Оптимизация структуры и свойств сварного соединения толстостенных газопроводных труб класса прочности Х70 для подводных трубопроводов
Диссертация
Разработана «Спецификация для магистральных труб» для проекта НОРД СТРИМ (Nord Stream Project) №l-EN-PIE-SPE-000−1 и «Спецификация процесса производства труб ID 1153 мм WT 30,9- 34,6 мм для массового производства № 1-PM-PIL-SPE-111−61 -С». Установленная и обоснованная взаимосвязь выбранных сварочных материалов и технологических параметров сварки позволила разработать технологию производства труб… Читать ещё >
Содержание
- 1. Состояние вопроса
- 1. 1. Требования к технологии изготовления и свойствам труб 12 большого диаметра
- 1. 2. Требования к листовому прокату для производства труб большого диаметра для подводных магистральных трубопроводов
- 1. 2. 1. Требования к механическим свойствам основного металла, 19 применяемого для изготовления труб большого диаметра
- 1. 2. 2. Особенности технологии производства стали для 20 изготовления труб большого диаметра
- 1. 3. Влияние химического состава трубной стали на свойства и 25 микроструктуру
- 1. 3. 1. Влияние содержания углерода
- 1. 3. 2. Влияние микролегирующих элементов
- 1. 3. 3. Влияние азота
- 1. 4. Фазовый состав металла околошовной зоны при сварке микролегированных сталей
- 1. 5. Роль структурных факторов в повышении ударной вязкости металла околошовной зоны сварного соединения
- 1. 6. Формирование свойств металла шва
- 1. 7. Перспективы повышения свойств сталей и сварных соединений газопроводных труб
- Выводы по главе
- 2. Материал и методики исследования
- 2. 1. Материал исследования
- 2. 2. Сварочные материалы
- 2. 3. Сварка трубной заготовки
- 2. 4. Оценка механических свойств листовой стали и основного металла труб
- 2. 5. Оценка качества сварного соединения
- 2. 5. 1. Образцы для проведения механических испытаний и исследований структуры сварного соединения труб
- 2. 6. Проведение экспериментов по повышению характеристик качества сварного соединения труб
- 2. 7. Металлографические исследования
- 2. 8. Электронная микроскопия
- 2. 9. Характеристика свариваемости. Методы оценки
- Выводы по главе
- 3. Оптимизация химического состава стали с точки зрения свариваемости для производства толстостенных труб большого диаметра
- 3. 1. Свариваемость трубных сталей
- 3. 2. Фазовые превращения, структура и свойства ОШЗ стали типа 07Г2Б
- Выводы по главе
- 4. Разработка технологических мероприятий, обеспечивающих получение требуемых свойств металла сварного соединения (шов и линия сплавления)
- 4. 1. Легирование сварного шва
- 4. 2. Работа удара металла сварного шва труб размером 1153×30,9−34,6 мм в зависимости от марки сварочной проволоки и типа флюса
- 4. 3. Работа удара металла сварного соединения по линии сплавления в зависимости от марки сварочной проволоки и типа флюса
- 4. 4. Исследования свойств металла сварного соединения, полученного по оптимизированной технологии (II Этап)
- 4. 4. 1. Работа удара (KV~) сварного соединения
- 4. 4. 2. Сопротивление хрупкому разрушению металла сварного соединения
- 4. 4. 3. Микроструктура сварного соединения труб Х70 из стали 07Г2Б размером 1153×34,6 мм
- 4. 5. Технологические возможности повышения скорости охлаждения ОШЗ
- Выводы по главе
- 5. Исследование влияния дисперсных частиц оксида титана на повышение ударной вязкости околошовной зоны сварки
- Выводы по главе
- 6. Результаты освоения технологии сварки толстостенных труб для проекта «Nord Stream»
- Выводы по главе
Список литературы
- Анненков. Н.И., Чернышов С. Г., Степанов П. П. и др. Выдержать до 125 атмосфер наши трубы способны. // Нефтегазовая промышленность. 2004. С. 29−32.
- Чернышов С.Г., Митин A.C., Степанов П. П. и др. Трубы для подводных магистральных нефтепроводов. // Сталь. 2007. № 9. С. 60−61.
- Мазель А.Г., Тарлинский В. Д., Современные способы сварки магистральных трубопроводов плавлением. // М.: Недра. 1979. 253 с.
- Механические свойства и свариваемость дугосваренных под слоем флюса труб по новым техническим условиям. // Материалы советско-японского симпозиума (фирма «Кавасаки сэйтэцу»). М.: 1986.
- Пастернак В.И. Требования к сварным соединениям труб большого диаметра. //Газовая промышленность. 1979. № 2. С. 59−60.
- Франтов И.И., Голованенко С. А. и др. Сварка толстостенных труб большого диаметра из стали контролируемой прокатки. // Сварочное производство. 1981, № 6, с. 11−12.
- Серегин Д.В. Повышение надежности сварного соединения электросварных труб большого диаметра. // Сборник научных трудов ОАО «РосНИТИ». Екатеринбург. АМБ. 2004. С. 181 183.
- Митин A.C. Технические требования к трубам с учетом перспективных решений газотранспортной системы ОАО «Газпром» //Тематический сборник научных трудов ОАО «РосНИТИ». Екатеринбург. АМБ. 2004. С. 82−91.
- Шабалов И.П., Шафигин Е. К. Высокопрочные хладокорозионно-стойкие природнолегированые стали для газонефтепроводных труб и строительных конструкций. // М.: Теплоэнергетик. 2003. С. 208.
- Столяров В.И., Франтов И. И. Повышение качества сварных соединений газонефтепроводных труб большого диаметра. // «Черметинформация». М.: 1986, вып. 3, 20 с.
- Применение системы многоцелевого ускоренного охлаждения к получению толстолистовой стали для производства труб большого диаметра дуговой сваркой под слоем флюса. // Материалы советско-японского симпозиума (ф. «Кавасаки сэйтэцу»). М.: 1984, 09.
- О последнем развитии сталей для газонефтепроводных труб большого диаметра, выполняемых процессом VOE и дуговой сваркой под флюсом // Материалы советско-японского симпозиума (Синниппон сэйтэцу). М.: 06. 1984.
- Низкотемпературная вязкость стальных труб нефтегазового сортамента. // Материалы советско-японской симпозиума (ф. «Синниппон сэтэцу»). М.: 1984, 06.
- Матросов Ю.И. Влияние условий контролируемой прокатки на структурные превращения и свойства малоперлитных сталей. // Сталь. 1985. № 2. С. 68−72.
- Листубер Ф., Вальнер Ф. и др. Высокопрочные трубные стали // МиТОМ. 1975. № 12. С. 18−24.
- Матросов Ю.И. Структура и свойства низколегированных сталей после контролируемой прокатки. // МиТОМ. 1975. № 12. С. 2−11.
- Michecich G. Steel developed for Arctic gas lines. // J. Oil and Gas. 1972. № 25. p. 49−52.
- Meyer L. Schweisseignung hochfester Baustahle // Schweisstechnik. 1977. № 1. p. 1−6.
- Матросов Ю.И., Морозов Ю. Д. и др. Экономнолегированная сталь 13ГС для газопроводных труб диаметром 1020−1220 мм. // Сталь. 1985. № 10. С. 66−68.
- Шалимов А.Г., Югов П. И., Евтеев Д. П. Комплексная технология производства качественных низколегированных сталей. // Проблемы современной металлургии. Сборник трудов, М.: Металлургия. 1983. С. 70−75.
- Фельдман У. Металлургические и технологические аспекты производства труб с высоким сопротивлением разрушению. // Материалы семинара по разрушению. М.: Металлургия. 1984.03
- Семенов О, А., Калинушкин П. Н. и др. Производство сварных труб большого диаметра на Харцыском трубном заводе. // Сталь. 1982. № 4. С. 64−67.
- Сварка в СССР. Справочник, т.2 // М.: Наука. 1981. 492 с.
- Hidaka Т., Kimyra Т. // Transactions ISIJ. 1986. р. 387−394.
- Акао К., Ishihara Т. and others. // Research Article. Trans. ISIJ. 1986. p. 379−386.
- Морозов Ю.Д. Тенденции развития сталей для газопроводных труб большого диаметра. // Тематический сборник научных трудов. ОАО «РосНИТИ». Екатеринбург: АМБ. 2004. С. 54−73.
- Грабин В.Ф., Денисенко A.B., Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. // Киев: Наукова думка. 1978. С. 271.
- Франтов И.И., Киреева Т. С. и др. Проблемы свариваемости сталей с полиморфными превращениями. // Проблемы современной металлургии. Сборник трудов. М.: Металлургия. 1983. С. 147−153.
- Lorenz К., Duren С. Equivalent for evaluation of weldability of large-diameter pipe steel. // Steel for line and pipe-line fittings. Grosvenor House. London. 1981. P. 37.
- Suzuki H. Weldability of Modern Structural Steels. // Houdremon Lecture. Annual assembly. IIW. 1982. C. 1−28.
- Голованенко С.А., Франтов И. И. Разработка высокоэффективных свариваемых сталей. // Сварочное производство. 1982. № 2.с.2−4
- Трефилов В.И., Позняк JI.A. и др. Повышение хладостойкости стали путем микролегирования химически активными элементами. // Сталь. 1987. № 10. С. 19−21
- Пилюшенко B.JI. Влияние микролегирования на служебные характеристики стали. // Сталь. 1987. № 10. С. 24−26.
- Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей // М.: Металлургия. 1982. С. 181.
- Погоржельский В.И., Литвиненко Д. А. и др. Контролируемая прокатки. // М.: Металлургия. 1979. С. 184.
- Bernard G. Viewpoint on the Weldability of Carbon — Manganese and Microalloyed Structural Steels. // In «Microalloying-75», New York. 1977. P. 552 566.
- Jesseman R. Columbium Pickup in High-Delution Submerged Arc Weld Deposits // In «Microalloying — 75», New York. 1977. P. 578−592.
- Столяров В.И., Голованенко С. А. и др. Улучшение свойств сварного соединения труб путем оптимизации состава стали. // Сталь. 1982. № 5. С. 7073.
- Сорокин А.Н., Матросов Ю. И. и др. Влияние титана на механические свойства малоперлитной стали 09Г2ФБ // Сталь. 1981. № 7. С. 69−70.
- Матросов Ю.И. Комплексное микролегирование малоперлитных сталей, подвергаемых контролируемой прокатке // МиТОМ. 1986. № 3. С. 10−17.
- Физическое металловедение титансодержащих высокопрочных низколегированных сталей и их применение для газопроводных труб. // Материалы советско-японского симпозиума (ф. «Кавасаки сэйтэцу»). М. 1984.09.
- Франтов И.И., Голованенко С. А. Назаров А.В. и др. Влияние углерода и бора на фазовые превращения низколегированной стали // Сборник трудов «Качественные стали и сплавы». М.: Металлургия. 1978. С.20−24.
- Nokanishi М., Hashimoto Т. Weldability of low C-Nb-Ti-B for Line Pipe // Technical report. Transaction ISIJ, 1986, v. 26, p. 367−372.
- Гривняк И. Руководство по сварке и свариваемости малоперлитных и бесперлитных сталей. // Материалы МИС, доклады IX-B-81, IX-1227−81. Братислава. 1982.
- Келлер М., Хиллендбранд Х-Г. «Чёрные металлы», 2002, октябрь, с. 43−51.
- Gartner A.W., Hillenbrand H.G., Stahl, 1993, № 3, с. 64−67.
- Каваган Н., Хилл М., Лэсселс Дж., Сборник «Стали для газопроводных труб и фитингов», М., Металлургия, 1985, с.252−263.
- Матросов М.Ю., Эфрон Л. И., и др. Использование ускоренного охлаждения для повышения механических и технологических свойств толстолистового проката для изготовления газопроводных труб большого диаметра. М. Метатлург, 2005, № 6, с. 49−54.
- Шабалов И.П., Морозов Ю. Д., Эфрон Л. И. Стали для труб и строительных конструкций с повышенными эксплуатационными свойствами//М. «Металлург», 2003 519 с.
- Graf М., Hillenbrand H.G. Development of large diameter linepipe for offshore applications/ZProceedings of the 3rd international pipeline technology conference, Brugge, Belgium, May 21−24, 2000, v.2, p.p. 221−234.
- Zimmermann В., Brauer H., Marewski U. Development of HFIW linepipe for offshore applications/ZProceedings of the 4th International Pipeline Technology Conference, 9−13 May, 2004, Ostend, Belgium, v.4, p.p. 1573−1594.
- Kondo K. et all. Development of high strength heavy wall seamless sour service linepipe for deep sea//Proccedings of the 4th International Pipeline Technology Conference, 9−13, 2004, Ostend, Belgium, v.4, p.p. 1619−1632.
- Матросов Ю.И., Носоченко A.O., Ганошенко И. В., Володарский В. В. Качественные характеристики малоуглеродистой стали 08Г1Б для газопроводных труб большого диаметра//Сталь, 2002, № 2, с. 55−59.
- Нога Т., Asahi И. Effect of Си addition on hydrogen invasion behavior for X65 linepipe steels in sour environments//Proceedings of the 4th International Pipeline Technology Conference, 9−13, 2004, Ostend. Belgium, v.4, p.p. 1701 1712.
- Hill R.T. Specification and fabrication of steels for use in sour hydrocarbon pipeline//Proceedings of the International conference «HSLA steels: Metallurgy and Application», 4−8 Nevember, 1985, Beijing, China, p.p. 753−761.
- Yamada K. et all. Influence of metallurgical factors on high strength ERW pipe for sour gas service//Proceedings of International Conference on Technology and Applications of HSLA Steels, 3−6 October, 1983, Philadelphia, Pennsylvania, p.p. 835−842.
- Ohtani H. et all. Development of low PCM High grade linepipe for arctic service and sour environment//Proceedings of International Conference on Technology and Applications of HSLA Steels, 3−6 October, 1983. Philadelphia, Pennsylvania, p.p. 843−854.
- H.K.D.H. Bhadeshia «Alternatives to the ferrite-pearlite microstructures». Microalloying in steels/ Trans Tech Publications, Switzerland 1998 pp.39−50.
- Schwinn V., Fluess P., Ormston D. «Low carbon bainitic TMCP plate for structural and linepipe applications»/ Book Recent advances of niobium containing materials in Europe/ Verlag Stahleisen GmbH, Dusseldorf, 2005 / pp.45−55.
- Streisselberger A., Kirsch H.-J., Schwinn V. «Process development in TMCP to produce heavy plates in high strength steel grades» / AG der Dillinger Huttenwerke, Dillingen, Germany. 2003. pp. 275−284.
- DeArdo A.J. «Accelerated Cooling: A Physical Metallurgy Perspective"/ Materials Science and Engineering Department The University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA. 1985 P 3−24.
- Bauer J., Cauderlier N., Fluess P., Schwinn V. „Microstructure and properties of plates for line pipe steels for onshore and offshore application“/ Conference „Pipelines for the 21st Century“. 21−24 aug. 2005, Calgary. Alberta, Canada.
- Krauss G., Thompson S. „Ferritic microstructures in continuously cooled low- and ultralow- carbon steels“ // ISIJ International, Vol. 35 (1995), No. 8, pp. 937−945.
- Ghasemi Banadkouki S., Dunne D. „Formation of Ferritic Products during Continuous Cooling of a Cu-bearing HSLA Steel „/ ISIJ International, Vol. 46 (2006), No. 5, pp. 759−768.
- Yoo J-Y., Ahn S-S., Choo W-Y. „Microstructure and mechanical properties of AP1-X80 grade C-Mn-Nb-V-Mo linepipe steel“. Pipeline Technology Conference 9−13 may. Ostend. Belgium, 2004. V.3, pp. 1089−1098.
- Ishikawa N., Endo S., Kondo J. „High Performance UOE Linepipes“, JFE technical report, № 7. Jan. 2006. pp. 20−26.
- Хироси И., Хироаки О. Влияние выделения фаз на рост зерна аустенита в зоне термического влияния при сварке стали // Обзор исследований по сварке в Японии. 1978, т.9, № 2, с. 81−86.
- Столяров В.И., Яковлева Е. Ф. и др. Определение фазового состава стали 09Г2ФБ, содержащей дисперсные карбонитриды и нитриды // Сборник „Методы анализа, контроля и испытания металлопродукции“. М.: „Металлургия“, 1983. С. 48−53.
- Masumoto I. Effect of microalloying elements of toughness of steel weld metal // Trans. IIW. 1979. v. XII, p. 694−699.
- Sawhill J. Wada T. Properties of welds in low carbon Mn-Mo-Cb line pipe steels // Weld Jurn. 1975. № 5. P. 1−11.
- Garland J.G., Kirkwood P.R. Towards improved Submerged arc weld metal // Metal contsr. 1975, № 5, p.275−283- № 6. P. 230−330.
- Гривняк И. Влияние микролегирующих элементов на ударную вязкость металла шва из стали. // Материалы МИС. Доклады XII-694- ХИ-Е-38- 1979. С. 116−125.
- Гривняк И. Физическая металлургия расплавленного металла в сварном соединении микорлегированной стали // МИС- Доклад IX-1123. Братислава, 1979. С. 1−19.
- Потапов Н.Н. Основы выбора флюсов при сварке сталей // М. Машиностроение. 1979. С. 167.
- Baba Z., Nagachima М. Submerged Arc Welding Process with DC-AC Power Combination for Production of High Toughness Line Pipe // Transaction ISIJ. 1986. P.373−378.
- Lorenz K., Dueren C. „Steels for Line Pipe and Pipeline Fittings“. The Metals Society. London (UK). 1981. P. 322−332.
- Garland J.G., Kirkwood P.R. // Metal Constr. 1975. № 7. P. 275, 320−330.
- Taylor D.S., Sordi J., Thewlis G. // Pipeline Techn. AIM. Rome (Italy). 1987. P. 277−307.
- Christmann H. et al. Pipeline Techn. Cont. Ostende (Belgium). 1990. P. 4.25−4.33.
- Heisterkamp F., Hulka K., Batte D. Metallurgy Welding and Qualification of Microalloyed (HSLA) Steel Weldments. AWS. Miami (Fl). 1990. P. 659−681.
- Batte A.D., Kirkwood P.R. Microalloyed HSLA Steels. ASM Int. 1988. P. 175 188.
- Akselsen O.M., Grong O., Rorvik G. Scand. Journal of Metallurgy 1990. № 19. P. 258−264.
- Harrison P. L. et al., „HAZ Microstructure and its Role in the Fracture of Microalloyed Steel Welds“, The Institute of Materials Second Griffith Conferenceon Micromechanisms of Fracture and their Structural Significance, Sheffield, UK, 13- 15.
- Y.Terada et al. Development of API XI00 UOE LinePipe. Nippon Steel Technical
- Report, № 72, January, 1977, p. 47−52, Sept. 1995, pp. 57 68.
- Tamehiro H., Chino H., „The progress in pipeline material properties“ Nippon Steel Corporation, Aib-Vincotte Leerstoel, April 29, 1991.
- Yoshida Y. et al.,“ High-strength TMCP steel plate for offshore structures (Titanium Oxide bearing steel plate)“, Nippon Steel Corporation, February, 1997.
- Barnes A. M., „The effect of thermomechanically controlled processing of steels on heat affected zone properties“, TWI Report No. Dec. 535/1995.
- Лякишев Н.П., Литвиненко Д. А., Морозов Ю. Д. Мелкозернистые хладостойкие стали для труб магистральных трубопроводов диаметром 1420 мм // Проблемы современной металлургии: сб. трудов, М.: Металлургия, 1983 г. С. 124−132.
- Liu Z., Lua Т., North Т.Н. Deposit properties and the Ti-O-B-N balance in submerged arc welding. //S.I. (Intern. Inst. Of Welding- Doc. II-A-713−87). 1987. P. 24.
- Horii Y. Namura T. Study on the toughness of large-heat input weld metal for low temperature-service TMCP steel. //Nippon Steel Techn. Rep № 37. 1988. P. 19.
- Kawabata F. Mesuares for toughness improvent of heavy-walled UOE pipe’s submerged arc weld metal. // S.I. (Intern. Inst. Of Welding- Doc. XII-953−86 II-A-713−87), 1987. P. 22.
- Подгаецкий B.B. О влиянии химического состава шва на его микроструктуру и механические свойства. // Автоматическая сварка № 2. 1991 г. С. 1−9.
- Походня И.К. Влияние кислорода на образование структуры игольчатого феррита в низколегированном металле сварных швов. // Автоматическая сварка № 2, 1999 г. С. 3−11.
- Watanbe I.Jap. Welding Soc № 50. 1981. P. 778.
- Файнберг Л.И., Рыбаков А. А. и др. Микролегирование швов титаном и бором при многодуговой сварке газонефтепроводных труб большого диаметра. // Автоматическая сварка № 5, 2007 г. С. 2—25.
- Фуджита Ю. Новейшие разработки сталей и сварочных материалов для повышения целостности конструкций. // Автоматическая сварка № 9−10, 2000 г. С. 145−151.
- Махеу W.A. Ductile fracture orrest I gas pipelines // NG-18 Report № 100, Battelle, 1975.
- Королев С.А., Шишов А. А., Степанов П. П., Морозов Ю. Д. Освоение производства труб большого диаметра для Северо-европейского газопровода. // Сталь № 9. 2007 г. С. 63−65.
- Матросов М.Ю., Морозов Ю. Д., Немтинов А. А. и др. Влияние трубного передела на свойства кондукторных труб из толстолистового проката. // Сталь № 9. 2007 г. С. 67−70.
- Schwinn V., Bauer J., Parunov A., Stepanov P. Draft. Sawl 485 for 48» offshore application in thickness up to 41 mm // International pipeline conference, Calgary, Alberta, Canada. 2008.
- Шоршоров М.Х., Чернышев Т. А., Красовский А. Н., Испытание металлов на свариваемость, М. 1972 г. Металлургия, С. 8−62, 75−88.
- Шоршоров М.Х. Металловедение сварки и сплавов титана, М. 1965 г. Наука С. 38−58, 131−164, 202−217.
- Harii Y., Ohkita S. Study on the Toughness of Large Heat Input Weld Metallfor Low Temperature Service TMCP Steel // Nippon Steel Techn. Rep. 1988, April, № 37, P. 1−9.
- Kawabata F., Sacaguchi S. Toughness Improvement of Heavy-Walled Metal // Doc. II W Doc. XII-953−86 II-A-713−87. P.21.
- Патент Украины 74 469, опубл. 15.12.2005, Б.И. № 12.
- Trindade V., Guimaraes A. Normalizing Heat Treatment Effect on Low Alloy Steel Weld Metals // Brazilian Manufacturing Congress. 2003. May. P.5.
- Гуляев А.П. Металловедение. M: Металлургия, 1980, 544 с.
- Suzuki S., Ichimiya К. High Tensile Strength Steel plates with Excellent HAZ Toughness for Shipbuilding // JFE Technical Report., № 5. P. 24−29.
- Takamura J., Mizoguchi S.: Proc. Sixth Int. Iron and Steel Congress. 1. 1990, p. 591.
- Shigeaki О. Достижения в технологии оксидной металлургии. Технический отчет Nippon Steel, № 61, апрель 1994 г.