Способ получения диффузионного цинкового покрытия на стальных трубах

 

Способ получения диффузионного цинкового покрытия на стальных трубах включает цинкование в расплаве, извлечение руд из расплава, охлаждение и диффузионный отжиг. Перед диффузионным отжигом трубы обрабатывают в растворе, содержащем в г/л: фосфорную кислоту 50 - 120, жидкое стекло 2 - 5, окись цинка 0,1 - 1, огнеупорные силикаты 0,2 - 0,8, а диффузионный отжиг проводят при температуре 610 - 650ºC в течение 1 - 8 мин. При этом в процессе отжига трубы вращают со скоростью 4 - 8 об/мин. 2 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов немеханическими способами и может быть использовано при диффузионных способах обработки поверхности металлических изделий, в частности при нанесении цинкового покрытия на наружную и внутреннюю поверхности труб, используемых в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях для защиты от общей и питтинговой коррозии и др.

Известен способ, при котором остальные изделия подготавливают, цинкуют, а затем подвергают диффузионному отжигу при температуре 482 510^oC в течение 45 мин. Этого времени достаточно для того, чтобы произошло взаимодействие железа в цинке (Патент США N 2986808, кл. C 23 C, 1961). При использовании этого способа наблюдаются большие потери цинка за время длительного диффузионного отжига.

Известен способ диффузионного цинкования труб, который включает цинкование в расплаве, извлечение из расплава и диффузионный отжиг при температуре 500 550^oC в течение 10 15 мин. (Проскуркин Е.В. и Горбунов Н.С. Диффузионные цинковые покрытия. М. Металлургия, 1972, с.180 - 181).

Покрытие, полученное этим способом характеризуется низкой стойкостью против питтинговой и общей коррозии из-за продолжительного времени отжига в период которого цинк диффундирует в металл основы. Продолжительный отжиг покрытия приводит к необходимости применения проходных печей повышенной протяженности.

Задачей изобретения является разработка способа получения диффузионного цинкового покрытия на трубах, обеспечивающего повышение качества покрытия при одновременном снижении потерь цинка, в процессе отжига, а также уменьшение затрат времени на отжиг.

Поставленная задача решена так, что в способе, включающем цинкование труб в расплаве, извлечение их из расплава, охлаждение, диффузионный отжиг.

Перед отжигом трубы обрабатывают в растворе, состава, г/л: Фосфорная кислота 50 120 Жидкое стекло 2 5 Окись цинка 0,1 1 Огнеупорные силикаты 0,2 0,8 (например, магнезитпудра или огнеупорная глина) Вода до 1 л, а диффузионный отжиг проводят при температуре 610 650^oC в течение 1 9 мин. при этом в процессе диффузионного отжига стальные изделия подвергают вращению со скоростью 4 8 об./мин.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что перед отжигом трубы обрабатывают в растворе, указанного состава, диффузионный отжиг проводят при более высокой температуре и в течение менее продолжительного времени. При этом в процессе отжига стальные трубы подвергают вращению со скоростью 4 8 об./мин.

Технический результат от использования предложенного способа заключается в повышении качества покрытия при одновременном снижении потерь цинка и достигается за счет того, что при дополнительной обработке в предлагаемом составе перед отжигом на поверхности полученного из расплава покрытия образуется защитная пленка. Взаимодействие последней с покрытием при отжиге труб способствует равномерному формированию продуктов коррозии, препятствующих контакту покрытия с агрессивными средами в процессе эксплуатации труб в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях. Кроме того, поскольку защитная пленка повышает термостойкость покрытия, возникает возможность повышения температуры отжига с одновременным снижением его продолжительности. Указанное также способствует уменьшению потерь цинка при отжиге, поскольку термостойкие огнеупорные силикаты снижают выгорание цинка.

Однако вследствие того, что при диффузионном отжиге происходит подплавление цинка и без вращения трубы цинк может стекать с ее поверхности. Трубу вращают со скоростью 4 8 об./мин. при которой оплавляемый цинк равномерно распределяется по поверхности трубы и диффундирует в ее поверхность.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Стальные трубы обезжиривают, травят, промывают, флюсуют, цинкуют в ванне с расплавом, охлаждают в воде и обрабатывают в предлагаемом растворе. Затем проводят диффузионный отжиг оцинкованных труб в проходных печах при температуре 610 - 650^oC в течение 1 9 мин с одновременным их вращением со скоростью 4 - 8 об. /мин.

Предлагаемый и известные способы были опробованы на образцах-сегментах размером 60x25x5мм, вырезанных из насосно-компрессорных труб (НКТ), диаметром 60 мм, толщиной стенки 5 мм, марки стали 36Г2С. Для проведения экспериментов были приготовлены следующие составы растворов. При этом в процессе получения растворов были использованы материалы по следующим ГОСТам: Фосфорная кислота ГОСТ 10678-76 Жидкое стекло ГОСТ 13078-81
Окись цинка ГОСТ 202-76
Силикаты огнеупорные
(магнезит в виде пудры).

При опробовании предлагаемого и известного способов образцы обезжиривали в в растворе, содержащем масс. NaOH 10, Na₂CO₃-5, при температуре 50^oC в течение 10 мин.

Промывку после обезжиривания проводили в протоке холодной воды в течение 2 мин.

Травление в обоих случаях проводили при комнатной температуре и растворе следующего состава, г/л: соляная кислота 120, ингибитор ПКУМ-1.

Продолжительность травления 20 мин.

Промывку после травления проводили в холодной воде в течение 5 мин.

Флюсование проводили в растворе, состава, г/л: хлористый цинк 550, хлористый аммоний 100, эмульгатор 1, вода до 1 л.

Сушку офлюсованных образцов проводили при температуре 180^oC, в течение 2 мин.

Цинкование образцов осуществляли в расплаве цинка при температуре 460^oC в течение 1 мин.

После цинкования образцы охлаждали в воде, а затем погружали в предлагаемые растворы (табл.1).

Диффузионный отжиг в соответствии с предлагаемым способом проводили при 610, 630, 650^oC с одновременным вращением образцов со скоростью 4, 6, 8 об. /мин. Время выдержки 1, 5, 9 мин.

Качество покрытия определяли визуально и металлографическим способом.

Потери массы покрытия при отжиге проверяли гравиметрическим способом. Коррозионные испытания проводили в нефтескважинах в течение 800 ч. При этом в нефтескважинах присутствовал сероводород. Результаты коррозионных испытаний определяли визуально и гравиметрическим способом. Испытания каждого из вариантов предлагаемого способа проводили на 6 образцах. Результаты, приведенные в табл. 6, получены при обработке в предлагаемом растворе, соответствующему позиции 2 таблицы 1. При обработке образцов в составах, соответствующих минимальгым и максимальным величинам компонентов (см.поз. 1 и 3 табл.1) были получены анологичные результаты. Как видно из приведенных в таблице 2 данных по предлагаемому способу было получено качественное покрытие при снижении времени затрат на отжиг в 1,66 раза. Потери цинка в процессе диффузионного отжига по предлагаемому способу составляет 43 г/м² поверхности НКТ, что в 1,3 раза меньше известного, составляющего 63 г/м² поверхности. Средняя скорость коррозии оцинкованных образцов, прошедших отжиг по предлагаемому способу, составляет 0,059 г/м² час, а по известному - 0,08 г/м² час, то есть скорость коррозии оцинкованных образцов обработанных по предлагаемому способу в 1,35 раза меньше, чем обработанных по известному. ТТТ1

Формула изобретения

Способ получения диффузионного цинкового покрытия на стальных трубах, включающий цинкование в расплаве, извлечение из расплава, охлаждение и диффузионный отжиг, отличающийся тем, что перед отжигом трубы обрабатывают в растворе, содержащем, г/л:
Фосфорная кислота 50-120
Жидкое стекло 2-5
Окись цинка 0,1-1,0
Огнеупорные силикаты 0,2-0,8
а диффузионный отжиг проводят при 610-650°С в течение 1-9 мин, при этом в процессе диффузионного отжига трубы вращают со скоростью 4-8 об/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3