Исследование и разработка эффективных технологий ковшовой обработки сталей для труб нефтепромыслового назначения

• Автор: Семернин, Глеб Владиславович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Содержание

Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературы
1.1 Закономерности влияния неметаллических включений на служебные свойства, отсортировку металла по различным дефектам
1.2 Современные тенденции развития металлургии, материаловедения и проблема неметаллических включений в стали
1.2.1 Современные требования к технологиям производства массовых высококачественных сталей
1.2.2. Существующие представления о процессах формирования и трансформации неметаллических включений в стали. Термодинамические, физико-химические методы прогнозирования их типа и количества
1.2.3 Технологические параметры обработки металлического расплава, определяющие чистоту стали по неметаллическим включениям
1.2.4. Существующие представления о формировании неметаллических включений на основе алюмомагниевой шпинели и их влиянии на служебные свойства металлопродукции
1.3. Методы оценки типа и количества неметаллических включений
1.4. Постановка цели и задач работы
Г лава 2. Материал и методики исследования
2.1 Материал для исследования
2.2 Методики исследования
2.2.1 Методики металлографического исследования неметаллических включений
2.2.2 Методики электронномикроскопического исследования и определения составов неметаллических включений
2.2.3 Методики оценки коррозионной стойкости стали
2.2.4 Методики статистической обработки полученных данных
2.2.5 Методы проведения термодинамического анализа
Глава 3. Исследование состава и морфологии КАНВ в стали различных способов
выплавки
3.1 Исследование количества, составов и морфологии неметаллических включений методами металлографии, электронной микроскопии, энергодисперсионного микроанализа

3.2 Оценка влияния содержания КАНВ в стали на ее коррозионную стойкость в водных
хлорсодержащих средах
Глава 4. Теоретический анализ условий формирования КАНВ на основе алюмомагниевой
шпинели
Глава 5. Разработка технологии ковшовой обработки углеродистых и низколегированных сталей на различных металлургических предприятиях, обеспечивающей требуемое низкое содержание КАНВ
5.1. Разработка технологии ковшовой обработки стали 20-КСХ на ЧерМК ОАО «Северсталь», обеспечивающей требуемое низкое содержание КАНВ
5.2. Разработка технологии ковшовой обработки стали 20-КТ на ОАО «Тагмет»,
обеспечивающей требования по низкому содержанию КАНВ
5.3. Разработка и освоение технологии ковшовой обработки стали типа 20 с гарантированно
низким содержанием КАНВ в условиях ЛПК ОАО «ОМК-сталь»
Глава 6. Принципы создания технологии производства низколегированных сталей с
низким содержанием неблагоприятных типов неметаллических включений
Выводы
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Освоение богатейших месторождений углеводородного сырья в Российской Федерации происходит в сложных природно-климатических условиях Сибири и Крайнего Севера. Доля сложных месторождений нефти, а также степень минерализации транспортируемых нефтепромысловых сред за последнее время быстро возрастает. Если, еще в недалеком прошлом, транспортируемая среда, в основном, состояла из нефти (85-90%), то в настоящее время ее доля, в среднем, редко превышает 20-30%. Это существенно повысило степень агрессивности контактирующей среды и аварийность нефтепромысловых систем в результате масштабных коррозионных повреждений.
С другой стороны, прогресс в металлургической технологии привел к изменению типов неметаллических включений, структурного состояния и других факторов, определяющих качество стали для нефтепромысловых систем, водоводов, тепловых сетей и других ответственных назначений. Во многом, характер влияния новых типов неметаллических включений на коррозионную стойкость и эксплуатационную надежность стали, не установлен. Одно из важнейших последних достижений материаловедения низколегированных сталей, состоит в получении неопровержимых доказательств, что их стойкость против локальной коррозии в ряде сред контролируется присутствием неметаллических включений определенного вида, способных катастрофически ускорять коррозионные процессы и получивших название коррозионноактивные неметаллические включения (КАНВ). Их отрицательное влияние на коррозионную стойкость стали, как правило, существенно превосходит вклад положительных факторов, связанных с оптимизацией химического состава, структурного состояния металла. В результате имеет место резкое снижение эксплуатации металлопродукции до 3-12 месяцев вместо планового показателя - 8-10 лет. Аналогичная ситуация наблюдается в топливно-энергетическом комплексе, системах тепло- и водоснабжения, коммунальном хозяйстве и других областях техники и промышленности.
Отмеченные обстоятельства определяют необходимость и безотлагательность решения проблемы обеспечения нефтегазодобывающего, топливно-энергетического комплексов новыми сталями с высокими показателями коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности, которые могут быть достигнуты, прежде всего, путем обеспечения низкого содержания КАНВ. Сформулированная задача является предельно сложной из-за быстрого расширения круга используемых материалов, технологических приемов, резкого повышения интенсивности воздействия на металл, производительности

интенсификация вторичного окисления металла. Более интенсивному окислению металла способствует также гетерогенное состояние покровного шлака и его повышенная окисленность. Рост концентрации РеО в шлаке стимулирует как интенсификацию процесса окисления верхних слоев металла, так и ускоряет транспорт кислорода из атмосферы [73]. Продукты вторичного окисления металла - неметаллические включения, в значительной степени могут сохраняться в стали, приводя к различным отрицательным последствиям, в том числе, к формированию КАНВ и снижению стойкости к процессам локальной коррозии [7-10].
Введение любых материалов в жидкую сталь приводит к резкому локальному снижению температуры, которое зависит как от типа добавки, так и от ее массы, фракционного состава и т. п. При этом на поверхности попавшей в металлический расплав твердой частицы ингредиента намораживается оболочка из твердой стали, геометрические размеры которой определяются соотношением между теплофизическими характеристиками материала присадки и стали. В зависимости от температуры плавления материала добавки возможно полное или частичное плавление частицы еще при наличии твердой стальной оболочки. Однако ее усвоение начинается только после полного удаления оболочки твердой стали и, во многих случаях, происходит по диффузионному
механизму. Возникающая при этом большая концентрационно - температурная
неоднородность в больших объемах металла способствуют как сохранению уже
присутствующих, так и формированию новых неметаллических включений. Таким образом, усвоение жидким металлом вводимой присадки является длительным процессом. Например, экспериментальные определения и расчет показывают, что для расплавления никелевого шарика диаметром 50 мм в жидкой стали при 1600°С необходим интервал времени порядка 3 мин [77]. Попадание в зону пониженной температуры частиц шлака и/или сульфида кальция при недостаточной продолжительности выдержки, которая не обеспечивает выравнивание возникшего неоднородного температурно-
концентрационного поля, может стать причиной появления экзогенных неметаллических включений, в том числе КАНВ.
Хорошо известно, что шлаки с высоким содержанием (термодинамической
активностью) СаО являются «короткими», имеющими небольшую температурную
область гомогенности. При введении добавок и локальном снижении температуры, капли
шлака, диспергированные в металле, легко кристаллизуются, являясь потенциальными
источниками КАНВ. Кроме того, расплавы с высокой термодинамической активностью
СаО обладают большой ссро-поглотительной способностью. Поэтому при повышенном
содержании серы в металле на диспергированных частицах высокоосновного шлака