Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб (варианты)

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.

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+°C, охлаждение и отпуск в диапазоне температур Ac1÷80°C, а по второму варианту - нагрев под аустенизацию до температуры Ac3+°C, охлаждение, дополнительный нагрев в межкритическом интервале температур Ac1+°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.

Наверх