ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

В течение многих лет для сварки крупных труб нефте- и газопроводов применялись проверенные процессы дуговой сварки, охват которых простирается от ручной дуговой сварки штучными электродами до применения аппаратов орбитальной сварки с использованием металла. Введение отражает, что создание новых составов сталей для нефте- и газопроводов является актуальной задачей в целях обеспечения их высокой надежности. Методы исследования. В трубном производстве обычно используются низкоуглеродистые стали с феррито-перлитной структурой, но они не в состоянии удовлетворить возросшие потребности рынка. Появляются новые марки стали с бейнитной структурой. Результаты. Разрушение сварных соединений трубопроводов из высококачественной стали становится серьезной проблемой для трубопроводной промышленности. Обсуждение. В данной работе проведен анализ характеристик микроструктуры сварного шва и ее связи с ударной вязкостью. Прогнозирование ударной вязкости на основе микроструктурных характеристик металлов сварных швов стали усложняется из-за большого количества задействованных параметров. Обычная практика, связывающая это свойство с микроструктурой последнего валика многопроходной сварки, оказалась неудовлетворительной, поскольку количество игольчатого феррита, наиболее желательного компонента, не всегда может быть основным фактором, влияющим на ударную вязкость. В настоящем обзоре сообщается о наиболее репрезентативном исследовании, касающемся микроструктурного фактора в сварном шве трубных сталей. Обзор включает в себя сводку наиболее важных переменных процесса, свойств материалов, нормативных правил, а также характеристик микроструктуры и механических свойств соединений. Заключение. Предполагается, что этот обзор поможет читателям с разным опытом, от не специалистов по сварке или материаловедов до специалистов различных промышленных приложений и исследователей.

1. Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. – М.: Металлургиздат, 2012. – 696 с.

2. Матросов Ю.И., Литвиненко С.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. – М.: Металлургия, 1989. – 288 с.

3. API Spec 5CT. Обсадные и насосно-компрессорные трубы. Технические условия. – 9-е изд. – Американский нефтяной институт, 2011. – 287 с.

4. DSTU ISO 11960:2020. Petroleum and natural gas industries – Steel pipes for use as casing and tubing for wells. – Geneva, Switzerland: IOS, 2020.

5. СТО Газпром 2-4.1-228–2008. Технические требования к насосно-компрессорным трубам для месторождений ОАО «Газпром». – М.: ОАО «Газпром», 2008. – 32 с.

6. Oil and gas wells and their integrity: Implications for shale and unconventional resource exploitation / R.J. Davies, S. Almond, R.S. Ward, R.B. Jackson, C. Adams, F. Worrall, L.G. Herringshaw, J.G. Gluyas, M.A. Whitehead // Marine and Petroleum Geology. – 2014. – Vol. 56. – P. 239–254. – DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2014.03.001.

7. Study of failure frequency and failure cases in oil & gas pipeline / J.H. Luo, F.P. Yang, K. Wang, L. Zhang, X.W. Zhao, C.Y. Huo // Heat Treatment of Metals. – 2015. – Vol. 40, S1. – P. 470–474.

8. Numerical simulation method for strain capacity of girth welding joint on X80 pipeline with 1 422 mm diameter / H. Zhang, K. Wu, X. Liu, Y. Yang, Y. Sui, Z. Zhang // Oil & Gas Storage and Transportation. – 2020. – Vol. 39 (2). – P. 162–168.

9. A strain-based fracture assessment for offshore clad pipes with ultra undermatched V groove weld joints and circumferential surface cracks under large-scale plastic strain / X. Zhao, L. Xu, H. Jing, Y.D. Han, L. Zhao // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2019. – Vol. 74. – P. 403–416. – DOI: 10.1016/j.euromechsol.2018.12.002.

10. Microstructures and mechanical properties in two X80 weld metals produced using similar heat input / A.R.H. Midawi, E.B.F. Santos, N. Huda, A.K. Sinha, R. Lazor, A.P. Gerlich // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 226. – P. 272–279. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.07.019.

11. Sha Q., Li D. Microstructure, mechanical properties and hydrogen induced cracking susceptibility of X80 pipeline steel with reduced Mn content // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 585. – P. 214–221. – DOI: 10.1016/j.msea.2013.07.055.

12. Microstructure evolution of the semi-macro segregation induced banded structure in high strength oil tubes during quenching and tempering treatments / B. Li, M. Luo, Z. Yang, F. Yang, H. Liu, H. Tang, Z. Zhang, J. Zhang // Materials. – 2019. – Vol. 12 (20). – P. 3310. – DOI: 10.3390/ma12203310.

13. Study of mechanical properties of C-Mn-Si composition metal after wire-arc additive manufacturing (WAAM) / A.E. Balanovskiy, N.A. Astafyeva, V.V. Kondratyev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2021. – Vol. 22. – P. 66–71. – DOI: 10.17580/cisisr.2021.02.12.

14. Investigation of macro and micro structures of compounds of high-strength rails implemented by contact butt welding using burning-off / M.G. Shtayger, A.E. Balanovskiy, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012190. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012190.

15. Study of impact strength of C-Mn-Si composition metal after wire-arc additive manufacturing (WAAM) / A.E. Balanovskiy, N.A. Astafyeva, V.V. Kondratyev, Yu.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 24. – P. 67–73. – DOI: 10.17580/cisisr.2022.02.10.

16. Comparative analysis of structural state of welded joints rails using method of Barkhausen effect and ultrasound / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, A.I. Karlina, A.S. Govorkov // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1118 (1). – P. 012006. – DOI: 10.1088/1742-6596/1118/1/012006.

17. Effects of Q&T parameters on phase transformation, microstructure, precipitation and mechanical properties in an oil casing steel / Q. Zhang, Q. Yuan, Z. Xiong, M. Liu, G. Xu // Physics of Metals and Metallography. – 2021. – Vol. 122 (14). – P. 1463–1472. – DOI: 10.1134/S0031918X21140180.

18. Effect of microstructure on the yield ratio and low temperature toughness of linepipe steels / Y.M. Kim, S.K. Kim, Y.J. Lim, N.J. Kim // ISIJ International. – 2002. – Vol. 42 (12). – P. 1571–1577. – DOI: 10.2355/isijinternational.42.1571.

19. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening / A.D. Kolosov, V.E. Gozbenko, M.G. Shtayger, S.K. Kargapoltsev, A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.V. Sivtsov, S.A. Nebogin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560. – P. 012185. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012185.

20. Determination of rail steel structural elements via the method of atomic force microscopy / A.E. Balanovskiy, M.G. Shtaiger, V.V. Kondratyev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 23. – P. 86–91. – DOI: 10.17580/cisisr.2022.01.16.

21. Смирнов М., Пышминцев И., Борякова А. Классификация микроструктур низкоуглеродистых трубных сталей // Металлург. – 2010. – № 7. – С. 45–51.

22. Ниобийсодержащие низколегированные стали / Ф. Хайстеркамп, К. Хулка, Ю.И. Матросов, Ю.Д. Морозов, Л.И. Эфрон, В.И. Столяров, О.Н. Чевская. – М.: Интермет Инжиниринг, 1999. – 94 с.

23. Baker T.N. Microalloyed steels // Ironmaking & Steelmaking. – 2016. – Vol. 43 (4). – P. 264–307. – DOI: 10.1179/1743281215Y.0000000063.

24. Procedures, considerations for welding X80 line pipe established / H.G. Hillenbrand, G. Niederhoff Hauck, E. Perteneder, G. Wellnitz // Oil & Gas Journal. – 1997. – Vol. 37. – P. 47–56.

25. Morrison W.B. Microalloy steels – the beginning // Materials Science and Technology. – 2009. – Vol. 25 (9). – P. 1066–1073. – DOI: 10.1179/174328409X453299.

26. Microstructure and mechanical properties of X80 pipeline steel joints by friction stir welding under various cooling conditions / G.M. Xie, R.H. Duan, P. Xue, Z.Y. Ma, H.L. Liu, Z.A. Luo // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). – 2020. – Vol. 33. – P. 88–102. – DOI: 10.1007/s40195-019-00940-0.

27. Current challenges and opportunities in microstructure-related properties of advanced high-strength steels / D. Raabe, B. Sun, A. Kwiatkowski Da Silva, B. Gault, H.-W. Yen, K. Sedighiani, P.T. Sukumar, I.R. Souza Filho, S. Katnagallu, E. Jägle, P. Kürnsteiner, N. Kusampudi, L. Stephenson, M. Herbig, C.H. Liebscher, H. Springer, S. Zaefferer, V. Shah, S.-L. Wong, C. Baron, M. Diehl, F. Roters, D. Ponge // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2020. – Vol. 51. – P. 5517–5586. – DOI: 10.1007/s11661-020-05947-2.

28. New development of high grade X80 to X120 pipeline steels / J.Y. Yoo, S.S. Ahn, D.H. Seo, W.H. Song, K.B. Kang // Materials and Manufacturing Processes. – 2011. – Vol. 26 (1). – P. 154–160. – DOI: 10.1080/10426910903202534.

29. Moore P.L., Howse D.S., Wallach E.R. Development of Nd: YAG laser and laser/MAG hybrid welding for land pipeline applications // Welding and Cutting. – 2004. – Vol. 56 (3). – P. 186–191.

30. Gook S., Gumenyuk A., Rethmeier M. Hybrid laser arc welding of X80 and X120 steel grade // Science and Technology of Welding and Joining. – 2014. – Vol. 19 (1). – P. 15–24. – DOI: 10.1179/1362171813Y.0000000154.

31. Influence of heat input and preheating on the cooling rate, microstructure and mechanical properties at the hybrid laser-arc welding of API 5L X80 steel / G. Turichin, M. Kuznetsov, A. Pozdnyakov, S. Gook, A. Gumenyuk, M. Rethmeier // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 74. – P. 748–751. – DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.018.

32. Laser hybrid butt welding of large thickness naval steel / C. Churiaque, M. Chludzinski, M. Porrua-Lara, A. Dominguez-Abecia, F. Abad-Fraga, J.M. Sánchez-Amaya // Metals. – 2019. – Vol. 9. – P. 100. – DOI: 10.3390/met9010100.

33. Keitel S., Jasnau U., Neubert J. Applications of fiber laser based deep penetration welding in shipbuilding, rail car industries and pipe welding // 4th International Symposium on High-Power Laser and their Applications, June 24–26, 2008. – St. Petersburg, Russia, 2008.

34. Kah P. Overview of the exploration status of laser-arc hybrid welding processes // Reviews on Advanced Materials Science. – 2012. – Vol. 30. – P. 112–132.

35. Waveform Control Technology®: Surface Tension Transfer®. – Cleveland: The Lincoln Electric Company, 2006. – 4 p. – (Relatório Técnico, NX-2.20 – Nov/06).

36. Ефименко Л.А., Рамусь А.А. Влияние морфологии структуры на сопротивление хрупкому разрушению сварных соединений высокопрочных трубных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 9 (723). – С. 41–45.

37. Взаимосвязь структуры с фрактографическими характеристиками микромеханизма разрушения металла сварных соединений из высокопрочных трубных сталей / Л.А. Ефименко, А.А. Рамусь, Д.В. Пономаренко, Р.О. Рамусь // Металлург. – 2018. – № 7. – C. 69–74.

38. Микроструктурные особенности низколегированных трубных сталей, определяющие ударную вязкость околошовной зоны сварных соединений / В.В. Судьин, П.П. Степанов, В.А. Боженов, М.М. Кантор, Л.Э. Эфрон, С.В. Жарков, А.В. Частухин, Д.А. Рингинен // Металлург. – 2021. – № 5. – C. 24–35. – DOI: 10.52351/00260827_2021_05_24.

39. Tensile strain limits of girth welds with surface-breaking defects. Part II. Experimental correlation and validation / Y.Y. Wang, D. Horsley, W. Cheng, A. Glover, M. McLamb, J. Zhou, R. Denys // Proceedings of the 4th International Conference on Pipeline Technology, American Society of Mechanical Engineers, Calgary, Alberta, Canada. – ASME, 2004. – P. 9–13.

40. Effects of geometry, temperature, and test procedure on reported failure strains from simulated wide plate tests / Y.Y. Wang, M. Liu, Y. Chen, D. Horsley // International Pipeline Conference. – 2006. – Vol. 3. – P. 593–601.

41. Sui Y. Girth welding on oil and gas pipeline projects in China // Advances in Materials Processing: Proceedings of Chinese Materials Conference 2017. – Springer, 2018. – P. 1143–1154. – DOI: 10.1007/978-981-13-0107-0_109.

42. Development of rolling procedures for pipes of K55 strength class at the laboratorial mill / R.R. Adigamov, K.A. Baraboshkin, P.A. Mishnev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 24. – P. 60–66. – DOI: 10.17580/cisisr.2022.02.09.

43. Adigamov R.R., Baraboshkin K.A., Yusupov V.S. Study of the phase transition kinetics in the experimental melting of rolled coils of K55 grade strength steel for pipes manufacturing // Steel in Translation. – 2022. – Vol. 52 (11). – P. 1098–1105.

44. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – DOI: 10.1007/s11015-022-01271-9.

45. Modification of hydraulic hammers used in repair of metallurgical units / I.A. Zhukov, N.V. Martyushev, D.A. Zyukin, A.M. Azimov, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2023. – Vol. 66 (11–12). – P. 1644–1652. – DOI: 10.1007/s11015-023-01480-w.

46. Study of melting methods by electric resistance welding of rails / V.A. Rezanov, N.V. Martyushev, V.V. Kukartsev, V.S. Tynchenko, V.A. Kukartsev, A.V. Grinek, V.Yu. Skeeba, A.V. Lyosin, A.I. Karlina // Metals. – 2022. – Vol. 12. – P. 2135. – DOI: 10.3390/met12122135.

47. Morphological features of polycrystalline CdS_1−xSe_x films obtained by screen-printing method / D.M. Strateichuk, N.V. Martyushev, R.V. Klyuev, V.A. Gladkikh, V.V. Kukartsev, Y.A. Tynchenko, A.I. Karlina // Crystals. – 2023. – Vol. 13 (5). – P. 825. – DOI: 10.3390/cryst13050825.

48. Complex assessment of X-ray diffraction in crystals with face-centered silicon carbide lattice / I.I. Bosikov, N.V. Martyushev, R.V. Klyuev, V.S. Tynchenko, V.A. Kukartsev, S.V. Eremeeva, A.I. Karlina // Crystals. – 2023. – Vol. 13 (3). – P. 528. – DOI: 10.3390/cryst13030528.

49. Strengthening of metallurgical equipment parts by plasma surfacing in nitrogen atmosphere / N.N. Malushin, R.A. Gizatulin, N.V. Martyushev, D.V. Valuev, A.I. Karlina, A.P. Kovalev // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1468–1475.

50. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13 (6). – P. 1043. – DOI: 10.3390/met13061043.