.369-372.

48. Коннов Ю.П., Киссельман М.А., Коннова И.Ю. и др. Электрошлаковая наплавка с вертикальным расположением заготовки для получения коррозионностойких биметаллов. Сталь, 1993, № 5, с.26-30.

49. Кудинов В.М., Коротеев А.Я. Сварка взрывом в металлургии. М., Металлургия, 1987, 168 с.

50. Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А.Д. Сварка взрывом. М., Машиностроение, 1987,216 с.

51. Потапов И.Н., Лебедев В.Н., Кобелев А.Г., Кузнецов Е.В., Быков А.А., Ключников P.M. Слоистые металлические композиции. М., Металлургия, 1986,216 с.

52. Родионова И.Г., Быков А.А., Сорокин В.П. и др. Особенности термической обработки коррозионностойких биметаллических листов. Обзорная информация ин-та Черметинформация, Сер. Металловедение и термическая обработка, М., 1993, Вып. 1-2,27 с.

53. Голованенко С.А. Сварка прокаткой биметаллов. М., Металлургия, 1977, 160 с.

54. Чарухина К.Е., Голованенко С.А., Мастеров В.А. и др. Биметаллические соединения. М., Металлургия, 1970, 288 с.

55. Маслов A.M., Чернышев О.Г., Быков А.А. и др. Исследование внутренних напряжений в двухслойных сталях. Термическая обработка и металловедение качественных сталей и сплавов. Отраслевой сб. МЧМ, М., 1983, с.25-28.

56. Быков А.А., Маслов A.M., Устименко В.А. Физико-механические свойства и качество коррозионностойких биметаллов. Обзорная информация инта Черметинформация, Сер. Металловедение и термическая обработка, М., 1980, Вып.2, 28 с.

57. Быков А.А., Маслов A.M. Повышение эффективности пакетной прокатки при производстве коррозионностойких биметаллических листов. Бюллетень ин-та Черметинформация «Черная металлургия», М., 1983, вып.11, с.23-41.

58. Маслов A.M., Быков А.А., Устименко В.А. и др. Свойства и качество коррозионностойких металлов для изготовления химических аппаратов. Обзорная информация ЦИНТИхимнефтемаш, Сер. ХМ-9, М., 1981, 36 с.

59. Голованенко С.А., Земский С.В., Устименко В.А. и др. Анализ перераспределения углерода в биметаллах с промежуточным слоем. Специальные стали и сплавы. Отраслевой сб. МЧМ, М., 1974, с. 149-156.

60. Гельман А.С. Остаточные напряжения в двухслойной стали. Сварочное производство, 1974,№10,с.34-35.

61. Кобрин М.М., Бируля A.JL, Кудрявцева JI.B. Методика раздельного определения остаточных реактивных внутренних напряжений в биметалле. Заводская лаборатория, 1971 ,№9,с. 131 -135.

62. Несмих B.C., Малевский Ю.Б., Кушнарева Т.Н. Методика определения остаточных напряжений в соединениях разнородных металлов. Автоматическая сварка, 1978, № 4, с.76-77.68. «Дзайре», 1976, V.25, № 269, р. 186.

63. Быков А.А. Исследование и разработка технологии получения коррозионностойких и износостойких биметаллических листов. Дис. канд. техн. наук, М., 1971, 152 с.

64. Меандров JT.B. Двухслойные коррозионностойкие стали за рубежом. М., Металлургия, 1970,232 с.

65. Китада Тоефуми. Плакированная сталь. «Киндзоку», 1986, V.5, 56, № 9, р.32.

66. Кристаль М.М., Хализова В.Н., Адугина Н.А. Коррозионная стойкость двухслойных листов. Химическое и нефтяное машиностроение, 1966, № 4, с.36-39.

67. Шлямнев А.П., Свистунова Т.В., Лапшина О.Б. и др. Коррозионно-стойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы. Справочник. М., Интермет Инжиниринг, 2000, 232 с.

68. Родионова И.Г., Шарапов А.А., Липухин Ю.В. и др. Влияние свойств шлака на качество наплавленного слоя из коррозионностойкой стали. Сталь. 1990, №12, с. 28-30.

69. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Липухин Ю.В. Улучшение качества поверхности биметаллических листов, полученных электрошлаковой наплавкой. Сталь. 1991, №8, с.70-73.

70. Патент 2087561 (RU) Способ получения биметаллического слитка /Родионова ИХ., Гришин В.А., Рыбкин А.Н. и др./ 0публ.20.08.1997 Бюл.№33.

71. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. М.: Металлургия, 1966.-640с.

72. Дакуорт У., Хойл Д. Электрошлаковый переплав. — М.: Металлургия, 1973, с.68.

73. Матросов Ю.И., Сорокин А.Н., Голованенко С.А. Повышение вязкости малоперлитной стали 09Г2С, легированной титаном. — Черная металлургия, Бюллетень института Черметинформация, 1980, №2, с.46-47.

74. Сорокин А.Н., Матросов Ю.И., Голованенко С.А., Литвиненко Д.А. Влияние титана на механические свойства малоперлитной стали 09Г2ФБ. Сталь, 1981, №7, с.69-70.

75. Матросов Ю.И., Литвинов Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных газопроводов. М.: Металлургия, 1989, с.288.

76. Патент 2170274 (RU) Способ изготовления двухслойных горячекатаных листов с основным слоем из низколегированной стали и плакирующем слоем из коррозионностойкой стали. /Рыбкин А.Н., Родионова И.Г., Шарапов А.А. и др./Опубл. 10.07.2001 Бюл.№19.

77. Родионова И.Г., Рыбкин А.Н. Коррозионностойкий двухслойный листовой прокат и плакированные трубы. Химия и технология топлив и масел. 2002, №1, с.48-50.

78. Родионова И.Г., Рыбкин А.Н., Порецкий С.В. и др. Сварные трубы, плакированные коррозионностойкими сталями. Химия и технология топлив и масел. 2002, № 1, с.51 -53.

79. Балабан-Ирменин Ю.В., Рубашов A.M., Родионова И.Г., Рыбкин А.Н. Возможность использования труб из двухслойных сталей для прокладки тепловых сетей. Теплоэнергетика, 2003, №12, с.39-41.

80. Патент 2222633 (RU) Сталь ферритная коррозионностойкая. /Реформатская И.И., Ащеулова И.И., Рыбкин А.Н.и др./ Опубл.27.01.2004 Бюл.№3.

81. Патент 2222747 (RU) Способ монтажа трубопровода для транспортировки агрессивных сред. /Лещук В.Д., Смирнов А.В., Рыбкин А.Н. и др./ Опубл.27.01.2004 Бюл.№3.

82. Патент 2225793 (RU) Плакированная коррозионностойкая сталь и изделие, выполненное из нее. /А.А.Голованов, Н.Б.Скорохватов, А.Н.Рыбкин и др./ Опубл.20.03.2004 Бюл.№8.

83. Рыбкин А.Н., Родионова И.Г., Голованов А.В. и др. Коррозионностойкий двухслойный листовой прокат. Химия и технология топлив и масел. 2002, №1, с.45-47.