blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-11-866-875blackmet-1501Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESТехнологии производства стальных бесшовных труб для добычи трудноизвлекаемых углеводородовManufacturing technologies of steel seamless tubes for production of hard-to-recover hydrocarbonsШиряевА. Г.ShiryaevA. G.

Генеральный директор.

105062, Москва, ул. Покровка, 40, к. 2а

General Director.

Moscow

ЧетвериковС. Г.ChetverikovS. G.

Управляющий директор.

404119, Волгоградская область, Волжский, ул. 7-я Автодорога, 6

Managing Director.

Volzhskii, Volgograd Region

ЧикаловС. Г.ChikalovS. G.

Заместитель генерального директора по техническим продажам и инновациям.

105062, Москва, ул. Покровка, 40, к. 2а

Deputy General Director of Technical Sales and Innovation.

Moscow

ПышминцевИ. Ю.PyshmintsevI. Yu.

Доктор технических наук, профессор, генеральный директор.

454139, Челябинск, ул. Новороссийская, 30

Dr. Sci. (Eng.), Professor, General Director.

Chelyabinsk

PyshmintsevIU2@tmk-group.comКрыловП. В.KrylovP. V.

Начальник департамента.

117997, Москва, ул. Наметкина, 16

Head of the Department.

Moscow

Трубная металлургическая компания, ОАОРоссияTMK, JSCRussian FederationВолжский трубный завод, ОАОРоссияVolzhskii Pipe Plant (VTZ), JSCRussian FederationРоссийский научно-исследовательский институт трубной промышленности, ОАОРоссияRussian Scientific Research Institute of the Pipe IndustryRussian FederationГазпром, ПАОРоссияGazprom, PJSCRussian Federation2018241220186111866875Copyright © Ширяев А.Г., Четвериков С.Г., Чикалов С.Г., Пышминцев И.Ю., Крылов П.В., 20182018Ширяев А.Г., Четвериков С.Г., Чикалов С.Г., Пышминцев И.Ю., Крылов П.В.Shiryaev A.G., Chetverikov S.G., Chikalov S.G., Pyshmintsev I.Y., Krylov P.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1501

Дан обзор основным направлениям разработки современных трубных сталей, технологии их выплавки, а также горячей прокатки и термообработки для удовлетворения возросших требований к бесшовным трубам для добычи нефти и газа в сложных условиях. Задачи Газпрома в освоении новых ресурсов определили разработку технических требований к высокопрочным хладостойким, сероводородостойким и стойким к углекислотной коррозии обсадным и насосно-компрессорным трубам. Даны металловедческие основы разработки новых марок высококачественной стали с минимальным содержанием серы, фосфора, растворенных газов и режимов их обработки, состоящие в выборе химического состава с учетом задачи формирования мартенситной структуры при закалке и последующего высокого отпуска для формирования требуемого сочетания прочности и вязкости. При этом показано, что оптимальная комбинация высокой прочности и вязкости при температуре минус 60 °С может быть достигнута при легировании хромомолибденовой стали с содержанием углерода около 0,25 % (по массе) карбидообразующими элементами ванадием и ниобием. Обеспечение стойкости к сульфидному растрескиванию под напряжением стали данного типа обеспечивается также микролегированием, направленным на измельчение исходного аустенитного зерна, и целевым для каждого уровня прочности содержанием молибдена, определяющим как высокую прокаливаемость, так и замедление разупрочнения при отпуске. Разработаны новые составы коррозионностойких марок стали мартенситного класса с 13 % хрома, обеспечивающие требуемую стойкость к углекислотной коррозии наряду с улучшенной хладостойкостью и повышенной прочностью по сравнению с базовой композицией типа 20Х13. Приведены результаты реконструкции электросталеплавильного и прокатного производства на Волжском трубном заводе, позволившие обеспечить требуемое качество новой продукции от непрерывнолитой стальной заготовки до готовых труб.

The review contains main directions in the development of modern steelmaking, hot rolling technologies and heat treatment aimed to follow increased requirements to seamless tubes for production of oil and gas under severe conditions. New targets of PJSC “Gazprom” in development of new resources have determined new technical requirements to pipes for low temperature application, resistant to hydrogen sulfide and carbon dioxide corrosion. Basic metal science approaches are given to develop new chemical compositions of high quality steels containing minimum of sulfur, phosphorous and solute gases. Corresponding heat treatment routes are determined for formation of martensitic microstructure in full wall section during quenching with subsequent high tempering for required combination of high strength and ductility. It was shown that optimal combination of high strength and toughness at 60 °C below zero can be achieved by alloying of chromium-molybdenum steel containing about 0.25 wt. % of carbon with strong carbon forming elements such as vanadium and niobium. Sustainability of these steels to stress sulfide cracking was achieved through grain refinement with microalloying by molybdenum in concentrations corresponding to strength grades that gives high hardenability and retards tempering of martensite. New compositions of corrosion resistant martensitic 13 % chromium steel were carried out that was resulted in required resistance to carbon dioxide environments with improved low temperature toughness and high strength. The authors present results of reconstruction of steel making and hot rolling production lines at JSC “Volzhskii Pipe Plant” providing the required quality of new products from continuously cast steel billets to finished tubes.

прочностьхладостойкостькоррозионная стойкостьлегированиемикролегированиенепрерывнолитая заготовкагорячая прокаткаstrengthresistance to low temperaturescorrosion resistancealloyingmicroalloyingcontinuously cast billetshot rollingReferencesЛюгай Д.В., Скоробогатов В.А. Концептуальные основы стратегии развития минерально-сырьевой базы газовой промышленности России и ПАО «Газпром» до 2050 г. // Научно-технический сборник Вести газовой науки. 2016. № 1 (25). С. 4 - 15.Lyugai D.V., Skorobogatov V.A. Conceptual basics of development strategy for mineral and raw material base of Russian gas industry and PJSC “Gazprom” till 2050. Nauchno-tekhnicheskii sbornik Vesti gazovoi nauki. 2016, no. 1 (25), pp. 4-15. (In Russ.).Маркелов В.А., Черепанов В.В., Филиппов А.Г. и др. Обоснование стратегии освоения ачимовских отложений Уренгойского месторождения // Газовая промышленность. 2016. № 1 (733). С. 40 - 45.Markelov V.A., Cherepanov V.V., Filippov A.G., Akhmedsafin S.K., Kalinkin A.V., Kobylkin D.N., Koryakin A.Yu., Neudakhin A.Yu., Skrylev S.A., Nesterenko A.N. Fundamentals of development strategy for Achimov deposits at Urengoy gas fields. Gazovaya pro-myshlennost'. 2016, no. 1 (733), pp. 40-45. (In Russ.).Сулейманов Р.С., Маринин В.И. Развитие ресурсной базы ООО «Газпром добыча Уренгой» // Газовая промышленность. 2008. № 8. С. 10 - 13.Suleimanov R.S., Marinin VI. Development of resource base of “Gazprom dobycha Urengoy” LTD. Gazovaya promyshlennost’. 2008, no. 8, pp. 10-13. (In Russ.).Люгай Д.В. Особенности освоения и проектирования разработки Чаяндинского НГКМ // Газовая промышленность. 2010. № 14. С. 56 - 58.Lyugai D.V. Features of development and design for Chayandinskii NGKM. Gazovaya promyshlennost’. 2010, no. 14, pp. 56-58. (In Russ.).Штремель М.А. Разрушение. - В 2-х кн., кн. 2. Разрушение структур. - М.: ИД МИСиС, 2015. - 976 с.Shtremel’ M.A. Razrushenie: v 2 kn., kn.2. Razrushenie struktur [Fracture: in 2 books, book 2. Fracture of microstructure]. Moscow: ID MISiS, 2015, 976 p. (In Russ.).Krauss G. Martensite in steel: strength and structure // Materials Science and Engineering: A. 15 Dec. 1999. Vol. 273-275. P. 40 - 57.Krauss G. Martensite in steel: strength and structure. Materials Science and Engineering: A. 15 Dec. 1999, vol. 273-275, pp. 40-57.De Ardo A.J. Fundamental metallurgy of niobium in steel // International Symposium Niobium 2001. AIME-TMS. Orlando, FL. 2002. Р. 427 - 500.De Ardo A.J. Fundamental metallurgy of niobium in steel. International Symposium Niobium 2001, AIME-TMS, Orlando, FL, 2002, pp. 427-500.Усков Д.П., Пышминцев И.Ю., Мальцева А.Н. и др. Влияние легирования на свойства высокоотпущенных сталей, применяемых для производства обсадных труб // Вестник ЮУрГУ. Металлургия. 2017. Т. 17. № 2. С. 41 - 46.Uskov D.P., Pyshmintsev I.Yu., Mal’tseva A.N. etc. Influence of alloying on properties of high strength steels in high tempered state applied for production of casing tubes. Vestnik YuUrGU. “Metallurgiya” . 2017, vol. 17, no. 2, pp. 41-46. (In Russ.).Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.Steklov O.I. Stoikost’ materialov i konstruktsii k korrozii podnap-ryazheniem [Sustainability of materials and constructions to stress corrosion]. Moscow: Mashinostroenie, 1990, 384 p. (In Russ.).Lynch S.P. Hydrogen effects in Metals /A.W.Thompson, I.M. Bernstein eds. The Metallurgical Society, 1981. P. 863.Lynch S.P. Hydrogen effects in Metals. Thompson A.W., Bernstein I.M. eds. The Metallurgical Society, 1981, p. 863.Fowler С. NACE MR0175. Does it work for you? // Proceedings of Microalloyed Steels for Sour Service International Seminar. CBMM-TMS. 2012. P. 27 - 34.Fowler S. NACE MR0175. Does it work for you? In: Proceedings ofMicroalloyed Steels for Sour Service International Seminar. CBMM-TMS, 2012, pp. 27-34.Elboujdiani M. Hydrogen - Induced Cracking and Sulfide Stress Cracking. Uhlig’s Corrosion Handbook. Revie R.W. ed. NY: Wiley, 2011. Р. 183 - 194.Elboujdiani M. Hydrogen - Induced Cracking and Sulfide Stress Cracking. Uhlig’s Corrosion Handbook. Revie R.W. ed. NY: Wiley, 2011, pp. 183-194.Ерехинский Б.А., Чернухин В.И., Арабей А.Б. и др. Разработка отечественных высокопрочных труб нефтяного сортамента, стойких в средах, содержащих сероводород // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 4. С. 40 - 46.Erekhinskii B.A., Chernukhin V.I., Arabei A.B., Pyshmintsev I.Yu., Veselov I.N., Shiryaev A.G. Development of high strength tubes for special application in oil and gas industry resistant in environments containing hydrogen sulfide. Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr’ya. 2016, no. 4, pp. 40-46. (In Russ.).Mitsuo K., Takanori T., Ken S. High Cr stainless steel OCTG with strength and superior corrosion resistance// JFE Giho. 2005. No. 9. P. 7 - 12.Mitsuo K., Takanori T., Ken S. High Cr stainless steel OCTG with strength and superior corrosion resistance. JFE Giho. 2005, no. 9, pp. 7-12.Gooch T.G. Heat treatment of welded 13 % Cr - 4 % Ni martensitic stainless steels for sour service // Supplement to the Welding Journal. July 1995. P. 213 - 223.Gooch T.G. Heat treatment of welded 13 % Cr - 4 % Ni martensitic stainless steels for sour service. Supplement to the Welding Journal. July 1995, pp. 213-223.Soares R.B., Lins V.F.C. Corrosion resistance of rolled and rerolled super martensitic steel in media containing chlorides and hydrogen sulfide // Revista Materia. 2017. Vol. 22. No. 4.Soares R.B., Lins V.F.C. Corrosion resistance of rolled and rerolled super martensitic steel in media containing chlorides and hydrogen sulfide. Revista Materia. 2017, vol. 22, no. 4.Битюков С.М., Лаев К.А., Мушина О.В. и др. Повышение характеристик хладостойкости трубных сталей с 13 % Cr группы прочности 80 ksi // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметин-формация». 2010. № 12 (1332). С. 58 - 62.Bityukov S.M., Laev K.A., Mushina O.V., Lefler M.N., Zhukova S. Yu., Kocheshkova E.V. Improvement of low temperature behavior of 80 ksi grade pipe steel with of 13 % Cr. Chernaya metal-lurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2010, no. 12 (1332), pp. 58-62. (In Russ.).Клачков А.А. Комплексное развитие мощностей для производства труб нефтяного сортамента // Сталь. 2009. № 11. С. 59 - 62.Klachkov A.A. Expanding capacity for the production of oil-industry pipe. Steel in Translation. 2009, vol. 39, no. 11, pp. 1018-1020.Клачков А.А., Красильников В.О., Лубе И.И. и др. Реконструкция сталеплавильного комплекса ОАО ТМК // Сталь. 2006. № 5. С. 95 - 98.Klachkov A.A., Krasil’nikov V.O., Lube I.I., Zuev M.V., Mul’-chin V.V. Reconstruction of steel casting shop of JSC TMK. Stal’. 2006, no. 5, pp. 95-98. (In Russ.).Клачков А.А. Модернизация производства высококачественных бесшовных труб из непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2011. № 4. С. 42 - 43.Klachkov A.A. Modernizing the production of high-quality seamless pipe from continuous-cast blanks. Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 4, pp. 338-339.Емельянов А.В., Щербаков Б.Ю., Рекин С.А. и др. Современные технологии крепления горизонтальных скважин // Газовая промышленность. 2006. № 11. С. 76 - 78.Emel’yanov A.V., Shcherbakov B.Yu., Rekin S.A., Chernukhin V.I., Chernyshev Yu.D., Matveev A.B. Modern technologies of horizontal well casing. Gazovayapromyshlennost’. 2006, no. 11, pp. 76-78. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.