Разработка коррозионностойких биметаллических материалов с высокопрочным соединением слоев путем использования электрошлаковой наплавки

• Автор: Родионова, Ирина Гавриловна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 362 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса

1.1 Анализ возможностей повышения коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности оборудования путем использования коррозионностойкой 1 биметаллической

металлопродукции повышенного качества.

1.1.1 Эффективность использования коррозионностойкого биметалла для традиционных потребителей оборудования нефтепереработки, химической промышленности, энергетики, судостроения и других отраслей
1.1.2 Механизмы коррозии оборудования нефтедобычи и требования к коррозионной стойкости и другим характеристикам материалов. Мировой опыт использования коррозионностойких сталей и биметаллов в процессах добычи и транспортировки нефти и газа
1.2 Основные требования к коррозионностойким биметаллам нового поколения. Сравнительная оценка существующих способов промышленного производства биметаллической металлопродукции. Преимущества способа электрошлаковой наплавки. Определение цели исследования
1.2.1 Основные требования к коррозионностойким биметаллам нового поколения для оборудования нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей промышленности и других назначений. .

1.2.2 Основные способы производства коррозионностойких биметаллов.

1.2.3 Сравнительная характеристика разных способов получения биметалла. Преимущества способа широкослойной электрошлаковой наплавки. Определение цели исследования
ГЛАВА 2. Практические и научные аспекты создания качественно новых коррозионностойких биметаллических материалов на базе способа электрошлаковой наплавки.
2.1 Сущность и основные разновидности способа электрошлаковой наплавки. Освоение производства биметаллических заготовок в ОАО Северсталь и в ЗАО Красный Октябрь
2.1.1 Сущность способа электрошлаковой наплавки, основные технологические параметры процесса, определяющие качество биметаллической заготовки.
2.1.2 Освоение производства листовых биметаллических заготовок методом наклонной электрошлаковой наплавки в ОАО Северсталь
2.1.3 Освоение производства листовых биметаллических заготовок методом вертикальной электрошлаковой наплавки в ЗАО Красный Октябрь
2.1.4 Освоение производства трубных биметаллических заготовок методом вертикальной электрошлаковой наплавки в ЗАО Красный Октябрь
2.2 Марочный и размерный сортамент освоенных и перспективных видов биметаллической металлопродукции и возможные технологические схемы их производства
2.3 Постановка задач исследования для создания качественно новых биметаллических материалов и освоения технологий их производства.
ГЛАВА 3. Трансформация химического состава, микроструктуры . и свойств переходной зоны биметалла при получении биметаллической заготовки методом электрошлаковой наплавки, в процессе горячей прокатки на лист и термической обработки. Оценка совместимости марок основного и плакирующего слоев. Оптимизация технологических параметров производства для
обеспечения высокого качества соединения слоев
3.1 Определение условий и разработка технологий получения качественного соединения слоев в биметаллической заготовке в зависимости от схемы наплавки и композиции биметалла
3.1.1 Исследование технологических параметров вертикальной ЭШН, определяющих глубину и равномерность проплавления основного слоя при получении листовых биметаллических заготовок.
3.1.2 Исследование технологических параметров наклонной ЭШН, определяющих глубину и равномерность проплавления основного
3.1.3. Исследование технологических параметров вертикальной ЭШН, определяющих глубину и равномерность проплавления основного слоя при получении трубных биметаллических заготовок.
3.2 Исследование химического состава и микроструктуры переходной зоны биметаллической заготовки и листа в зависимости от марок сталей основного и плакирующего слоя и технологических параметров производства. Оценка совместимости марок основного и
плакирующего слоев
3.2.1 Анализ литературных данных о диффузионных процессах в биметаллах, закономерностях формирования структуры и свойств переходной зоны биметалла при термическом воздействии, влиянии температурновременных параметров горячей прокатки и термической обработки на диффузионное перераспределение
элементов между слоями и на свойства биметалла
3.2.2. Особенности структуры и химического состава переходной зоны в биметаллической заготовке
3.2.3 Микроструктура, микротвердость и химический состав переходной зоны двухслойных листов толщиной мм марки ХМХНБ
3.2.4 Микроструктура, микротвердость и химический состав переходной зоны двухслойных листов толщиной мм марки Г2СХ.
3.2.5 Исследование микроструктуры, микротвердости и химического состава переходной зоны трехслойных холоднокатаных листов толщиной 0,,5 мм марок ХНЮ8ЮХН и ХФБЮХФБ .
3.3 Внутренние напряжения в биметаллах, их влияние на качество соединения слоев проката. Разработка рекомендаций по технологическим параметрам производства биметалла различного
сортамента для предупреждения внутренних напряжений. 1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 3. 1
ГЛАВА 4. Закономерности формирования химического состава, микроструктуры и свойств плакирующего слоя в процессе получения биметаллической заготовки методом электрошлаковой наплавки и при дальнейших переделах. Разработка требований к коррозионностойкой стали расходуемых электродов и к технологическим параметрам производства биметалла с целью обеспечения необходимого химического состава, качественной поверхности и высокой коррозионной стойкости плакирующего слоя
4.1 Закономерности изменения химического состава коррозионностойкой стали в процессе электрошлаковой наплавки. Разработка требований к коррозионностойкой стали расходуемых
электродов.
4.2. Исследование литой структуры наплавленного слоя. Определение условий предупреждения кристаллизационных трещин и повышения технологической пластичности наплавленного слоя для обеспечения высокого качества поверхности биметаллического проката
4.3. Повышение чистоты по примесям, коррозионной стойкости и качества поверхности плакирующего слоя путем
оптимизации состава шлака при электрошлаковой наплавке.
4.4. Трансформация микроструктуры плакирующего слоя при получении биметаллических листов. Возможности повышения комплекса свойств плакирующего слоя путем оптимизации режимов горячей прокатки и термической обработки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 4
ГЛАВА 5. Закономерности формирования структуры и свойств основного слоя биметаллического проката в процессе горячей прокатки и термической обработки. Разработка оптимальных
режимов термической обработки биметаллов различного сортамента 2 5.1 Разработка технологии нормализующей прокатки
двухслойных листов марки Г2СХ применительно к возможностям Волгоградского завода Красный Октябрь. Разработка технологии нормализующей прокатки биметалла
5.2 Исследование влияния режимов термообработки на структуру основного слоя и механические свойства биметаллических листов марки ХМЮ8ХНБ и Г2СХНБ .
применительно к возможностям оборудования ОАО Северсталь
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 5
ГЛАВА 6. Разработка технологии и освоение производства
различных видов биметаллической металлопродукции. Особенности их структуры и свойств. Разработка и согласование с потребителями нормативнотехнической документации
6.1 Освоение в ОАО Северсталь производства горячекатаной
трехслойной листовой стали толщиной 2 мм для сельхозмашиностроения и других назначений.
6.2 Освоение производства холоднокатаной трехслойной листовой стали толщиной 0,,0 мм для автомобилестроения, .торгового оборудования и т.д. по кооперации ОАО Северсталь ОАО МЕЧЕЛ.
6.3 Освоение в ОАО Северсталь и в ЗАО Красный Октябрь производства двухслойного толстолистового проката толщиной 8 мм, а также толщиной 0 мм для оборудования нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслей промышленности
6.4 Освоение в ОАО Выксунский металлургический завод производства сварных прямошовных труб ТВЧ для нефтепромысловых трубопроводов из двух и трехслойного проката производства ОАО Северсталь.
6.5 Освоение производства биметаллических бесшовных труб по кооперации ЗАО Красный Октябрь ОАО Волжский трубный завод.
ГЛАВА 7. Оценка потребительских свойств новых видов биметаллической металлопродукции и экономической эффективности их использования 3 1
7.1 Результаты комплексного исследования качества холоднокатаной трехслойной стали 3 1
7.2 Применение биметаллических труб для трубопроводов систем нефтесбора ОАО СлавнефтьМегионнефтегаз. Результаты комплексных лабораторных и промысловых коррозионных испытаний образцов труб из двух и трехслойной стали с оценкой ресурса эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов
7.3 Применение биметаллического листового проката, полученного на базе метода электрошлаковой наплавки, для оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств.
7.4. Экономическая эффективность использования новых коррозионностойких биметаллических материалов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение


Однако скорость язвенной коррозии можно существенно уменьшить путем оптимизации химического состава и структуры стали, то есть выбором или разработкой оптимальной марки стали и технологической схемы получения труб из нее. Особым видом локальной коррозии является канавочная коррозия грубопроводова которая встречается все чаще при эксплуатации систем нефтесбора в различных регионах и представляет собой локальное разрушение внутренней поверхности трубопровода по нижней образующей в виде канавки, близкой к прямоугольному сечению 9. Механизм канавочной коррозии изучен достаточно хорошо 9, . Причиной ее является эрозионный износ осадка, отлагающегося на внутренней поверхности трубопровода. Это приводит к тому, что внутренняя нижняя часть поверхности трубопровода после удаления с нее в результате эрозионного износа продуктов коррозии становится анодом по отношению к остальной защищенной поверхности трубопровода, являющейся катодом. При этом растворение анодных участков может происходить с очень большой скоростью до ммгод и более. На первой стадии идет утонение нижней стенки трубопровода, которое достаточно равномерно увеличивается по мере приближения к нижней образующей. В работе отмечено, что в начальный период эксплуатации трубопровода абразивные частицы механических примесей, присутствующие в транспортируемой среде, разрушают слой металлургической окалины и технологических отложений на нижней образующей трубы. Особенно интенсивно это происходит на восходящих участках трубопровода, где в результате ударов скапливающегося и периодически проходящего газа расслоенный водонефтяной поток, содержащий частицы абразива, с нестабильной цикличностью совершает возвратнопоступательное движение. При этом помимо разрушения окалины происходит наклеп оголившейся поверхности трубы за счет микрорезания. На поверхности канавки наблюдаются риски, направленные под углом к оси трубы. Наклеп ускоряет развитие локального коррозионного процесса. При достижении определенных значений толщины стенки трубопровода в нижней его части механизм канавочной коррозии изменяется. Существенную роль начинают играть растягивающие напряжения, которые при новой толщине стенки могут превысить некоторое пороговое значение. На этой стадии выделяющийся при водородной деполяризации атомарный водород может проникать в металл, вызывая его охрупчивание, механизмы которого рассмотрены ниже. При этом более существенную роль играет структура стали, определяющая ее стойкость против водородного охрупчивания. На этой же стадии возможно протекание сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением, которое, в частности, определяется количеством и морфологией сульфидных включений. Однако, это происходит уже на заключительной стадии развития коррозионного процесса. Поэтому главное требование к сталям для труб при опасности канавочной коррозии это повышенная стойкость против коррозионной эрозии, которая, в свою очередь, зависит от стойкости против общей коррозии, от механических характеристик стали и от стойкости защитных пленок продуктов коррозии, определяемой химическим составом стали. Использование высоколегированных сталей или биметаллов для некоторых видов нефтепромыслового оборудования должно существенно повысить стойкость против рассмотренных видов локальной коррозии. Однако, при этом следует обратить особое внимание на необходимость обеспечения стойкости против питтинговой коррозии, к которой склонны высоколегированные стали в некоторых средах. Одним из путей повышения стойкости таких сталей против питтинговой коррозии помимо оптимизации химического состава, может быть обеспечение их чистоты по примесям кислороду, сере и неметаллическим включениям. Механизмы коррозионного растрескивания промысловых нефтепроводов. Коррозионное растрескивание КР особый вид разрушения, возникающий при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды 9. Процесс разрушения происходит достаточно быстро без видимой или с весьма малой пластической деформацией при напряжении ниже временного сопротивления металла.