Повышение коррозионной стойкости сварных соединений нефтепромысловых труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Платонов, Сергей Юрьевич

• Платонов, Сергей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Платонов, Сергей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1, Анализ состояния вопроса и задачи исследования.

1Л. Факторы коррозионного разрушения сварных труб из феррито-перлитных сталей.

1.2. Влияние структурного и фазового состояния феррито-перлитных сталей на особенности процессов коррозионного разрушения.

1.3. Влияние напряженно-деформированного состояния на процессы наводороживания и растрескивания.

1.4. Особенности коррозионно-механического разрушения сварных соединений.

1.5. Микролегирование как способ повышения коррозионной стойкости сталей.

1.6. Экспериментальные методы оценки коррозионной стойкости металла сварных труб.

1.7. Задачи исследования.

ГЛАВА 2. Обоснование и выбор марок сталей, режимов термической обработки, условий эксперимента.

2.1. Выбор марок сталей и режимов термической обработки.

2.2. Условия проведения эксперимента и методы сравнительного анализа рассматриваемых вариантов.

2.2.1. Металлографический анализ микроструктуры и неметаллических включений.

2.2.2. Оценка механических характеристик.

2.2.3. Методика испытаний металла труб на стойкость против сульфидного коррозионного растрескивания

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение коррозионной стойкости сварных соединений нефтепромысловых труб»

Современные месторождения нефти и газа характеризуются присутствием значительного количества растворенных газов (О2, СО2, НгЗ), поэтому эксплуатация нефтепроводов осложняется процессами кислородной, углекислотной и сероводородной коррозии, так как общепризнанно, что сероводород НгЗ может вызывать интенсивную общую и локальную коррозию, а также приводить к более серьезному виду разрушения - коррозионному растрескиванию.

Большая продолжительность эксплуатации трубопроводов России (средний срок службы более 12. 15 лет), ускоренные темпы развития нефтяной и газовой промышленности предъявляют новые высокие требования к качеству, надежности и долговечности нефтегазового оборудования. Весьма тревожно и состояние существующих магистральных нефтепроводов. Возрастающая доля старых трубопроводов, отработавших свой нормативный срок, является одной из главных причин увеличения количества аварий [Г.

Повышенная агрессивность среды в нефтяных скважинах и связанное с этим ухудшение условий эксплуатации трубопроводов требуют повышения прочности сварных труб нефтяного сортамента, хладостойкости и высокой стойкости к воздействию различных агрессивных сред. Наличие сварных соединений в конструкциях, работающих в таких условиях, усложняет технологические решения по обеспечению их коррозионной стойкости ввиду отсутстВИЯ обоснованных рекомендаций по выбору свариваемых материалов и технологии.

Современные свариваемые трубные стали, имеют сложную неоднородную структуру, коррозионные свойства которой определяются свойствами матрицы стали, соотношением фаз в сплаве, величиной зерна, строением карбидной фазы, внутренними (структурными, остаточными сварочными и др.) напряжениями. Поэтому и мероприятия, направленные на повышение стойкости сталей к разрушению, должны разрабатываться с учетом требований, к легированию и структуре металла. 5

Традиционные стали, работающие в современных условиях нефте- и газодобычи, практически уже не обеспечивают требуемью прочностные и коррозионные харатеристики. Повышение долговечности сварных трубопроводов в значительной степени может быть достигнуто созданием новых типов сплавов и правильным выбором технологических процессов их обработки. Легирование, пластическая деформация и термическая обработка металлов назначаются с позиций формирования такой структуры, которая обеспечивает необходимые эксплуатационные свойства материала - прочность, вязкость, пластичность, коррозионную стойкость и т.д. Таким образом, создание свариваемых сталей со специальными свойствами - одно из немногих действенных и экономически целесообразных средств повышения эксплуатационных характеристик сварных труб нефтяного сортамента.

Целью настоящей работы является радикальное повышение эксплуатационной надежности сварных нефтегазопромысловых труб из феррито-перлитных сталей.

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Платонов, Сергей Юрьевич

выводы

1) Установлено, что вблизи линии сплавления в прямошовных трубах из сталей марок 22ГЮ и 20 формируется зона протяженностью до 1 мм с мартенсито-бейнитной структурой.

2) Показано, что нормализация прямошовных труб из стали марки 22ГЮ приводит к формированию около линии сплавления феррито-перлитной полосчатой структуры с волокном, ориентированным поперек стенки трубы.

3) Показано, что термическая обработка - отпуск приводит к формированию в околошовной зоне структуры сорбита отпуска с карбидами зернистой формы, способствующей повышению хладостойкости, коррозионной стойкости и прочности сварного соединения.

4) Установлено, что при близких концентрациях углерода и режимах прокатки повышение концентрации марганца вызывает увеличение доли перлита и степени феррито-перлитной полосчатости.

5) Показано, что микролегирование ванадием, приводящее к образованию мелкодисперсных, распределенных по объему металла трубы карбонитридов У(С К), снижает негативное влияние осевой ликвации и уменьшает склонность к образованию расслоев при наводороживании.

6) Для изготовления прямошовных труб, предназначенных для эксплуатации в коррозионно-активных сероводородсодержащих средах, предложена сталь марки стали 09ФСБ с ограниченным содержанием Мп, микролегированная и V.

7) Предложен режим локальной термической обработки сварных соединений труб из стали марки 09ФСБ, обеспечивающий выравнивание микроструктуры, механических свойств и коррозионной стойкости металла вблизи линии сплавления.

8) Разработаны рекомендации для опытно-промышленного производства сварных труб на ОАО «Уралтрубпром». Результаты исследований легли в основу разработки технических условий ТУ 1303-169-0147016-01 на «Трубы стальные электросварные прямошовные, нефтегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости из стали 09ФСБ для местрождений «Тюменской нефтяной компании»».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Платонов, Сергей Юрьевич, 2001 год

1. Патон Б.Е. Современные направления повышения прочности и ресурса сварных конструкций // Автоматическая сварка. 2000. № 9 10.1. С. 3-9.

2. Шпарбер И.С. Сульфидное растрескивание стали и борьба с ним в нефтегазодобывающей промышленности ( обзор зарубежной литературы ). М.: ВНИИОЭНГ, 1970.

3. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ, изд.

4. Сокол И.Я., Ульянин Е.А., Фельдгандлер Э.Г. и др. ~ М.: Металлургия, 1989.

5. Защита от водородного износа в узлах трения / Под ред. A.A. Полякова . -М.: Машиностроение, 1980.

6. Белоглазов СМ. Наводороживание стали при электрохимических процессах. Л.: Изд - во ЛГУ, 1975.

7. Карпенко Г.В., Крипякевич В.И. Влияние водорода на свойства стали. -М.: Металлургия, 1962.

8. Стеклов О.И., Басиев К.Д., Есиев Т.С. Прочность трубопроводов в коррозионных средах. Владикавказ: РИИП, 1995.

9. Pöpperling R., Schwenk W/ Einflußgrößen der H induzierten Spannungrißkorrosion bei niedriglegierten Stählen. " Werkst. Und Korros. ", 1980, 31, № 1, s. 15-20.

10. Галактионова H.A. Водород в металлах. М.: Машиностроение, 1970.

11. Сухотин A.M. Физическая химия пассивирующих пленок на железе. Л.: Химия, 1989.

12. И. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов.М: Металлургия,1976.

13. Ньюмен Дж. Электрохимические системы. Пер. с англ. М.: Мир, 1977.

14. Черток Ф.К. Коррозионный износ и долговечность сварных соединений. Л.: Судостроение, 1977.

15. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986.

16. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1976.

17. Стеклов О.И. Механокоррозионная прочность сварных конструкций // Автоматическая сварка. 2000. № 9- 10. С. 130 137.

18. Разрушение. Т.З. Инженерные основы и воздействие внешней среды. Под ред. Г. Либовица. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1976.

19. Гудремон Э. Специальные стали. Т.2. М.: Металлургиздат , 1960.

20. Hieber П., Erdmann Jesnitzer F. Das verhalten von Kohlenstoffarmen bei wasserstoffbelandung und plastischer Verformung, Arch. Eisenqüttenw, 1973, 44, № 9, s/ 685 - 690.

21. Левченко В.П., Гольцов H.A., Гельд П.В. Водородопроницаемость отожженных и деформированных углеродистых сталей со структурой пластинчатого перлита // ФХММ, 1969, № 12, С. 182 187.

22. Немец Я. Прочность и жесткость стальных деталей. Пер. с чешек., М.: Машиностроение, 1970.

23. Богоявленский В.Л. Коррозия сталей на АЭС с водным теплоносителем. М.: Энергоатомиздат, 1984.

24. Медведева М.Л., Лившиц Л.С. Критерий оценки стойкости сталей к сульфидному растрескиванию // РНТС ВНИИОЭНГ, сер. « Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности », 1980, № 11, С. 2 3.

25. Разрушение. Т.6. Разрушение металлов. Под ред. Г. Либовица. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1976.

26. Мороз Л.С, Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967.

27. Стеклов О.И., Перунов Б.В., Попов В.А. Влияние растягивающих напряжений на макрораспределение диффузионно-подвижного водорода

28. РНТС ВНИИОЭНГ, сер. « Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности », 1978, №9, С. 3-4.

29. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия, 1974.

30. Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа / Гутман Э.М., Зайнуллин P.C., Шаталов А.Т. и др. М.: Недра, 1984.

31. Карпенко Г.В., Василенко И.И. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Техника, 1971.

32. Петров Л.Н. Коррозия под напряжением. Киев: Вища школа, 1986.

33. Об изменении электродного потенциала при приложении растягивающих напряжений на коррозионное растрескивание / Зайцев В.В., Ложкин Л.Н., Скорчеллетти В.В., // Защита металлов, 1977, т. XIII, вып. 3,1. С. 308-3 1 1.

34. Сварка в СССР. Т.2. Теоретические основы сварки, прочности и проектирования. Сварочное производство. М.: Наука, 1981.

35. Гельман A.C. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970.

36. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности. М.: Машиностроение, 1996.

37. Теоретические основы сварки / Под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1970.

38. Прохоров H.H. Физические процессы в металлах при сварке. Т.1. Элементы физики металлов и процесс кристаллизации. М.: Металлургия, 1968.

39. Предупреждение появления трещин при сварке ТВЧ в соединениях труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей / И.П. Можаренко, А.Д. Ветлянская, С.Ф. Куприй и др. // Сварочное производство, 1988, JN» 7. С. 9 И .

40. Петров Г.Л. Неоднородность металла сварных соединений. Л.: Суд-промгиз, 1963.

41. Лебедев Б.Д. О характере выделений избыточной фазы в перлитно-ферритных сварных швах // Сварочное производство, 1974, № 1, С. 11 12.

42. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. Л.: Химия, 1973.

43. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. М.: Машиностроение, 1968.

44. Халамез Е.М. Условие устойчивости кромок при высокочастотной сварке труб // Сварочное производство, 1978, № 12, С. 22-23.

45. Сигаев A.A. Дис. . канд. техн. наук. Пермь, 1997.

46. Потак Я.М. Хрупкое разрушение стали и стальных деталей. М.: Обо-ронгиз, 1955.

47. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. М.: Металлургия, 1974.

48. Венгжин Я. Влияние субструктуры феррита на свариваемость малоуглеродистых сталей // Докл. междунар. симпозиума « Научные проблемы сварки и специальной электрометаллургии », Киев, май 1970, С.35 46.

49. Аснис А.Е. Некоторые вопросы повышения прочности сталей для сварных конструкций путем легирования // Докл. междунар. симпозиума « научные проблемы сварки и специальной электрометаллургии » , Киев, май 1970, С. 7- 18.

50. Riecke Е., Johnen В. Einflüsse von Mo, V, Nb, Ti, Zr und deren Karbiden auf die Korrosion und Wasserstoffnahme von Eisen in H2S haltigen Lösungen // Werkst, und Korros. - 1991.-42, №10, s. 528 - 536.

51. Испытания сталей и сварных соединений в наводороживающих средах / О.И. Стеклов, Н.Г. Бодрихин, В.М. Кушнаренко и др. М.: Металлургия, 1992.

52. Куркин CA. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением. М.: Машиностроение, 1976.

53. Лукьянов В.Ф., Людмирский Ю.Г., Напрасников В.В. Испытания элементов корпусных конструкций при двухосном напряженном состоянии // Заводская лаборатория, 1986, № 7, С. 59 62.

54. ТрубинВ.В. Дис. .канд. техн. наук. Москва, 1986.

55. Есиев Т.е. Дис. . канд. техн. наук. Москва, 1993.

56. Heady RI Evaluation of Sulfide Corrosion Crackinq Resistence in Low Alloy Steels // Corrosion. 1977. V.33, №3. P. 98 107.

57. Романив О. Н., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1986.

58. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н., Крыськив А.С. О применимости критериев механики разрушения для оценки водородной хрупкости высокопрочных сталей // ФХММ, 1980. Т. 16, № 6, С. 54 60.

59. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985.

60. Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии / Э.М. Гутман, М.Д. Гетманский, О.В. Клапчук, Л.Е.Кригман. -М. Недра, 1988.

61. Карвацкий Л.М., Коваль В.П. Влияние марганца на сульфидное растрескивание сталей. -РНТС, ВНИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», 1978, №5.

62. Афанасьева С.А., Шрейдер А.В., Дьяков В.Г. и др. Влияние легирования малоуглеродистой стали на ее стойкость к сероводородному растрескиванию. РНТС, ВНИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», 1980, №5, С.5-8.

63. Зикеев В.Н. Легирование и структура конструкционных сталей, стойких к водородному охрупчиванию // МиТОМ. 1982. №5, С. 18.

64. Рыхлевская М.С. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Влияние химического состава и структуры низколегированных трубных сталей на закономерности сульфидной коррозии, 1998.

65. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия.-М.: Металлургия, 1985.

66. Заидита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии / Э.М. Гутман, М.Д. Гетманский, О.В. Клапчук, Л.Е. Кригман.- М.: Недра, 1988.

67. Карвацкий Л.М., Коваль В.П. Влияние марганца на сульфидное растрескивание сталей.- РНТС, ВНИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», 1978, №5.

68. Афанасьева С.А., Шрейдер A.B., Дьяков В.Г. и др. Влияние легирования малоуглеродистой стали на ее стойкость к сероводородному растрескиванию. РНТС, ВГИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», 1980, №5, С. 5-8.

69. Зикеев В.Н. Легирование и структура конструкционных сталей, стойких к водородному охрупчиванию. МиТОМ. 1982, №5, С. 18.

70. Тетюева Т.В., Шмелев П.С., Рыхлевская М.С. Закономерности сульфидной коррозии низколегированных трубных сталей. Нефтяное хозяйство, 1993, №6, Москва. Изд. «Топливо и энергетика».72. Стандарт NACE API 5СТ 96.

71. ГОСТ 9.905-82. Методы коррозионных испытаний. Общие требования.

72. ГОСТ 9.908-85. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.

73. ГОСТ 9.907-83. Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний.

74. ГОСТ 1497-78. Методы испытания на растяжение.

75. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при повышенной, комнатной и пониженной температурах.

76. Иоффе A.B. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Механизм разрушения трубных сталей в сероводородсодержащей среде, 2000.

77. Выбойщик М.А., Тетюева Т.В., Платонов С.Ю., Куренкова Н.Г. Влияние термической обработки на структуру и коррозионную стойкость сварного соединения нефтерпомысловых труб. Техника машиностроения. №4, 2001г.-С. 32-38.