Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб (варианты)



Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб (варианты)
Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб (варианты)

 


Владельцы патента RU 2537633:

Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении бурильных труб из легированных марок стали с требованиями к работе удара сварного соединения. Для повышения уровня вязкопластических свойств, обеспечения эксплуатационной надежности металла в зоне сварного соединения бурильных труб с приварными трением замками проводят термическую обработку зоны сварного соединения, включающую нагрев под аустенизацию до температуры Ac3+(70÷120)°C, охлаждение и отпуск в диапазоне температур Ac1÷80°C, а по второму варианту - нагрев под аустенизацию до температуры Ac3+(70÷120)°C, охлаждение, дополнительный нагрев в межкритическом интервале температур Ac1+(30÷80)°C, отпуск. Изобретение позволяет повысить уровень работы удара с получением стабильных значений не менее 16 Дж и при пониженной температуре испытания минус 20°C не менее 42 Дж, увеличить конструкционный ресурс сварных соединений бурильных труб. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил., 2 пр.

 

Настоящее изобретение предназначено для трубного производства для локальной термической обработки методом индукционного нагрева зоны сварного соединения бурильных труб с замками. Преимущественно - при изготовлении бурильных труб из легированных марок стали с требованиями к работе удара сварного соединения.

Известен способ термической обработки сварного соединения бурильных труб с замками, где после приварки к трубам из стали 32Г2С замков из стали 40ХН зону сварного соединения шириной 50 мм нагревают в двух последовательно расположенных индукционных установках ИНН-100/24 до температуры 880-900°C и охлаждают с двух сторон, отпуск при температуре 650-680°C проводят в таких же установках (Блинов Ю.И., Усов В.А., Поповцев Ю.А. и др. Применение водовоздушного охлаждения для закалки сварного соединения бурильных труб. // Сталь, 1989, №3, с.78-81).

Недостатком указанного способа является то, что данный способ термической обработки позволяет получить зону сварки, равнопрочную с телом трубы и замка и соответствующую группам прочности Е и Л, но при этом не обеспечивает достижения требуемых значений работы удара сварного соединения (не менее 16 Дж).

Известен способ термической обработки (нормализация) в индукторе с нагревом токами высокой частоты (Колесник Б.П., Гузеватая Л.И., Скульский Ю.В. Производство бурильных труб с приваренными соединительными замками // Черная металлургия. Обзорная информация института "Черметинформация". Серия 8 (трубное производство). Информация №5. - Черметинформация. - 1969 - с.7).

Недостатком указанного способа является то, что при проведении традиционно применяемого режима нормализации при температурах 880-940°C с отпуском или без отпуска сварного соединения труб из углеродистых и низколегированных сталей замка при одинаковых скоростях охлаждения на воздухе образуются разные продукты распада: со стороны трубы формируется феррито-перлитная структура, со стороны замка преимущественно бейнитная структура с участками феррито-перлитной составляющей, что не обеспечивает получение равнопрочности зоны сварки с телом трубы и замка.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату к заявляемому способу термической обработки сварных соединений выбран способ, используемый в ОАО «СинТЗ» в соответствии с технологической инструкцией ТИ 161-Т2-1538 «Термическая обработка зоны сварного соединения бурильных труб», применяемой при термической обработке сварных соединений бурильных труб с замками.

В соответствии со способом по ТИ 161-Т2-1538 после приварки замков из стали 40ХМФА к трубам из хромомарганцевых марок стали зону сварного соединения подвергают термической обработке в последовательно расположенных индукционных установках ИНН-100/24 по следующей схеме:

1. Нагрев в камере индукционного нагрева под нормализацию до температуры 940-960°C,

2. Охлаждение в камере спрейеров с двух сторон сжатым воздухом с температуры 600-750°C до температуры 50-120°C или на спокойном воздухе до цеховой температуры (20-30°C).

3. Отпуск в камере индукционного нагрева.

Недостатком указанного способа является то, что при выполнении прочностных свойств на сварном соединении не обеспечивается гарантированное выполнение требований к работе удара при комнатной температуре испытания (не менее 16 Дж), а также не позволяет достичь требуемую работу удара при снижении температуры испытания до минус 20°C (не менее 42 Дж). Кроме того, температура нагрева под аустенитизацию 940-960°C не является универсальной для всего ряда конструкционных сталей и может привести к перегреву, что ведет к формированию крупных зерен аустенита и, как следствие, охрупчиванию металла в зоне сварного соединения.

Задачей, решаемой предложенными вариантами изобретения, является повышение уровня вязкопластических свойств для соответствия нормативным документам, предъявляющим требования к работе удара сварного соединения, обеспечение эксплуатационной надежности металла в зоне сварного соединения бурильных труб с приварными трением замками в соответствии с требованиями для групп прочности Д, Е, Л, М, Р по отечественным нормативным документам (E, X, G, S по международному стандарту API 5Spec DP/ISO 11961) путем локальной термической обработки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе (по первому варианту) термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб с замками, включающем нагрев под аустенизацию, охлаждение, отпуск, нагрев под аустенизацию осуществляют до температуры Ас3+(70…120)°C, отпуск проводят в диапазоне температур Ас1 - 80°C. В способе (по второму варианту) термическая обработка зоны сварного соединения бурильных труб с замками, включает нагрев под аустенизацию до температуры Ас3+(70…120)°C, охлаждение, дополнительный нагрев в межкритическом интервале температур Ас1+(20…80)°C и отпуск при температуре не более Ас1.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение уровня работы удара с получением стабильных значений не менее 16 Дж и при пониженной температуре испытания минус 20°C не менее 42 Дж с целью увеличения эксплуатационной надежности и конструкционного ресурса сварных соединений бурильных труб.

Температурные режимы термической обработки определены в указанных диапазонах, чтобы в зоне сварки обеспечить получение однородной равномерной мелкозернистой структуры, состоящей из феррита и отпущенного мартенсита, так как после сварки структура сварного соединения характеризуется значительной неоднородностью, заключающейся в наличии тонкой мелкозернистой прослойки в зоне стыка и прилегающей к ней крупнозернистой области, в которой размер зерна вследствие протекания процессов вторичной рекристаллизации возрастает в 3-5 раз. Проведенные эксперименты показали, что для получения после термической обработки однородной мелкозернистой структуры:

- температура нагрева под аустенизацию должна составлять Ас3+(70…120)°C. Процессы образования аустенита при высокоскоростном индукционном нагреве смещаются в область более высоких температур, что обусловлено их диффузионным механизмом превращения. Следовательно, при более низких температурах нагрева в структуре сварного соединения сохраняется ферритная оторочка по границам исходного крупного зерна аустенита, а в случае значительного перегрева возможен повторный рост зерна аустенита.

- отпуск после аустенизации в интервале Ас1 - 80°C оказывает следующий эффект: разупрочнение с получением структуры сорбита с глобулярной формой карбидной фазы.

- температура нагрева в межкритическом интервале Ас1+(20…80)°C позволяет получить эффект разупрочнения с получением структуры сорбита с глобулярной формой карбидной фазы и измельчения зерен структуры за счет образования новых равномерно расположенных равноосных зерен феррита размером до 10 мкм (Рис.1).

Таким образом, повышение комплекса вязкопластических свойств сварного соединения определяется следующими факторами:

- измельчением зерна;

- глобулярной формой карбидной фазы.

Способ по первому варианту осуществляется следующим образом:

1. Зону сварного соединения трубы с замком локально нагревают в камере индукционного нагрева под аустенитизацию до температуры Ас3+(70…120)°C.

2. Проводят охлаждение зоны сварного соединения трубы с замком до температуры не более 280°C.

3. Проводят отпуск в камере индукционного нагрева в диапазоне температур Ас1 - 80°C.

Способ по второму варианту осуществляется следующим образом:

1. Зону сварного соединения трубы с замком локально нагревают в камере индукционного нагрева под аустенитизацию до температуры Ас3+(70…120)°C.

2. Проводят охлаждение зоны сварного соединения трубы с замком до температуры не более 280°C.

3. Зону сварного соединения нагревают в камере индукционного нагрева в межкритическом интервале температур Ac1+(20…80)°C.

4. Проводят отпуск в камере индукционного нагрева.

Пример конкретного осуществления.

Предлагаемый способ (по первому варианту) локальной термической обработки сварных соединений бурильных труб был применен при изготовлении промышленных партий размером 88,9×9,35 мм группы прочности G по API 5Spec DP/ISO 11961 из хромомарганцевых сталей марок 30ХМА для труб и марки 40ХМФА для замков на бурильном участке цеха Т-2 ОАО «СинТЗ». Для этого по существующей схеме термической обработки (взятой за прототип) температура нагрева под аустенитизацию составила 910°C (Ac3+90°C) и отпуск 740°C.

Предлагаемый способ (по второму варианту) локальной термической обработки сварных соединений бурильных труб был применен при изготовлении промышленных партий размером 88,9×9,35 мм группы прочности S по API 5Spec DP/ISO 11961 из хромомарганцевых сталей марок 32ХГМА для труб и марки 40ХМФА для замков на бурильном участке цеха Т-2 ОАО «СинТЗ». Для этого в существующую схему термической обработки (взятой за прототип) после охлаждения с температуры аустенитизации 900°C (Ac3+90°C) введен нагрев 780°C в межкритическом интервале температур (Ac1+50°C).

Сравнительные данные приведены в таблице 1. Как видно из данных, значения работы удара при стандартизированных температурах испытания 21°C и минус 20°C соответствуют API 5Spec DP/ISO и имеют достаточно высокий уровень 49-94 Дж при температуре 21°C и 58-65 Дж при температуре минус 20°C относительно минимально установленных норм не менее 16 Дж и 42 Дж соответственно.

1. Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб с замками, включающий нагрев под аустенизацию, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что нагрев под аустенизацию осуществляют до температуры Ac3+(70÷120)°C, а отпуск проводят в диапазоне температур Ac1÷80°C.

2. Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб с замками, включающий нагрев под аустенизацию, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что нагрев под аустенизацию осуществляют до температуры Ac3+(70÷120)°C, а перед отпуском проводят дополнительный нагрев в межкритическом интервале температур Ac1+(20÷80)°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройству внепечной термообработки сварных изделий, и может быть использовано в разных отраслях промышленности для термообработки крупногабаритных сварных изделий в области сварочных швов без использования печного оборудования, а также для предварительного нагрева торцов изделий перед сваркой.

Изобретение относится к области термомеханической обработки сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.

Изобретение может быть использовано при термической обработке сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности сварных соединений диска и лопаток, например дисков ротора в моноблоке с лопатками - блисков.
Изобретение относится к способу внепечной термообработки крупногабаритных сварных изделий в области сварочных швов. Способ осуществляют в камере нагрева, выполненной в форме сегмента, повторяющего форму поверхности нагреваемой части изделия, и ограниченной корпусом, коллекторами подачи газа и отбора дыма и нагреваемой поверхностью изделия.
Изобретение относится к способу лазерной сварки встык листов из стали с содержанием бора 1,3-3,6%, в частности листов из борсодержащей стали 04Х143Р1Ф-Ш, и может найти применение для изготовления сварных изделий и труб с повышенными требованиями к поглощению нейтронного излучения для объектов атомной энергетики.

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях, в том числе и при сварке трубопроводов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к охлаждению зоны сварного соединения рельса непосредственно после сварки. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных труб различного назначения. .

Изобретение относится к области технологии сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе сварки и, как следствие, снижению геометрических погрешностей формы корпусов.
Изобретение относится к способу изготовления ствола стрелкового оружия. Способ включает механическую обработку с образованием канала ствола сверлением, затем его развертку.
Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления и ремонта насосно-компрессорных труб (НКТ). Для обеспечения высокого комплекса прочностных свойств и мелкозернистой однородной структуры концы труб нагревают до Ас3+(180÷230)°C, затем фиксируют трубу одновременно в двух местах: в матрице и с помощью зажима на расстоянии 500÷4500 мм от высаживаемого конца трубы.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке деталей с использованием индукционного нагрева. Для предохранения от окисления и улучшения качества внутренней поверхности детали осуществляют закалку детали с нагрева токами высокой частоты при одновременной подаче охлаждающей жидкости на внутреннюю и наружную поверхности трубных деталей в стенде, который содержит стойку, гидравлический подъемник, приспособление, состоящее из верхнего центра, корпуса и пружины сжатия, нижнего центра, индуктора, узла управления подачи охлаждающей жидкости, при этом в верхнем центре выполнены каналы с определенными сечением и углом для подачи и равномерного распределения охлаждающей жидкости на внутренней поверхности трубной детали.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой стойкости труб для нефтяных скважин к сульфидному растрескиванию под напряжением (СРН-стойкость) бесшовная стальная труба содержит, мас.%: от 0,15 до 0,50 С, от 0,1 до 1,0 Si, от 0,3 до 1,0 Mn, 0,015 или менее P, 0,005 или менее S, от 0,01 до 0,1 Al, 0,01 или менее N, от 0,1 до 1,7% Cr, от 0,4 до 1,1% Мо, от 0,01 до 0,12 V, от 0,01 до 0,08 Nb, от 0,0005 до 0,003 В или дополнительно содержит от 0,03 до 1,0 мас.% Cu и имеет микроструктуру, которая содержит 0,40% или более растворенного Mo и фазу отпущенного мартенсита, которая является главной фазой и которая имеет зерна первичного аустенита с размером зерна 8,5 или более и 0,06 мас.% или более диспергированного осадка M2C-типа, имеющего по существу зернистую форму.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к устройствам для термоправки сильфонов. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных труб различного назначения. .

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при термообработке лифтовых труб, требующих вакуумирования межтрубного пространства, или аналогичных изделий в машиностроении.

Изобретение относится к термообработке лифтовых труб типа «труба в трубе» или аналогичных изделий в машиностроении, требующих вакуумирования межтрубного пространства.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению нефтегазопромысловой бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, обладающей прочностью с пределом текучести YS на уровне 95 кфунт/кв.дюйм (665-758 МПа) и повышенной низкотемпературной ударной прочностью.

Изобретение относится к области термической обработки лифтовых труб малого диаметра типа «труба в трубе» диаметром от 60 до 80 мм, требующих вакуумирования межтрубного пространства.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при закалке длинномерных, тонкостенных труб из стали СП-28, к которым предъявляются жесткие требования по геометрии внутренней поверхности. Способ термической обработки с одновременной правкой стальных тонкостенных труб с разделительной перегородкой по внутреннему диаметру включает нагрев труб в печи под закалку, правку с использованием оправки, выдержку при заданной температуре и охлаждение. Правку осуществляют с использованием двух оправок с раздвижными секторами и с поршнем, движение которого посредством давления сжатого воздуха через систему рычагов обеспечивает перемещение раздвижных секторов первой оправки в радиальном направлении. Нагрев трубы под закалку производят в печи без оправки. Перед выгрузкой нагретой трубы из печи на ее верхнюю часть надевают с зазором нагретый на ту же температуру технологический стальной экран цилиндрической формы, снабженный захватом, и соединяют экран с трубой с помощью имеющихся на трубе бобышек. Выгружают трубу с экраном из печи посредством захвата. Опускают трубу на установленную неподвижно первую оправку и вводят ее внутрь нижней части трубы с последующей фиксацией на первой оправке для придания трубе правильной формы посредством радиального перемещения раздвижных секторов. Удаляют с верхней части трубы технологический стальной экран и вводят вторую оправку внутрь верхней части трубы с фиксацией ее на внутренней поверхности верхней части трубы. Подают сжатый воздух на поршень второй оправки для придания ей правильной формы. Затем осуществляют ускоренное охлаждение трубы с помощью подачи сжатого воздуха на наружную поверхность трубы. После чего коммутируют подачу сжатого воздуха на поршни первой и второй оправок для перемещения раздвижных секторов первой и второй оправок по радиусу к центру оправок для выхода из прямого контакта с внутренней поверхностью трубы. После чего удаляют из верхней части трубы вторую оправку и снимают трубу с первой неподвижной оправки. Технический результат заключается в обеспечении точных геометрических размеров тонкостенных труб в процессе закалки, а также надежное получение требуемого комплекса механических свойств и твердости труб, заданных ТУ. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Наверх