автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние термической обработки и химического состава низколегированных сталей на коррозионную стойкость и хладостойкость металла трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Самотлорского месторождения

РГ б од

-8 ЙЮН 133В

На правах рукописи

Медведев Александр Павлович

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ И ХЛАДОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ САМОТЛОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тольятти - 1998

Работа выполнена в Самарском государственном университете.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Астафьев В.И. кандидат технических наук, доцент Тетюева Т.В.

доктор технических наук, профессор Ботвина Л.Р. доктор физико-математических наук, профессор Выбошцик М.А. ДАООТ «Белозернефть» (г. Нижневартовск)

ч ■

Защита состоится « 4$ » ОС 1998 г. в /4 часов на заседании

диссертационного совета К 064.43.01 в Тольяттинском политехническом институте.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим высылать по адресу: 445667, г. Тольятти, ГСП, Белорусская, ]4, ученому секретарю совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тольяттинского политехнического института.

Автореферат разослан « ^ » @_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

(Краснопевцев А.Ю.)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Нефтепромысловое оборудование Самотлорского месторождения, как и других месторождений Западной Сибири, работает в условиях все возрастающей коррозионной активности промысловых сред. В 90-е годы в 1.3-1.5 раза возросла аварийность трубопроводов и другого нефтепромыслового оборудования систем первичного сбора нефти. Долговечность нефтегазопроводных труб на Самотлорском месторождении низка и составляет 6-12 месяцев эксплуатации. Трубы выходят из строя из-за язвенной либо канавочной коррозии, характеризующейся мгновенным раскрытием трубы на большое расстояние и приводящей к наиболее значительным экологическим последствиям.

К основным факторам, обуславливающим повышение в 90-е годы коррозионной активности промысловых сред Самотлорского месторождения, можно отнести следующие:

• высокая обводненность транспортируемой продукции,

• наличие С02 в газе и растворенной углекислоты в водной фазе,

• наличие в среде значительного количества механических примесей, состоящих из песка и осыпавшихся с поверхности трубы продуктов коррозии),

• образование осадков солей железа и кальция на поверхности трубопроводов,

• наличие Нг8, являющегося продуктом жизнедеятельности сульфатвосста-навливающих бактерий, количество которых в настоящее время резко увеличивается.

Таким образом трубопроводы, эксплуатируемые на Самотлорском месторождении, работают в сложных условиях высокой обводненности транспортируемой продукции, наличии ССЬ и Н2Я в водной фазе и газе, повышенной минерализации (высокое содержание ионов Са), наличия в среде значительного количества механических примесей, осадков солей железа и кальция.

В настоящее время в литературе имеется достаточное количество данных по закономерностям коррозионного поражения металла в средах, содержащих

Н28, приводящих к наводороживанию металла трубы, его охрупчиваншо и сульфидному коррозионному разрушению под напряжением (СКРН). Имеются литературные данные по особенностям язвенной коррозии, повреждающей металл в средах, содержащих СОг- Однако, практически полностью отсутствуют данные по коррозионному повреждению металла труб под воздействием сложной, многокомпонентной среды, содержащей как Н28, так и СО2, а также твердые механические частицы, осадки солей железа и кальция.

На основе экспертных исследований аварийных образцов установлено, что максимальное количество порывов и других видов коррозионных поражений наблюдалось для сталей с повышенной концентрацией Мп (типа 09Г2С, 17Г1С, 17Г1СУ и т.д.). На их уровне стандартные трубы из стали 20 характеризуются более высокой долговечностью, однако применение труб из стали 20 в регионах Западной Сибири ограничено в связи с их относительно низкой хладостойко-стыо (температура вязко-хрупкого перехода не превышает -20°С).

Цель работы:

• исследование механизмов, инициирующих коррозионные отказы нефтепромысловых труб в средах Самотлорского месторождения,

• выбор сталей и разработка технологий термической обработки труб повышенной эксплуатационной надежности,

• разработка новой марки стали с повышенной коррозионной стойкостью и х ладосто йкостью.

Основные задачи исследований

1. Выявление основных факторов, приводящих к коррозионным отказам неф-тегазопроводных труб.

2. Разработка требований к качеству металла труб для обеспечения их повышенной эксплуатационной надежности.

3. Разработка режимов термической обработки стали 20 для повышения ее коррозионной стойкости и хладостойкости.

4. Разработка новой низколегированной марки стали с высокой коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

5. Разработка технических условий на производство коррозионно-стойких и хладостойких труб для месторождений Западной Сибири.

Научная новизна

1. Показано, что ведущим механизмом коррозионных отказов нефтегазопро-водных труб в условиях Самотлорского месторождения, приводящим к хрупкому раскрытию трещин вдоль канавки, является наводороживание металла и сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением.

2. Установлена зависимость механизма аустенизации при выдержке в межкритическом интервале температур от исходной структуры металла. Доказано, что в металле низколегированных сталей с предварительно закаленной структурой зарождение аустенитных зерен происходит из малоуглеродистых зародышей сдвиговым путем, что предопределяет образование в металле сверхмелкого зерна.

3. Разработана новая технология термической обработки труб из стали 20, включающая в себя систему циклических закалок (12000С+900°С+750°С), обеспечивающая снижение ликвационной неоднородности и формирование феррито-перлитной структуры со сверхмелким зерном.

4. Доказано, что для стали 20 со средним содержанием S и Р до 0,018%, разработанный режим термической обработки снижает температуру вязко-хрупкого перехода до -70°С.

5. Для условий эксплуатации Западной Сибири разработана новая марка стали 08ХМЧА высокой коррозионной стойкости с температурой вязко-хрупкого перехода ниже -70°С.

Практическая значимость

1. Сформулированы технические требования для производства коррозионно-стойких и хладостойких труб, на основе которых разработаны технические условия ТУ 14-162-14-96 «Трубы бесшовные горячедеформированные неф-тегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости».

2. Для производства коррозионно-стойких и хладостойких труб разработана технология их термической обработки и организовано промышленное внедрение труб на нефтепромыслах Западной Сибири.

Положения, выносимые на защиту

1. Механизм накопления поврежденности и разрушения низколегированных труб в условиях Самотлорского месторождения.

2. Особенности влияния кислорода на хладостойкость трубных сталей.

3. Режим термической обработки для стали 20, содержащий 8 и Р до 0,018%, повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости.

4. Химический состав и режим термической обработки новой комплексно-легированной марки стали.

Апробация работы.

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:

• отраслевой научно-технической конференции «Проблемы защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования на месторождениях Западной Сибири» (г. Тюмень, 1989 г.),

• межотраслевой научной конференции «Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Москва, 1996 г.),

• международном научно-техническом семинаре «Современные методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Римини, 1997 г.),

• всероссийском совещании начальников округов Госгортехнадзора России (г. Астрахань, 1997 г.),

• научном семинаре кафедры механики деформируемого твердого тела Самарского государственного университета (1995,1996,1998 гг.).

Публикации.

Основные результаты работы опубликованы в трех статьях, двух тезисах

докладов, препринте. По результатам работы разработаны технические условия

на производство труб, получен патент на металл труб.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов по работе, списка литературы из $ У наименований, двух приложений, содержит- стр. текста, ■Г2 таблиц, _ рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой в работе проблемы, сформулирована цель и основные задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость результатов работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В этой главе проанализировано состояние вопроса по особенностям коррозии трубопроводов в многокомпонентных СО, -Н, Б-Н, О средах. Отмечается, что углекислотная коррозия стали во влажных промысловых средах представляет собой многостадийный процесс:

• подвод СО 2 к поверхности металла;

• адсорбция молекул С02;

• ионизация атомов железа в результате взаимодействия с молекулами воды;

• образование угольной кислоты из-за ослабления связей в молекулах СО г и Н, О при взаимодействии с ионами железа и диссоциация этой кислоты;

• образование карбонатов железа и ионов водорода;

• катодная деполяризация образовавшимися ионами водорода.

Обычно имеет место суммарный эффект воздействия и других агрессивных компонентов, прежде всего Н,8иО,.Нг8 низкой концентрации обычно сосуществует с С03 и оказывает значительное воздействие на проявление СО 2 -коррозии. Особенно велика коррозионная агрессивность газового конденсата, содержащего и СО%, и Н2 в. Сосуществующий Н2 8 может ускорить электрохимическую реакцию и увеличить скорость коррозии стали.

Важным фактором повышения несущей способности трубных сталей, которые используются в системах нефте- и газоснабжения, является термическая обработка, изменяющая структуру, состав и свойства этих, сталей. С помощью термической обработки многие конструкционные сплавы можно сделать достаточно прочными и устойчивыми к сероводородному растрескиванию. В данной главе обсуждены результаты различных авторов по влиянию режимов термообработки на склонность сталей к углекислотной коррозии, коррозии в агрессивных сероводородсодержащих средах.

Анализ результатов исследований по влиянию термической обработки на структуру и свойства трубных сталей позволил сделать следующие выводы.

1. Низко- и среднелегированные стали должны подвергаться закалке или нормализации с последующим отпуском.

2. Структуры углеродистых и низколегированных трубных сталей одинакового химического состава можно расположить в следующей последовательности по степени возрастания их стойкости к коррозионному растрескиванию:

• неотпущенный мартенсит;

• неотпущенный бейнит;

• феррито-перлит нормализованный;

• феррито-перлит нормализованный и отпущенный;

• отпущенный мартенсит и бейнит.

3. При выборе способа получения нефтегазопроводных труб с высокими характеристиками механической прочности и стойкости к коррозионному растрескиванию особое значение приобретает оценка трещиностойкости сталей при воздействии коррозионных сред.

Вторая глава посвящена исследованию механизмов, инициирующих коррозионные отказы нефтепромыслового оборудования. Для выяснения причин коррозионных отказов был выполнен анализ сред и проведены исследования образцов аварийных труб Самотлорского месторождения. О химическом составе сред судили по фазовому и химическому составу продуктов коррозии и

осадков, образовавшихся иа поверхности металла труб после эксплуатации. По данным химического, локального микрорентгеноспектрального и фазового микрорентгеноструктурного анализов было выявлено два типа продуктов коррозии, отличающихся как по фазовому составу и структуре, так и по степени их адгезии с поверхностью металла трубы. Главным образом эти различия связаны с величиной концентрации в транспортируемой среде ионов кальция.

К первому типу относятся продукты коррозии, сформировавшиеся в средах с пониженным содержанием ионов кальция (менее 300 мг/л). Это плотные, хорошо сцепленные с металлом слои, которые хорошо защищают поверхность металла от контакта с коррозионной средой. Продукты коррозии состоят из чередующихся слоев фаз оксидов Ре304, карбонатов РеСОз и их сочетанием. На поверхности продуктов коррозии наблюдается выделение слоя макиновита РеБ.

При повышенной концентрации кальция (более 1000 мг/л) формируется второй тип продуктов коррозии, где наружный слой так же представлен сульфидами но под ним находится слой, состоящий из оксидов и осадков СаСОз- Слой, контактирующий с поверхностью металла, также представлен оксидами РезОд. Карбонатов железа БеСОз практически не наблюдается. Характерным свойством таких продуктов коррозии является их слабая адгезия с поверхностью металла, повышенная пористость и рыхлость. Продукты коррозии легко отслаиваются от поверхности металла. При этом обнажаются участки железа и возникают гальванопары сталь-продукты коррозии, приводящие к процессу язвенной коррозии.

Исследование закономерностей коррозионного разрушения металла труб проводилось в средах с различной концентрацией ионов кальция для образцов, изготовленных из сталей марок 10 и17Г1С. Интенсивность коррозионного повреждения металла труб зависит от химического состава транспортируемой среды. В результате электрохимической коррозии в нижней части трубы образуется канавка, глубина которой увеличивается, что, в конечном итоге, и приведет к механическому разрушению метала вдоль канавки из-за превышения действующими нагрузками предела прочности металла.

Однако, для металла трубы из стали 17Г1С, в отличие от стали 10, типичный вид коррозионного разрушения проявлялся в мгновенном развитии хрупкой трещины вдоль образовавшейся канавки на значительное расстояние. Для исследования характера накопления повреждаемости в металле трубы было проведено металлографическое исследование металла в зоне канавки на различных стадиях. Показано, что одним из ведущих механизмов разрушения трубы по нижней образующей является охрупчивание ослабленных участков трубы из-за наводороживания и образования трещин СКРН (рис. 2).

Таким образом, для предотвращения аварийного разрушения нефтегазо-проводных труб необходима разработка специальных труб, обладающих повышенной стойкостью к СКРН, к общей и язвенной коррозии. Кроме того, с учетом низких температурных условий эксплуатации металл труб должен иметь повышенную хладостойкость.

В третьей главе представлены результаты исследований влияния режимов термической обработки на коррозионные характеристики и хладостойкость труб. Исследования проводили для стали 20, имеющей относительно других сталей неплохие коррозионные характеристики, но недостаточную хладостойкость. Сравнительный анализ качества металла труб проводился после следующих режимов термической обработки.

1. Охлаждение с прокатного нагрева.

2. Нормализация при температуре 900°С.

3. Закалка с Т=1200°С, закалка с Т=900°С, закалка из интервала температур Ас) - Асз и отпуск при Т=660°С.

4. Закалка с Т=1200°С, нормализация при Т=900°С, закалка из интервала температур Ас1-Асз и отпуск при Т=660°С.

Исследование влияния различных режимов термической обработки на структуру, механические и коррозионные характеристики проводили на трубах диаметром 273 мм с толщиной стенки 18 мм. Как следует из результатов испытаний, металл труб после 1 и 2 режимов термообработки характеризуется низ-

СТАДИИ НАКОПЛЕНИЯ I

Направление чейстпуютсй нагрузки

К> Сз

I Управление действующей нагрузки

Труба в состоянии поставки

I---.СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ

ПОВРЕЖДАЕМОСТИ

ЯЗВ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЫ

кими значениями ударной вязкости как при комнатных температурах, так и при -20°С. С другой стороны, металл труб после 3 и 4 режимов термообработки характеризуется повышенными прочностными характеристиками и высокими значениями ударной вязкости как при +20°С, так и при -60°С. Существенного же различия по прочностным характеристикам металла труб, термообработан-ных по 3 и 4 режимам, не выявлено. Однако, значение ударной вязкости для 3 режима при всех температурах испытаний было выше, чем для 4 режима, что связано с более мелкозеренной структурой металла.

Низкая ударная вязкость труб после 1 и 2 режимов термообработки связана с повышенной концентрацией в твердом растворе кислорода. Это можно объяснить тем, что при 1и 2 режиме термообработки процесс распада аустенита начинается с выделения ферритной фазы. В связи с большей растворимостью кислорода в феррите, он вытесняется из аустенитных зерен в ферритные, что способствует их дополнительному охрупчиванию. Поэтому для очистки феррита от растворенного в нем кислорода, необходимо использовать термическую обработку - закалку.

Циклические закалки с 1200°С и 900°С приводят к выравниванию ликва-ционной неоднородности как по кислороду, так и по другим элементам. Это связано с тем, что максимальная диффузионная подвижность атомов проявляется в момент а-> у перестройки решетки. Последующая выдержка в интервале температур Ас} - Асз с учетом различной растворимости элементов в а- и }-фазах приводит к встречной диффузии атомов Мл, С, А1, Б в аустенитные зерна, а О и Р - в ферритные. При этом возможно связывание атомов кислорода в мелкодисперсные оксиды алюминия и марганца, т.е. возможен процесс очищения твердого раствора от кислорода.

Высокотемпературный отпуск, следующий за закалкой из интервала температур Ас} - Асз5 может способствовать дополнительному распаду пересыщенного кислородом твердого раствора феррита. По видимому, с изложенным выше процессом очищения феррита от кислорода (наряду с измельчением зер-

на) и связано значительное повышение ударной вязкости как при комнатных, так и минусовых температурах испытаний.

Другой задачей термической обработки является создание однородной мелкозеренной структуры в металле, а также уменьшение его структурной и химической полосчатости. Для решения задачи были проанализированы два варианта термообработки (3 и 4 режимы).

Имеющиеся литературные данные показывают, что нет единой точки зрения о механизме а -> у превращения. Обсуждается два принципиально отличающихся механизма: классический диффузионный и бездиффузионный сдвиговый. Диффузионный механизм предусматривает образование зародыша ау-стенита критического размера с концентрацией углерода, соответствующей диаграмме состояния Ре-С. Аустенит в этом случае образуется, в основном, на границе раздела цементит-феррит в перлитных зернах. В этом случае после закалки с 1200°С для измельчения зерна необходимо проводить нормализацию (4 режим). Бездиффузионный механизм предполагает возможность образования аустенита путем сдвиговой перестройки решетки «-фазы при переходе через Ас1- Возникший участок малоуглеродистого аустенита затем насыщается углеродом за счет растворения карбидов. Установлено, что сдвиговое а->у превращение в первую очередь происходит в участках с повышенной свободной энергией, то есть на границах зерен и субзерен, в местах скопления дислокаций, поверхностях раздела фаз. В этом случае в мартенситной или бейнитной структуре количество зародышей ^-фазы будет значительно больше, чем в феррито-перлитной. Соответственно, для действия второго сдвигового механизма необходимо после закалки с 1200°С применение закалки с 900°С (3 режим).

Третья закалка, производимая из межкритического интервала температур, проводится для дальнейшего измельчения зерна и является подготовительной для получения после отпуска окончательной феррито-перлитной (с зернистой формой карбидов) структуры. Аустенитные зерна после закалки приобретают структуру среднеуглеродистого мартенсита. Микроструктура после всего цикла

термообработки (закалка 1200°С, закалка 900°С, закалка из интервала Ас[ -Асз ), завершающегося высокотемпературным отпуском, состоит из смеси очень мелких зерен (менее 10 мкм в диаметре) феррита и зернистого перлита. Размер карбидов не превышает 1 мкм. Ферритные зерна представляют собой в основном шестигранники, то есть углы стыка трех ферритных зерен приближаются к 120°. Отмеченное свидетельствует о равновесности полученной структуры металла.

Таким образом, одна из поставленных задач, предусматривающая получение мелкозеренной однородной по объему трубы феррито-перлитной структуры с зернистой формой карбидов, характеризующейся высокой ударной вязкостью в продольном и поперечном направлении при температурах испытания +20 и -60°С, может быть решена путем термической обработки по 3 режиму термообработки (приложение1).

Четвертая глава посвящена разработке технологии изготовления коррозионно-стойких и хладостойких труб из легированной стали.

Для высокоагрессивных сред необходима разработка комплексно-легированной марки стали, характеризующейся относительно стали 20 более высокими коррозионными характеристиками и более высокой надежностью при эксплуатации в условиях Западной Сибири. При разработке новой марки стали, которая удовлетворяла бы всему комплексу характеристик, включающих в себя как повышенную стойкость к СКРН и свариваемость в условиях низких температур, так и стойкость к механохимическому износу внутренней поверхности труб, были учтены следующие рекомендации.

Для эксплуатации в С02 и Н2 8 - содержащих средах металл должен содержать 0,6 - 0,9 % хрома. Это обусловлено тем, что хром обеспечивает как повышенную коррозионную стойкость, так и необходимые механические характеристики стали. Ограничение на содержание хрома до 0,09% вызвано необходимостью обеспечения хорошей свариваемости металла нефтегазопроводных труб. Необходимо также учесть ограничения на содержание серы и фосфора до 0,012

% каждого в связи с тем, что эти примеси оказывают негативное влияние на стойкость к коррозии. Содержание марганца следует ограничить до 0,6 %. Это вызвано тем, что марганец способствует развитию ликвационной неоднородности металла, а входя в состав продуктов коррозии приводит к их разрыхлению и отслаиванию от поверхности металла. Содержание углерода следует ограничить до 0,11%. Ограничение это связано с тем, что с уменьшением содержания углерода коррозионная стойкость металла повышается. Содержание молибдена в стали должно составлять -0,25%. Введение молибдена обусловлено тем, что он снижает чувствительность металла к отпускной хрупкости 2-го рода. Кроме того, молибден в данном количестве оказывает положительное влияние на сопротивление металла СКРН. Металл также должен быть микролегирован церием. Добавление РЗМ, с одной стороны, приводит к образованию мелкозернистой структуры и сфероизации неметаллических включений, а с другой стороны, способствует пассивации металла при контакте его со средой. Кроме того, для связывания азота, оказывающего негативное влияние на хладостойкость и коррозионную стойкость следует ввести ванадий и титан в количестве необходимом для образования при термообработке комплексных карбонитридов.

Для решения поставленной задачи было предложена новая сталь следующего состава (сталь 08ХМЧА): углерод 0.06-0.13, кремний 0.15-0.40, марганец 3.30-0.60, хром 0.40-0.70, молибден 0.08-0.15, алюминий 0.01-0.07, титан 0.005109, церий 0.002-0.05 и железо, состав которой был запатентован.

Для того чтобы вновь разработанная, достаточно дорогая марка стали приобрела максимально возможные механические и коррозионные характеристики, шло проведено исследование по влиянию термообработки на структуру и ме-санические характеристики металла трубы. Исследование было проведено для грех режимов термообработки труб -I. Охлаждение с прокатного нагрева. >. Закалка из МКИ и высокотемпературный отпуск.

!. Полная закалка с Т=930°С, закалка из МКИ и высокотемпературный отпуск.

Анализ результатов испытаний показывает, что термообработка, включающая закалку с 930°С, закалку из МКИ при 770°С и отпуск при 690°С, позволяет получить мелкозернистую структуру с высокими значениями ударной вязкости вплоть до температуры -70°С при пределе текучести 480 МПа. Структура металла после двойной закалки (3 режим) представлена равноосными фер-рито-перлитными зернами, максимальный размер зерен не превышает 10 мкм, средний - 5 мкм. Ферритные зерна представляют собой в основном шестигранники, то есть трехгранные углы стыка трех зерен составляют около 120°, что свидетельствует о высокой равновесности структуры. Форма карбидов в перлитных зернах зернистая; их размер не превышает 1 мкм. Балл полосчатости металла термической обработки в середине трубы не превышает 1.

Коррозионные испытания металла труб из стали 08ХМЧА проводились в среде, соответствующей стандарту NACE ТМ 01-77(90) (5% NaCl + 0,5% уксусной кислоты, содержание H2S я 3400 мг/л, рН к 3,4), в среде, содержащей 12% НС1, и в среде, моделирующей воды Самотлорского месторождения. Скорость общей коррозии составила 0.21,0.38 и 0.29 мм/год соответственно.

Испытания на стойкость к СКРН осуществлялись по стандарту NACE ТМ 01-77(90). Стойкость металла к водородному растрескиванию (НЗС) определялась по стандарту NACE ТМ 02-84. Результаты испытаний показали, что величина порогового напряжения составляет 80% от предела текучести металла. На продольных шлифах, изготовленных из образцов после испытания на установке «Cortest», микротрещин и трещин сульфидного коррозионного растрескивания не обнаружено. Трещин водородного растрескивания в металле трубы после испытаний по стандарту NACE ТМ 02-84 также не было обнаружено.

Таким образом, разработана новая марка стали 08ХМЧА и режим термической обработки, которые позволили получить нефтегазопроводную трубу, металл которой характеризуется однородной мелкозернистой структурой, хладо-стойкостыо до температуры -70°С при пределе текучести (480 МПа), стойкостью к общей, язвенной и стресс-коррозии в H2S- и СО2 - содержащих средах.

В пятой главе производится обсуждение полученных результатов. Отмечается, что одно из направлений исследований было направлено на разработку технологии термической обработки труб (как из стали 20, так и новой комплексно-легированной стали 08ХМЧА) При разработке режимов термической обработки необходимо было, во-первых, выяснить и устранить причину, не позволяющую получить для стали 20 низкой температуры вязко-хрупкого перехода, и, во-вторых, получить металл высокой коррозионной стойкости. Для достижения поставленной цели было решено применить закалку из межкритического интервала температур.

В научной литературе не единой концепции для объяснения закономерностей зарождения и роста аустенитных зерен при выдержке в межкритическом интервале температур, что не позволяет применить их при разработке технологии термической обработке труб. В результате проведенных исследований было показано, что наиболее оптимальным видом термообработки, предшествующим закалке из межкритического интервала температур, является полная закалка.

Проведенные исследования позволили разработать технические условия на производство коррозионно-стойких и хладостойких труб, организовать производство труб с указанными свойствами на отечественных трубных заводах (Се-верский трубный завод, Синарский трубный завод). Нефтегазопроводные трубы установлены на Самотлорском месторождении и других месторождениях Западной Сибири, где с 1996 г. начато проведение промысловых испытаний, (приложение 2).

Заключение содержит основные выводы по результатам работы. 1. Выявлены основные механизмы, инициирующие канавочную коррозию металла нефтегазопроводных труб. Показано, что катализирующие влияние на образование канавки оказывает атомарный водород, образующийся в результате сульфидной коррозии даже при относительно низком содержании сероводорода в транспортируемом продукте. Молизация атомарного водорода на границе раздела прокатная окалина-металл трубы способствует ее отслоению. Канавочная коррозия является результатом электрохимической

коррозии между оголенным металлом и объемами трубы покрытыми продуктами коррозии.

2. Произведена градация сред в зависимости от образующихся в процессе эксплуатации продуктов коррозии. Показано, что если в продуктах коррозии превалируют карбонаты кальция, то поверхность трубы разрушается по механизму канавочно-язвенной коррозии. Для труб из сталей типа 17Г1С разрушение труб по нижней образующей происходит по механизму СКРН. Пластическая деформация утоненной зоны канавки ускоряет процесс наво-дороживания и разрушения.

3. С учетом выявленной зависимости коррозионной повреждаемости от химического состава стали ее механических характеристик структуры разработаны технические требования качества металла.

4. Разработана технология термической обработки металла труб из стали 20, заключающаяся в реализации последовательно 2-х циклических закалок с окончательной закалкой из межкритического интервала температур и с завершающим высокотемпературным отпуском.

5. Показано, что применение циклических закалок с завершающей закалкой из межкритического интервала температур и высокотемпературного отпуска приводит к образованию однородной мелкозеренной структуры, представленной зернами феррита и перлита со сферической формой карбидов, которые обеспечивают для труб из стали марки 20:

• повышение ударной вязкости при комнатной температуре на порядок, а при Т=^-60°С на 2-3 порядка;

• повышение стг и ста « на 50% относительно нормализованной стали;

• повышение коррозионной трещиностойкости;

• повышение стойкости к общей и язвенной коррозии.

6. Установлено, что при выдержке в межкритическом интервале температур протекают параллельно два механизма образования аустенитных зерен -бездиффузионный, сдвиговый или классический диффузионный.Показано,

что первый превалирует в случае если исходная структура была получена посредством закалки, второй - нормализации.

7. Разработана новая марка стали 08ХМЧА характеризующаяся значительно более высокими прочностными и коррозионными характеристиками относительно стали 20 и не уступает лучшим импортным трубам.

8. Разработаны технические условия па изготовление нефтегазопроводных труб из стали 20 и 08ХМЧА для условий эксплуатации Западной Сибири.

9. Проведены промысловые испытания, подтвердившие высокие эксплуатационные характеристики труб по техническим условиям.

В приложении 1 приведены технические условия ТУ 14-162-14-96 «Трубы бесшовные горячедеформированные нефтегазонроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости» на изготовление и эксплуатацию коррозионно-стойких и хладостойких труб из стали 20.

В приложении 2 представлен акт промысловых испытаний нефтегазопроводных труб из обычной электросварной стали 20, стали 20А, изготовленной по ТУ 14-162г 14-96, и из стали 08ХМЧА. Отмечается что за время опытной эксплуатации в течение 15 месяцев на стали 08ХМЧА очагов коррозии не обнаружено, на стали 20А наблюдаются участки коррозионного происхождения, а на стали 20 электросварной имеются большие очаги язвенной коррозии.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сухнат Ю.В., Медведев А.П., Завьялов В.В. и др. Разработка методики прогнозирования коррозии газлифтных скважин // Проблемы защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования на месторождениях Западной Сибири». Тезисы докладов научно-технической конференции. - Тюмень, 1989. С.4-5.

2. Маркин А.Н., Медведев А.П., Сизая Г.К. Опыт ингибиторной защиты системы нефтесбора НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. 1992. №7. С.23-24.

3. Медведев А.П., Маркин А.Н. Об усиленной коррозии трубопроводов систем сбора нефти НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. 1995. № 11. С.56-59.

4. Медведев А.П., Тетюева Т.В., Астафьев В.И. и др. Разработка требований к качеству металла труб и технологических решений, обеспечивающих повышение коррозионной стойкости труб для нефтесборных систем Самотлор-ского месторождения // Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии. Тезисы докладов межотраслевой конференции. -Москва, 1996. С. 13

5. Трубы бесшовные горячедеформированные нефтегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. Технические условия ТУ 14162-14-96 / Давыдов В .Я., Галиченко E.H., Медведев А.П., Тетюева Т.В. (Держатель подлинника ОАО «Северский трубный завод»).

6. Патент № 97118120 от 11.11.97. Сталь 08ХМЧА / Медведев А.П., Стародворский B.C., Клейнер М.Я. и др.

7. Медведев А.П. Увеличение сроков безаварийной эксплуатации внутрипро-мысловых трубопроводных систем Западной Сибири // Безопасность труда в промышленности. 1997. №12. С.4-9.

8. Астафьев В.И., Медведев А.П., Тетюева Т.В. Разработка требований к качеству металла труб и технологических решений, обеспечивающих повышение их коррозионной стойкости для нефтесборных систем Самотлорского месторождения. - Самара: изд-во СамГУ, 1998. Препринт N 1/98.

Л.Р. № 020316 от 04.12.96 г. Подписано в печать 14.05.98 г. Формат 60x84/16.

Бумага офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство «Самарский университет». 443011, Салгара, ул. Ак. Павлова, 1. Участок оперативной печати СамГУ. ПЛД № 67-43 от 19.02.98 г.