ВВЕДЕНИЕ 8
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Современные магистральные газопроводы высокого давления 11
1.2 Требования, предъявляемые к основному металлу и сварным соединениям
труб Х100 13
1.2.1 Свариваемость стали группы прочности Х100 17
1.3 Основные принципы легирования и микролегирования высокопрочных
трубных сталей 23
1.4 Термомеханическая контролируемая прокатка 27
1.4.1 Микроструктура высокопрочных трубных сталей 36
1.5 Сварка труб большого диаметра 43
1.5.1 Классификация зоны термического влияния 44
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 47
2.1 Материал исследования 47
2.2 Методы исследования 50
2.2.1 Изучение структуры стали 50
2.2.2 Построение термокинетической диаграммы 51
3. АНАЛИЗ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ И МИКРОСТРУКТУРНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛА ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ СТАЛИ ГРУППЫ ПРОЧНОСТИ Х100 56
3.1 Анализ термокинетической диаграммы превращения аустенита в металле
околошовной зоны стали группы прочности Х100 56
3.2 Микроструктурное и дюрометрическое исследования превращения
аустенита в металле околошовной зоны стали группы прочности Х100 57
4. ВЫВОДЫ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 67
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
Интерес к разработке и строительству трубопроводов высокого давления большого диаметра постоянно возрастает. Сегодня трубы из стали группы прочности Х80 (К65) с рабочим давлением до 11,8 МПа уже производятся многими металлургическими компаниями. Но в ближайшем будущем предлагается увеличить значение рабочего давления труб до 15 МПа. Увеличение рабочего давления труб дает несомненное преимущество, позволяя транспортировать больший объем газа в течение заданного периода времени или в более длинные расстояния. Однако, повышение рабочего давления в трубопроводах требует увеличения толщины стенки трубы или повышения прочности трубной стали. Второй путь, преимуществами которого являются снижение стоимости строительства и металлоемкости при уменьшении толщины стенки труб, предпочтительнее. Так, например, газопроводы большой протяженности требуют дорогостоящих компрессорных станций (КС), а с повышением давления газа при использовании высокопрочных труб потребуется меньшее количество станций, что и повлияет на экономику проекта.
Ситуация, связанная с отдаленными, неблагоприятными и экономически невыгодными нефтяными и газовыми месторождениями также решается за счет трубопроводов со сверхвысокими давлениями. Уменьшенный вес трубопровода значительно снижает затраты на транспортировку участков труб до строительства в полевых условиях, в то время как уменьшенная толщина стенок уменьшает время строительства из-за меньшего объема требуемого металла шва. На рисунке 1 представлен возможный прогноз экономии металла трубопровода благодаря использованию более высокопрочных сталей. Так, при использовании газопроводной компанией Ruhrgas трубопровода группы прочности Х80 с толщиной стенки до 18,3 мм при строительстве было сэкономлено около 20 000 тонн металла по сравнению с трубами из стали группы прочности Х70 толщиной 20,8 мм. Использование высокопрочных сталей, таких как X100 или даже X120, может привести к более значительной экономии металла [1].
Рост рабочего давления может привести к возникновению повышенных напряжений в стенке трубы, способных вызвать разрушение трубопровода. Поэтому помимо повышения прочности необходимо повысить запас вязкости труб особенно в случае пониженных температур эксплуатации. Сварка трубопроводных сталей продолжает вызывать беспокойство из-за присутствия локальной хрупкой зоны в зоне термического влияния (ЗТВ), так как трудно достичь хорошей ударной вязкости при низких температурах, если прочность шва относительна высока.
Использование труб большого диаметра (ТБД) группы прочности Х100 и выше на территории России и стран СНГ, в первую очередь будет востребовано при освоении и расширении нефтегазовых месторождений. Освоение отечественными компаниями производства ТБД группы прочности Х100 и выше укрепит положение компаний на международном рынке и позволит вывести нефтегазотранспортную систему на новый уровень технологического развития.
На предприятиях «Трубной Металлургической Компании» (ОАО «ТМК»), планируется освоение производства труб большого диаметра из стали группы прочности Х100. В связи с этим специалистами «Российского научно-исследовательского института трубной промышленности» (ОАО «РосНИТИ») и «Волжского трубного завода» (АО «ВТЗ») проводится ряд работ, связанных с исследованием свариваемости и разработкой технологии производства сварки труб большого диаметра группы прочности Х100. В настоящей работе представлены результаты построения термокинетической диаграммы превращения аустенита в металле околошовной зоны стали группы прочности Х100 и анализ микроструктуры.
1. В данной выпускной квалификационной работе по микроструктурным и дюрометрическим исследованиям построена термокинетическая диаграмма превращения аустенита в металле околошовной зоны стали группы прочности Х100. Анализ диаграммы превращения и микроструктуры, имитированной ОШЗ показал, что сталь марки 05Г2МФБ группы прочности Х100 обладает высокой устойчивостью аустенита к ферритному и перлитному превращениям.
2. Установлено, что бейнитное превращение наблюдается во всем интервале скоростей охлаждения и с увеличением скорости охлаждения микроструктура бейнита изменяется от грубой игольчатой и глобулярной к дисперсной игольчатой или реечной. Мартенсит появляется в структуре, начиная со скорости охлаждения в интервале W135O-8oo-W8oo-5oo = 30-15 - 300-150 °С/с. При этом твердость стали оказывается выше или равной 3OOHV.
3. Данная работа не завершена, так как не определена ударная вязкость имитированных образцов при различных температурах испытания. Также планируется сравнение микроструктуры и механических свойств имитированных образцов с образцами после реальной сварки.
