Бюллетень черная металлургия Том 76 3 на предприятиях ив институтах
 Скачать 0.77 Mb.
|
“УРАЛЬСКОЙ СТАЛИ ― 65 ЛЕТ УДК 669.14.018.292:621.74.047 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА В УСЛОВИЯХ АО УРАЛЬСКАЯ СТАЛЬ С. П. ЗУБОВ, технический директор А. А. ПРИДЕИН, начальник управления технического сопровождения прокатного производства, a.pridein@uralsteel.com; Л. В. ПРОКОПЕНКО, начальник прокатного отдела ЕЛ. БАЗАЕВ, главный специалист по инновационным видам продукции О. В. САМОХИНА, начальник термического отдела ДА. ШАБЛЯ, ведущий специалист по прокатному производству АО Уральская Сталь, Россия, Оренбургская обл, г. Новотроицк) Аннотация. Для сооружения промысловых нефтепроводов наиболее востребованы трубы из сталей 09ГСФ и 13ХФА, соответствующие классу прочности К. К стойкости трубной продукции и соединительных деталей промысловых нефте- и нефтепродуктопроводов и к воздействию агрессивных сред, содержащих воду и сероводород, предъявляются повышенные требования. В АО Уральская Сталь успешно внедрена унифицированная комплексная технология производства коррозионностойкого листового проката из сталей 09ГСФ и 13ХФА в широком диапазоне размерного сортамента с обеспечением требований к водородному растрескиванию по стандарту NACE TM0284 и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением по методу А стандарта NACE TM0177. Разработаны режимы контролируемой листовой прокатки с ускоренным последеформационным охлаждением и последующим высоким отпуском, обеспечивающие заданный уровень механических характеристик, соответствующих классу прочности К. Для обеспечения удовлетворительной плоскостности листов рекомендованы варианты химического состава стали в зависимости от толщины готового листа. Режимы производства обеспечивают высокую хладостойкость металла и фактические значения ударной вязкости KCV –40 , значительно превышающие нормативные требования. Показано, что снижение соотношения Ca/S в металле допри содержании серы менее 0,002 % не только не приводит к снижению коррозионной стойкости, но и минимизирует ликвационную неоднородность стали и загрязненность неметаллическими включениями. Разработанная в АО Уральская Сталь технология обеспечивает возможность промышленного производства коррозионностойкого листового проката из сталей 09ГСФ и 13ХФА в широком размерном диапазоне. Ключевые слова коррозионностойкий листовой прокат, коррозионная стойкость, водородное и сульфидное коррозионное растрескивание, внепечная обработка стали, контролируемая прокатка, ускоренное охлаждение, высокий отпуск. Ссылка для цитирования Зубов С.П., Придеин А.А., Прокопенко Л.В., Базаев ЕЛ, Самохина О.В., Шабля ДА. Совершенствование технологии производства коррозионностойкого листового проката в условиях АО Уральская Сталь // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 3. С. 214–221. Doi: 10.32339/0135-5910-2020-3-214-221 PERFECTION OF THE TECHNOLOGY OF CORROSION-RESISTANT SHEET ROLLED STOCK PRODUCTION AT JSC “URAL STEEL” S. P. ZUBOV, Technical Director; А. А. PRIDEIN, Head of Dpt. “Technical support of rolling Production”, a.pridein@uralsteel.com; L. V. PROKOPENKO, Head of Rolling Dpt.; E. L. BAZAEV, Chief Spec. in Innovative Products; О. V. SAMOKHINA, Head of Thermal Dpt.; D. A. SHABLYA, Leading Spec. of rolling Production (JSC “Ural Steel”, Russia, Orenburg rgn., Novotroitsk) Abstract. Manufacturing of field oil pipelines require mainly pipes of 09ГСФ and 13ХФА steels, which correspond to the K52 class of strength. The pipe products and connection details of field oil- and oil products pipelines must meet increased requirements to their resistance against aggressive media, containing water and hydrogen sulfide. At the JSC “Ural Steel”, a unified comprehensive –60 не менее 59 Дж/см 2 , металл должен быть стойким к водородному растрескиванию (коэффициент длины трещин CLR небо- лее 3 %, коэффициент ширины трещин CTR не более 6 %), величина пороговой нагрузки по стандарту NASE TM 0177–90 должна быть не менее 70 %. Тем не менее АО Уральская Сталь успешно справилось с поставленной задачей и обеспечило поставку металлопроката в установленные сроки, объем пилотного проекта составил т. В следующем 1999 г. поставка составляла уже 6500 т. С того момента в АО Уральская Сталь произошел ряд коренных изменений в части состава основного оборудования и, соответственно, технологических возможностей по обеспечению качественных характеристик при производстве толстолистового проката. В процессе модернизации производства выполнено реконструкция электропечей – ввод в действие установки ковш-печь (УКП) и установки по вакуумной обработке стали – ввод в действие слябовой установки непрерывной разливки и перевод всего производства толстого листа на использование литых слябов; – реконструкция старых и ввод новой методических нагревательных печей – полная замена черновой и чистовой клетей стана 2800 по проекту SMS Demag; – ввод в эксплуатацию установки ускоренного последеформационного охлаждения – ввод в действие роликовой листоправильной машины – общая реконструкция действующего производства, позволившая автоматизировать процессы выплавки, разливки стали и прокатки – ввод в эксплуатацию комплекса роликовая печь – роликозакалочная машина (РТП–РЗМ) по проекту Tenova. Переход на новую технологическую базу позволил на качественно новом уровне обеспечить производство штрипса для электросварных труб. Это касается в первую очередь обеспечения металлургической чистоты стали по неметаллическим включениям, вредным примесями газам, узкого интервала по обеспечению химического состава, высокого уровня ударной вязкости, комплекса свойств и сплошности по результатам ультразвукового контроля. Уменьшение сегрегационной неоднородности и обеспечение чистоты металла по примесям достигается применением качественных первородных материалов, глубоким рафинированием и обеспечением требований по разливке и кристаллизации слитка. Требуемая микроструктура стали феррито-бейнитного класса получается с помощью оптимального легирования стали кар- бонитридообразующими элементами и технологии контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением. В 2014 г. АО Уральская Сталь совместно со специалистами ООО Самарский инженерно- технический центра в дальнейшем с ООО “ИТ- Сервис” провели работу по совершенствованию технологии производства штрипса из стали 09ГСФ в сероводородостойком исполнении. Итогом этой работы стала разработка спецификации процесса производства стали 09ГСФ для изготовления листового проката повышенной коррозионной стойкости, включающего выплавку полупродукта в ДСП, обработку на УКП с получением металла требуемого марочного состава с содержанием серы менее 0,002 % (мас.), вакуумирование, модифицирование неметаллических включений до начала и по окончании вакуумной обработки с суммарным расходом SiCa 0,6–1,0 кг/т и разливку стали на МНЛЗ. По-другому ситуация обстояла со сталью 13ХФА, в 2009 г. было организовано производство опытной партии, но результат оказался отрицательным не достигнуто нормируемое значение по ударной вязкости. В дальнейшем запросы на сталь 13ХФА носили единичный характер, и, учитывая отрицательный опыт производства, АО Уральская Сталь не подтверждало такие заказы. Тем не менее в связи с общим падением спроса на толстолистовой прокат изготовители вынуждены принимать любые заказы. Так произошло и со сталью 13ХФА. В январе 2015 г. первоначально подтвержден заказ на поставку 1000 т листа толщиной 9 мм, ив дальнейшем заказы принимались на любую толщину листа без ограничения объемов. Учитывая опыт производства стали 09ГСФ основные усилия были направлены на минимизацию развития осевой ликвационной неоднородности металла при производстве слябов и подбор режимов прокатки и термической обработки, снижающих отрицательное влияние ликвационной неоднородности на стойкость металла к водородному растрескиванию. На первом этапе разработки технологии производства стали 13ХФА в условиях АО Уральская Сталь выбран базовый химический состав с высоким содержанием ванадия, хрома, а также небольшой добавкой ниобия и никеля (см. таблицу ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕЙ 09ГСФ И 13ХФА CHEMICAL COMPOSITION OF 09ГСФ AND 13ХФА STEELS Массовая доля химических элементов, % C Mn Mo S P N Сталь не более Si не более Cr Al не более V не более 09ГСФ 0,13 Не более 0,70 0,70 Не более 0,30 0,020– 0,04 0,20 0,04–0,12 0,002 0,015 0,010 13ХФА 0,13 0,17– 0,40 0,70 0,50– 1,00 0,020– 0,050 0,30 0,04–0,10 0,002 0,010 0,009 В дальнейшем проведена унификация режимов производства сталей 13ХФА и 09ГСФ. Ввиду отсутствия машины холодной правки в зависимости от толщины листа использовали два диапазона массовой доли углерода – для условно тонких профилей толщиной 8–12 мм массовая доля углерода составляла 0,10–0,12 %; – для условно толстых профилей толщиной более 12 мм массовая доля углерода была 0,07–0,09 %. Для обеспечения серийной нормы разливки на МНЛЗ профили толщиной 12–18 мм плавили с диапазоном углерода как 0,10–0,12 %, таки. При выплавке в ДСП емкостью 120 т получали полупродукт с низким массовым содержанием углерода и фосфора 0,04–0,07 и 0,008– 0,012 % соответственно. При обработке на УКП решалась задача получения металла требуемого химического состава с низким остаточным содержанием серы (0,002 % и менее. При обработке стали в вакууматоре камерного типа обеспечивалось снижение массового содержания водорода встали дои менее. Окончательная корректировка металла по содержанию алюминия и модифицирование неметаллических включений осуществлялись по завершению вакуумной обработки. При этом остаточное содержание алюминия встали составляло 0,025– 0,035 %, количество вводимого модификатора силикокальция в виде проволоки с наполнителем из SiCa) определялось исходя из поставленной задачи выполнения критерия Ca/S >1,0 для гарантированного связывания всей ликвирующей в процессе кристаллизации серы в глобулярные включения с оболочкой из CaS [6]. Модифицирование неметаллических включений проводили при глубокой степени десульфурации и при относительно низком расходе SiCa в два этапа перед вакуммированием металла (0,7–1,0 кг/т) и по окончании вакуумной обработки стали (0,3–0,6 кг/т). Цель по достижению критерия Ca/S >1 не ставилась, фактическое значение Ca/S находилось в диапазоне 0,5–0,8. Снижение соотношения Ca/S в металле допри содержании серы менее 0,002 % не только не приводит к снижению коррозионной стойкости, но и минимизирует ликвационную неоднородность стали и загрязненность неметаллическими включениями [7]. Данный способ модифицирования обеспечивает низкую долю экзогенных включений ― до 10–15 % включений на основе MgO и до 10 % включений, близких по составу ковшевому шлаку. Данное обстоятельство дополнительно указывает на определяющее влияние операции модифицирования вакуумированного металла на формирование типов неметаллических включений и уровень загрязненности ими металла. После непрерывной разливки слябы направлялись на противофлокенную обработку в отапливаемых колодцах в течение 48 ч. Другой характерной особенностью разработанной технологии было применение относительно высокой температуры нагрева слябов под прокатку 1200–1220 С. Данный режим позволил провести прокатку в черновой клети при температуре 1050–1120 С с обеспечением относительных обжатий до 15–18 %. Такие обжатия позволили формировать более мелкое и равноосное аустенитное зерно после черновой стадии прокатки благодаря протеканию рекристаллизации после каждого прохода на клети дуо ив конечном результате повысить как прочностные, таки пластические свойства. Чистовая стадия прокатки осуществляется в интервале температур 800–820 С. Суммарная деформация на чистовой стадии прокатки составила более 75 %, частные обжатия за проход ― 12–18 %. Применение ускоренного охлаждения сразу после окончания пластической деформации обеспечивает получение мелкозернистой структуры с номером зерна 9–11. Увеличение интенсивности охлаждения позволяет получить мелкодисперсную феррито-бейнитную микроструктуру и обеспечивает нормируемую прочность, соответствующую классу прочности К, и высокую хладостойкость штрипса. Температура конца ускоренного охлаждения назначалась в зависимости от содержания углерода и толщины листа и варьировалась от 650 до 580 С. Далее, для снятия внутренних напряжений листы проходили термическую обработку по режиму высокий отпуск с температурой печи по зонам 218 750 С. Конкретное удельное время назначалось исходя из фактического уровня механических свойств после контролируемой прокатки с УКО и изменялось от 2,5 до 5 мин/мм. В 1998–2019 гг. объем поставки штрипса илиста из стали 09ГСФ превысил 250 тыс. т. В 2015–2019 гг. в АО Уральская Сталь было выплавлено и прокатано более 200 плавок стали 13ХФА в широком диапазоне размерного сортамента. Общая отгрузка превысила 20 тыс. т. Уровень механических характеристик, достигнутый при производстве листового проката из сталей 09ГСФ и 13ХФА, приведен на рис. 1. Рис. 1. Уровень механических и вязких свойств, достигнутый при производстве листов толщиной 9–36 мм а ― частотное распределение предела текучести стали 13ХФА; б ― частотное распределение временного сопротивления стали 13ХФА; в ― частотное распределение предела текучести стали 09ГСФ; г ― частотное распределение временного сопротивления стали 09ГСФ; д ― частотное распределение ударной вязкости KCV –40 стали 13ХФА; е ― частотное распределение ударной вязкости KCV –40 стали 09ГСФ Fig. 1. Level of mechanical and tough properties, reached at the production of 9–36 mm thick plates: a ― frequency distribution of 13ХФА steel yield strength; б ― frequency distribution of 13ХФА steel tensile strength; в ― frequency distribution of 09ГСФ steel yield strength; г ― frequency distribution of 09ГСФ steel tensile strength; д ― frequency distribution of 13ХФА steel impact toughness KCV –40 ; е ― frequency distribution of 09ГСФ steel impact toughness KCV –40 × 500, лист 17 мм, сталь 13ХФА; б ― поверхность × 100, лист 17 мм, сталь 13ХФА; в ― поверхность × 500, лист 15 мм, сталь 09ГСФ; г ― поверхность × 100, лист 15 мм, сталь 09ГСФ Fig. 3. Microstructure of the plates: a ― surface × 500, 17 mm thick plate, steel 13ХФА; б ― surface × 100, plate 17 mm thick, steel 13ХФА; в ― surface × 500, plate 15 mm thick, steel 09ГСФ; г ― surface × 100, plate 15 mm thick, steel 09ГСФ Проведенные в ЗАО “ВНИИТнефть” и ООО НИПП “Вальма” исследования коррозионной стойкости проката, произведенного по технологии контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением и последующим высоким отпуском, показали, что листовой прокат полностью соответствует установленным требованиям нормативной документации в части сопротивления коррозионному сероводородному растрескиванию под напряжением и водородному растрескиванию коэффициент длины трещины CLR не превышал коэффициент длины трещины в сечениях одного образца CLR не превышал 15 %; – коэффициент толщины трещины CTR не превышал 3 %; – СКРН по методу А стандарта NACE ТМ0177 σ th = т – скорость общей коррозии по методике “НефтеГазСервис” № 9668-006-593377520–2003 составляла не более 0,5 мм/год. В условиях АО Уральская Сталь успешно внедрена унифицированная комплексная технология производства коррозионностойкого листового проката из сталей 09ГСФ и 13ХФА в широком диапазоне размерного сортамента с обеспечением требований к водородному растрескиванию по стандарту NACE TM0284 и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением по методу А стандарта NACE TM0177. Разработанные режимы контролируемой прокатки, включающей ускоренное последеформа- ционное охлаждение с проведением последующего высокого отпуска с контролем температуры металла на выходе из печи, обеспечивают заданный уровень механических характеристик, соответствующих классу прочности К. Для обеспечения удовлетворительной плоскостности листов целесообразно применение двух вариантов химического состава в зависимости от толщины готового листа. Режимы производства обеспечивают высокую хладостойкость металла, фактические значения ударной вязкости KCV –40 значительно превышают нормативные требования. Снижение соотношения Ca/S в металле допри содержании серы менее 0,002 % не только не приводит к снижению коррозионной стойкости, но и минимизирует ликвационную неоднородность стали и загрязненность неметаллическими включениями. АО Уральская Сталь имеет возможность промышленного производства коррозионностой- кого листового проката из сталей 09ГСФ и 13ХФА в широком размерном диапазоне. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Nakasugi H., Matsuda H. Development of new line-pipe steels for sour-gas service // Nippon Steel Techn. Rep. 1979. № 14. Р. 66–78. 2. Treseder R., Swanson T. Factors in sulfide corrosion cracking of hige strength steels // Corrosion. 1968. V. 24. № 2. Р. 31–37. 3. Townsend H. Hydrogen sulfide stress corrosion cracking of hige strength steels wire // Corrosion. 1972. V. 28. № 2. Р. 39–46. 4. Li J., Oriani R., Darken L. The thermodynamic of stressed solids // Zeitschrift fur physic. Chem N.F., 1966. Bd. 49. № 3–5. S. 271–290. 5. Морозов Ю.Д., Чевская ОН, Филиппов ГА. и др. Влияние режимов деформационно-термической обработки на склонность трубной стали к коррозионному растрескиванию под напряжением // Металлург. 2007. № 11. С. 27–32. 6. Титова Т.М. О целесообразности позднего микролегирования стали в процессе формирования непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе МНЛЗ // Металл и литье Украины. 2009. № 3. С. 19–22. 7. Сафронов А.А., Дуб В.С., Мовчан МА. и др. Разработка технологии производства стали 09ГСФ повышенной коррозионной стойкости // Сталь. 2016. № 2. С. 58–66. Поступила 23 декабря 2019 г BULLETIN «FERROUS METALLURGY» • Vol. 76 • 3 • 2020 ―――――――――――――――――――――――――――― 221 REFERENCES 1. Nakasugi H., Matsuda H. Development of new line-pipe steels for sour-gas service. Nippon Steel Techn. Rep., 1979, no. 14, pp. 66–78. 2. Treseder R., Swanson T. Factors in sulfide corrosion cracking of hige strength steels. Corrosion, 1968, vol. 24, no. 2, pp. 31–37. 3. Townsend H. Hydrogen sulfide stress corrosion cracking of hige strength steels wire. Corrosion, 1972, vol. 28, no. 2, pp. 39– 46. 4. Li J., Oriani R., Darken L. The thermodynamic of stressed solids. Zeitschrift fur physic. Chem N.F., 1966, vol. 49, no. 3–5, pp. 271–290. 5. Morozov Yu.D., Chevskaya O.N., Filippov G.A. etc. Influence of deformation and thermal treatment modes on inclination of pipe steel to corrosion cracking under stress. Metallurg, 2007, no. 11, pp. 27–32. (In Russ.). 6. Titova T.M. Regarding reasonability of late steel micro-alloying in the process of continuously casted billet forming in a CCM mold. Metall i lit’e Ukrainy, 2009, no. 3, pp. 19–22. (In Russ.). 7. Safronov A.A., Dub V.S., Movchan M.A., Ioffe A.V., Bazaev E.L., Pridein A.A. Elaboration of a technology of production of 09ГСФ steel with increased corrosion resistance. Stal’, 2016, no. 2, pp. 58–66. (In Russ.). Received December 23, 2019 |