Классы прочности трубы

Класс прочности сталей для труб оценивают по временному сопротивлению разрыву и обозначают буквой “К”. Нормативное значение измеряют в кгс/мм². Стандарт ГОСТ 20295-85 “Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов” устанавливает значения от К34 до К60. Компанией Газпром совместно с ведущими металлургическими предприятиями уже инициировано производство партий К80 для реализации пилотных проектов.

Тенденция к получению сверхпрочного трубопроката начала развиваться одновременно со строительством первых магистралей.

Увеличение внутреннего давления среды дает следующие преимущества:

• Повышение производительности за счет транспортировки вещества в сжатом состоянии;
• Использование материалов с высокими механическими свойствами снижает металлоемкость;
• Сокращение операционных и капитальных расходов благодаря уменьшению числа компрессорных станций.

На историю производства труб с высокими классами прочности оказали влияние масштабные аварии и открытия:

1960

Хрупкое разрушение 13-километрового участка северо-американского трубопровода. Катастрофа послужила основанием для увеличения требований к показателям вязкости стали.

1968-1969

Впервые было обнаружено вязкое разрушение труб, которые предположительно считались трещиностойкими.

1970

На Аляске и в части Канады построен первый трубопровод с гарантированной вязкостью при -69⁰ (предел текучести более 551 МПа).

1978

Ознаменован большим числом стресс-коррозионных разрушений только что проложенных трубопроводов в Канаде и Австралии. СКР проявляются в виде продольных трещин, образующихся на внешней поверхности магистрали под действием деформационных факторов и агрессивной среды. Как следствие, требования к качеству металла были вновь повышены, возникла необходимость в стойких покрытиях.

С 1950-х годов внимание уделяли в основном механическим прочностным характеристикам, параметры увеличивали, повышая массовые доли углерода, марганца или хрома, но сталь обладала малой ударной вязкостью, а склонность к охрупчиванию выводила из строя целые участки газопроводов.

В середине 60-х для нефтегазовой отрасли были разработаны марки системы Si-Mn, имеющие класс прочности до К52 (17ГС, 17Г1С и 17Г1С-у). Температуры эксплуатации не должны были опускаться ниже -5⁰. Дальнейшее повышение механических характеристик за счет недорогих добавок стало невозможным, поэтому основное внимание сконцентрировалось на дисперсионном твердении, особенно карбонитридном (14Г2САФ, 16Г2САФ, 17Г2САФ). Но все полученные сплавы имели низкую сопротивляемость хрупкому разрушению.

Параллельно предпринимались попытки создания экономных низколегированных сталей, подвергающихся термомеханической прокатке (13ГС, 13Г1С). Они отличались пониженной долей углерода, глубокой очисткой от серы, применением микролегирования. Первая попытка максимально измельчить зерно задала направление движению к оптимизации состава сталей.

В современных сплавах для газовой и нефтяной промышленности применяют следующие структурные механизмы:

• Твердорастворное упрочнение: введение в кристаллическую решетку элементов, изменяющих свойства металла;
• Дисперсионное твердение: формирование интерметаллических включений у границ зерен, легирующие добавки выпадают в межструктурное пространство;
• Измельчение зерна: нормализация с помощью термообработки.

Трубный прокат класса прочности К60 был создан более 30 лет назад с помощью ускоренного охлаждения. Получение низкотемпературных продуктов превращения аустенита, встроенных в структуру (верхний и нижний бейнит, мартенсит), привело к появлению К65. В России материал был впервые апробирован на предприятии Северсталь.

Трубы с классом прочности К48

Изделия К48 выдерживают давление 48 кгс/мм². Это бесшовный трубный прокат с диаметром 42-426 мм из углеродистых стальных сплавов, предназначенный для выполнения различных задач. Толщина стенки достигает 28 мм.

• ТУ-14-3-1971-97 — горячекатаные, изготовленные из марки Ст.20 и ее модификаций, с повышенной коррозионной стойкостью;
• ТУ 1317-204-0147016-01 — хладостойкие с увеличенной сопротивляемостью коррозии из 09СФ, 12ГФ;
• ТУ 1308-269-0147016-2003 — специальный трубопрокат, устойчивый к холодовому охрупчиванию, для месторождений Сургутнефтегаз из марок 20Ф, 06Х1Ф;
• ТУ 1317-006.1-593377520-2003 — с повышенной эксплуатационной надежностью смикролегированием для месторождений ОАО “ТНК” (20А, 20ФА, 09СФА, 08ХМФЧА, 13ХФА и др.)
• ТУ 1381-159-0147016-01 — с улучшенной поверхностью для нанесения антикоррозийных покрытий из 09ГСФ, 06Х1, 06ХФ.

Преимущественно продукция применяется в северных регионах России: Ханты-Мансийский и Ямало-ненецкий округа, Восточная Сибирь.

Трубы с классом прочности К52

Бесшовный горячекатаный трубопрокат с диаметрами 57- 426 мм, толщиной стенки 5-26 мм, выдерживающий значительные перепады давления.

• ТУ 14-3-1972-97 и ТУ 1317-204-0147016-01 — с повышенной коррозионной стойкостью и хладостойкостью.
• ТУ 1317-006.1-593377520-2003 — микролегированные с увеличенной эксплуатационной надежностью для месторождений ОАО “ТНК”.
• ТУ-14-3Р-91-2004 — хладостойкие с высокой сопротивляемостью к локальной коррозии, изготавливаются для ОАО “Сургутнефтегаз”.

Марки стали: 06Х1, 06ХФ, 09ГСФ, 12ГФ, 13ХФА, 20ФЧА, 15 ХМФ и др. Сплавы дополнительно очищены от вредных примесей, предназначены для транспортировки нефтепродуктов и газа, содержащих соединения серы, устойчивы к отрицательным температурам.

По ТУ 14-3-1573-96 изготавливают прямошовные изделия с диаметром до 1020 мм с толщиной стенки до 32 в северном и обычном исполнении. Предусмотрены технические условия для производства листового материала: ТУ 14-1-4034-96, ТУ 14-1-1950-89, ТУ 14-1-1921-76.

Трубы с классом прочности К56

Класс прочности К56 объединяет электросварной и бесшовный прокат для магистральных трубопроводов с высокой эксплуатационной надежностью и коррозионной стойкостью, способных выдерживать значительное давление или экстремальные температуры, изготовленных с применением технологий микролегирования.

Прямошовные:

• ТУ 14-3Р-28-99 — из стали 06ГФБАА. Разработка превосходит многие марки по критическим коэффициентам интенсивности напряжений и другим параметрам, работает в широком диапазоне температур (от -70⁰ до 450⁰);
• ТУ 14-3Р-04-94 — из 12Г2СБ, расчетные нагрузки до 15 МПа. В холодном климате ударная вязкость сохраняется, относительное удлинение при разрыве достигает 20%.
• ТУ 14-3-1573-88 — из микролегированных сталей обычного типа исполнения: 12Г2С, 13ГС, 17ГС, 17Г1С, 17Г1С-У.

Бесшовные:

• ТУ 1317-006.1-593377520-2003 — с увеличенной эксплуатационной надежностью для месторождений ОАО “ТНК”.
• ТУ 1308-226-0147016-02 — из сплавов с микролегированием для транспортировки различных сортов нефти в климатической зоне “Лукойл-Коми”с температурой транспортируемых сред до +40⁰.

В 1970-х при начале освоения месторождений, расположенных в средней полосе и строительстве трубопроводов с давлением до 7 МПа, были созданы первые стальные партии К56 с повышенными характеристиками.

Трубы с классом прочности К60

Сортамент К60 включает в себя прямошовные, спиральношовные, бурильные и обсадные изделия с различной резьбой.

Технические условия:

• ГОСТ ISO 3183-2015 — общие техусловия для стального трубопроката, применяемого в нефтяной и газовой промышленности;
• ГОСТ 31447-2012 — общие технические параметры для нефтегазовой отрасли в России;
• ГОСТ 31446-2017 — насосно-компрессорные и обсадные;
• ГОСТ Р 50278-92 — бурильные с приварными замками;
• ГОСТ Р 51245-99 — бурильные универсальные и др.;

Прямошовные электросварные трубы класса прочности К60 диаметром 530- 1020 мм производят по ТУ 14-3-1573-96, ТУ 1381-012-05757848-2005, ТУ 1394-01505757848-2011 (с полиэтиленовым покрытием) и др. из следующих стальных сплавов:

• 10Г2ФБЮ;
• 10Г2ФБ;
• 10Г2СБ;
• 10Г2СФБ.

Характеристики: толщина стенки до 32 мм, рабочее давление до 9,8 МПа, в северном и обычном исполнении. Сварные швы должны иметь плавный переход к основному металлу. Наличие дефектов, влияющих на прочность не допускается.