Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей



Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей
Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей
Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей
Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей
Способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистых сталей

 

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2580256:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения стойкости труб к коррозии и увеличения срока эксплуатации тепловоспринимающих элементов при применении таких труб в теплоэнергетике способ повышения коррозионной стойкости труб из малоуглеродистой стали марки ст.20 включает загрузку трубы-заготовки с исходной температурой 20-40°C в печь, нагретую до температуры 910-930°C, выдержку в течение 120 сек на каждый мм толщины стенки трубы, охлаждение на воздухе до исходной температуры 20-40°C, повторную загрузку в печь, нагретую до температуры 910-930°C, и выдержку в течение 120 сек на каждый мм толщины стенки трубы и окончательное охлаждение на воздухе до конечной температуры 20-40°C. 4 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к способам повышения стойкости металла к коррозии и может быть использовано для модификации структуры труб поверхностей нагрева, изготовленных из стали 20. Применение таких труб в теплоэнергетике приведет к увеличению срока эксплуатации тепловоспринимающих элементов.

Известен способ изготовления труб из углеродистой стали (патент РФ №2131933), включающий прокатку труб при 850-930°C, охлаждение с температуры конца прокатки ведут в воде в течение 1-2 с до 630-670°C, повторный нагрев до 780-830°C с последующим охлаждением в воде и отпуск при 650-720°C. Способ обеспечивает повышение прочностных свойств труб и их стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию. Недостатком данного способа является повышение коррозионной стойкости в случае протекания только одного вида коррозии - сульфидного растрескивания и его применимость только для производства труб нефтяного сортамента, эксплуатируемых в условиях низких температур. Применение данного способа для производства котельных труб может приводить к снижению уровня эксплуатационных свойств (особенно при циклических тепловых нагрузках), так как не достигается требуемая стойкость против локальной коррозии, которая представляет наибольшую опасность для труб поверхностей нагрева.

Известен способ изготовления труб из углеродистой стали (патент РФ №2132396), включающий предварительную горячую деформацию, охлаждение, нагрев, окончательную деформацию, нагрев до 760-790C, охлаждение в воде и отпуск при 670-700°C, при этом после предварительной горячей деформации трубы охлаждают водой со скоростью 60-80 град/с до 600-650°C, с этой температуры осуществляют скоростной нагрев под окончательную деформацию до 800-900°C со скоростью 30-45 град/с. Способ обеспечивает повышение хладостойкости и коррозионной стойкости труб в средах, содержащих сероводород и углекислый газ. Недостатком данного решения является ограниченность его применимости только для производства и эксплуатации труб нефтяного сортамента, эксплуатируемых в условиях низких температур, также наличие узкого диапазона повышенной коррозионной стойкости для коррозионных процессов, протекающих по сульфидному и углекислотному механизму. Применение данного способа для производства котельных труб не обеспечивает требуемой стойкости против локальной коррозии и приведет к снижению эксплуатационных характеристик, задаваемых ТУ.

Известен способ повышения коррозионной стойкости труб нефтяного сортамента из малоуглеродистой стали, эксплуатируемых в средах, содержащих сероводород и углекислый газ (патент РФ №2085596), включающий охлаждение на воздухе с температуры конца прокатки, нагрев осуществляют до температуры 760-790°C, охлаждают в воде до цеховой температуры, осуществляют дополнительный нагрев до температуры 690-720°C, затем охлаждают на воздухе. После конца прокатки осуществляют промежуточный нагрев до Ас3+(20-50)°C и охлаждение на воздухе. Недостатком указанного способа является повышение коррозионной стойкости в случае протекания коррозионных процессов по сульфидному и углекислотному механизму и его применимость только для производства труб нефтяного сортамента, эксплуатируемых в условиях низких температур. Применение данного способа для обеспечения необходимого уровня эксплуатационных свойств котельных труб невозможно, поскольку не обеспечиваются повышенные характеристики коррозионной стойкости.

Известен способ повышения стойкости стальных трубопроводов к коррозии цементацией (Патент РФ №2488649), включающий нагрев до температуры 1200-1400°C в углеродсодержащей среде в пламени дуги между двумя графитовыми электродами электродуговой горелки, выдержку и охлаждение. В процессе цементации поддерживают давление в трубе 0,5-0,75 от рабочего давления. На поверхности трубы получают покрытие, устойчивое к коррозии, а также к действию кислот и щелочей и к стресс-коррозии, поскольку оно препятствует проникновению в сталь атомарного водорода и имеет прочность 2000 Н/мм2. Недостатком способа является его применимость только в подземном трубопроводном транспорте, работающем при низких температурах. Применение данного способа для производства котельных труб может приводить к образованию трещин при циклических тепловых нагрузках, вследствие структурной неоднородности, поскольку цементованный слой и сердцевина обладают различными коэффициентами теплового расширения. Это не обеспечивает достаточной защиты от коррозии трубы поверхностей нагрева.

Наиболее близким к заявляемому является способ (ТУ 14-3Р-55-2001 «Трубы бесшовные для паровых котлов и трубопроводов»), включающий однократную нормализацию при температуре 920°С-950°C. Данный аналог не обеспечивает формирование желаемой мелкозернистой равноосной феррито-перлитной структуры с низкой разнозернистостью, поэтому в котельных углеродистых сталях, термообработанных по этому режиму, наблюдается значительная неоднородность феррито-перлитной структуры. Применение данного способа для производства котельных труб приводит к разной коррозионной стойкости в идентичных условиях эксплуатации, вследствие значительно различающихся микроструктур труб поверхностей нагрева.

Технической задачей заявляемого решения является создание способа, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости труб, изготовленных из малоуглеродистой стали, при сохранении механических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ нормализации труб из стали 20, в котором загружают трубы-заготовки с исходной температурой Ти=20÷40°С в печь, нагретую до температуры Тн=910÷930°С и выдерживают в течение 120 сек на каждый мм толщины стенки трубы, после этого охлаждают на воздухе до исходной температуры Ти=20÷40°С и повторно загружают в печь, нагретую до температуры Тн=910÷930°С и выдерживают в течение 120 сек на каждый 1 мм толщины стенки трубы затем охлаждают на воздухе до конечной температуры Тк=20÷40°С.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что происходит двукратная структурная перекристаллизация, приводящая к формированию мелкозернистой равноосной феррито-перлитной структуры с низкой разнозернистостью. Значение средней площади зерна феррита уменьшается на 42% (с 84,7 мкм2 до 49,3 мкм2), значение фактора разнозернистости увеличивается в 3,3 раза (с 0,15 до 0,49). Полученная микроструктура трубы более устойчива к электрохимической коррозии, а также к действию кислот, поскольку она препятствует развитию межкристаллитных трещин и способствует формированию равномерно распределенному пассивирующему слою продуктов коррозии. Скорость коррозии при этом уменьшается на 38% (с 0,311 г/ч до 0,194 г/ч), глубина межкристаллитных трещин сокращается в 2,2 раза (с 47,3 мкм2 до 21,1 мкм2). Кроме того, решающее значение в формировании микроструктуры имеет количество циклов и температура фазовой перекристаллизации. Увеличение количества циклов нормализации приводит к изменению формы и размеров зерен, но минимальные равноосные зерна феррита с низкой разнозернистостью образуются при проведении двукратного цикла при температуре 910÷930°С, при этом же режиме наблюдается минимальная скорость коррозии. Последующее увеличение числа циклов нормализации приводит к формированию хрупкой видманштеттовой структуры, что является недопустимым дефектом при эксплуатации труб с подобной структурой.

Пример 1

Образцы из стали 20, вырезанные из трубной заготовки с типоразмером 32,0×4,0 мм, имеющие состав, мас. %: углерод 0,17-0,24, кремний 0,17-0,37, марганец 0,35-0,65, хром не более 0,25, никель не более 0,25, медь не более 0,3, серу не более 0,025, фосфор не более 0,30, остальное железо, с исходной температурой Ти=20°C загружали в печь камерную СНОЛ-1,4.2,5.1,2/12,5-И1, нагретую до температуры Тн=920°C, и выдерживали в течение 480 сек, после этого образцы охлаждали на воздухе до Ти=20°C и повторно загружали в печь, нагретую до температуры Тн=920°C, и выдерживали в течение 480 сек затем охлаждали на воздухе до Тк=20°C. Микроструктуры данных образцов в исходном состоянии (а) и после двукратной нормализации (b) приведены на фиг. 1. В исходном состоянии структура состоит из крупнозернистого феррита и перлита. Двукратная структурная перекристаллизация привела к формированию более мелкозернистой равноосной феррито-перлитной структуры с низкой разнозернистостью. Значение средней площади зерна феррита уменьшилось на 42% (с 84,7 мкм2 до 49,3 мкм2). Значение фактора разнозернистости после двукратного цикла нормализации увеличилось в 3,3 раза (с 0.15 до 0,49) по сравнению с исходным состоянием. Результаты статических испытаний данных образцов, определяющие предел прочности (σв), предел текучести (σ0,2), относительное удлинение (δ), относительное сужение (ψ) образцов при комнатной температуре, приведены в (табл. 1).

Микроструктуры данных образцов в исходном состоянии, а также подвергнутых двукратной нормализации (а) и после коррозионных испытаний (b) приведены на фиг. 2. Коррозионные испытания заключались в выдержке в течение определенного времени испытуемых образцов в агрессивной среде, содержащей сероводород. По изменению массы рассчитывалась скорость коррозии. Глубина межкристаллитных трещин, определенная на поперечных металлографических шлифах, сократилась в 2.2 раза (с 47.3 мкм до 21,1 мкм). Результаты коррозионных испытаний, определяющие значения скорости коррозии V1, V2, и фактора разнозернистости FZ для данных образцов приведены в таблице 2, время испытания составило Т1=24 и Т2=168 часов.

При малом времени выдержки образцов Т1=24 часа в агрессивном растворе снижение скорости коррозии составило 38% от исходного значения, при увеличении времени испытания до Т2=168 часов скорость коррозии уменьшилась на 51%.

Пример 2

Образцы из стали 20, вырезанные из трубной заготовки с типоразмером 32,0×4,0 мм, имеющие состав, мас. %: углерод 0,17-0,24, кремний 0,17-0,37, марганец 0,35-0,65, хром не более 0,25, никель не более 0,25, медь не более 0,3, серу не более 0,025, фосфор не более 0,30, остальное железо, с исходной температурой Ти=20°C загружали в печь камерную СНОЛ-1,4.2,5.1,2/12,5-И1, нагретую до температуры Тн=900÷950°C, и выдерживали в течение 480 сек. после этого образцы охлаждали на воздухе до Ти=20°C и многократно загружали в печь, нагретую до температуры Тн=900÷950°С, и выдерживали в течение 480 сек, затем охлаждали на воздухе до Тк=20°C. Результаты статических испытаний данных образцов, определяющие предел прочности (σв), предел текучести (σ0,2), относительное удлинение (δ), относительное сужение (ψ) образцов при различных режимах 1, 2, 3, 4, 5-кратной нормализации и различных температурах 900, 910, 920, 930, 940, 950°C нагрева печи, определенные после охлаждения при Тк=20°C, приведены в таблице 3.

Результаты коррозионных испытаний, определяющие значения скорости коррозии V1, V2, и фактора разнозернистости FZ для данных образцов при различных режимах 1,2,3,4,5-кратной нормализации и различных температурах 900, 910, 920, 930, 940, 950°C нагрева печи, определенные после охлаждения при Тк=20°C, приведены в таблице 4. Время испытания составило Т1=24 и Т2=168 часов.

Из представленных в табл. 3 результатов видно, что по механическим свойствам удовлетворяет требованиям ТУ 14-3Р-55-2001 для котловых труб однократная нормализация в интервале 900-950°C, двукратная нормализация в интервале 900-930°C, трехкратная нормализация 900-920°C, четырехкратная нормализация 900-910°C, пятикратная нормализация при 900°C.

Из представленных в табл. 4 результатов видно, что скорость коррозии меньше, чем в исходном состоянии в случае: однократной нормализации в интервале 900-950°C (при t1=24 часа 1,01÷1,29 раза; при t2=168 часов в 1,23÷4,69 раза), двукратной в интервале 910-940°C (при t1=24 часа в 1,07-1,6 раза при t2=168 часов в 1,12-2,08 раза), трехкратной при 920; 950°C (при t1=24 часа в 1,21-1,39 раза при t2=168 часов в 1,08-1,56 раза), четырехкратной при 920; 950°C (при t1=24 часа в 1,16-1,20 раза при Т2=168 часов в 1,17÷1,32 раза), пятикратной при 920°C (при t1=24 часа в 1,07 раза при t2=168 часов в 1,26 раза)

Таким образом, по механическим и коррозионным свойствам оптимальными режимами обработки труб из малоуглеродистой стали 20 являются однократная нормализация в интервале 900-950°C, двукратная в интервале 910-930°C, трехкратная - 920°C, четырехкратная и пятикратная недопустимы по механическим свойствам. При этом в случае: однократной нормализации в интервале 900-950°C, это вид обработки известен из ТУ 14-3Р-55-2001, трехкратная нормализация по коррозионным свойствам хуже и энергетически невыгодна, поскольку просто достигает примерно близких результатов, но с большими временными и энергетическими затратами. Следовательно, новым и неочевидным техническим решением является режим двукратной нормализации в интервале 910-930°C.

Таким образом, решена техническая задача создания способа, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости труб, изготовленных из малоуглеродистых сталей, при сохранении механических свойств.

Способ нормализации труб из стали 20, включающий загрузку трубы с температурой 20÷40°С в печь, нагретую до температуры 910÷930°С, выдержку в течение 120 сек на каждый мм толщины стенки трубы, охлаждение трубы на воздухе до 20÷40°С, повторную загрузку трубы в печь, нагретую до температуры 910÷930°С, выдержку в течение 120 сек на каждый мм толщины стенки трубы и окончательное охлаждение на воздухе до 20÷40°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вспомогательному сварочному оборудованию, которое может быть использовано для предварительного нагрева труб перед выполнением сварки или для последующей термической обработки сварного соединения труб.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии упрочнения труб нефтяного сортамента из микролегированных сталей непосредственно в процессе горячей деформации.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу обработки малоуглеродистой, комплексно-легированной стали, и может быть использовано для упрочнения труб нефтяного сортамента, например бурильных.

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству труб нефтепромыслового сортамента. Для обеспечения низкой анизотропии предела текучести трубы при приложении к ней различных напряжений, зависящих от среды использования, получают трубу из аустенитного сплава, имеющую предел текучести при растяжении YSLT по меньшей мере 689,1 МПа.

Изобретение относится к области термической обработки. Для предотвращения образования закалочных трещин в стальной трубе осуществляют закалку трубы (1) из средне- или высокоуглеродистой стали или из мартенситной нержавеющей стали, включающую нагрев материала стальной трубы до температуры выше Ас3, охлаждение посредством водяного охлаждения от наружной поверхности стальной трубы, причем концевые участки стальной трубы подвергают воздушному охлаждению, а по меньшей мере часть основного тела, не являющуюся концевыми участками трубы, подвергают водяному охлаждению, обеспечивая содержание мартенсита в материале стальной трубы, за исключением концевых участков, 80% об.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении труб для энергетического машиностроения и оборудования АЭС. Способ производства металлопродукции из легированных марок стали, например нержавеющих и сплавов, включает выплавку стали, горячую деформацию, термическую обработку в интервале температур от 450 до 950°C с последующим охлаждением в воде или на воздухе, холодную деформацию и термическую обработку в интервале температур от 750 до 950°C с последующим охлаждением в воде или на воздухе.

Изобретение относится к области прокатного производства, а точнее к оборудованию, предназначенному для термической обработки труб (нормализации, закалки и отпуска) в трубопрокатных и трубосварочных агрегатах.
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.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении бурильных труб из легированных марок стали с требованиями к работе удара сварного соединения.
Изобретение относится к способу изготовления ствола стрелкового оружия. Способ включает механическую обработку с образованием канала ствола сверлением, затем его развертку.

Изобретение может быть использовано, в частности, в автомобильной промышленности и касается изготовления холоднокатаного и отожженного стального листа с «ТРИП-эффектом».

Изобретение относится к обработке листов из электротехнической стали. Для измельчения магнитных доменов посредством облучения подвергнутого окончательному отжигу листа высокоэнергетичным пучком с использованием лазерного пучка, электронного пучка или другого подобного пучка в условиях изменения скорости перемещения устройство содержит механизм облучения для сканирования высокоэнергетичным пучком в направлении, ортогональном направлению подачи стального листа, при этом механизм облучения имеет функцию устанавливать диагональное направление сканирования высокоэнергетичным пучком относительно ортогонального направления, ориентированное под углом к направлению подачи, который определяют на основе скорости перемещения листа в направлении его подачи.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения потерь в железе текстурированный лист электротехнической стали подвергают обработке по измельчению магнитных доменов путем создания деформации, причем лист содержит изолирующее покрытие с превосходными изолирующими свойствами и устойчивостью к коррозии.

Изобретение относится к способу получения упаковочной стали из холоднокатаной листовой стали, изготовленной из нелегированной или низколегированной стали с содержанием углерода менее 0,1%.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании кулачково-эксцентриковых механизмов упаковочных автоматов. Дисковый кулачок кулачкового механизма имеет кулачок, изготовленный из среднеуглеродистой марки стали, содержание углерода в которой 0,42-0,63 мас.% и роликовый паз, наружные и внутренние рабочие поверхности которого закалены токами высокой частоты на глубину не менее 1,5 мм и имеют уровень твердости не менее HRA 74-76, причем высота закаленного слоя составляет не менее 3/4 глубины паза.

Настоящее изобретение предлагает текстурированный лист электротехнической стали, обеспечивающий возможность производства энергетически высокоэффективного трансформатора с сердечником из данного листа, обладающего крайне низкими потерями в железе и крайне низким уровнем шума, который может использоваться в различных окружающих условиях.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано при упрочняющей термообработке зубчатых колес. Для обеспечения высокого качества термообработки и расширения технологических возможностей способ включает последовательный нагрев индуктором локального нагрева зубьев вращающегося зубчатого колеса до заданной температуры и их охлаждение жидкостью, при этом используют индуктор с магнитопроводом, ширину рабочей части индуктора выполняют не менее шага зацепления зубчатого колеса по его делительной окружности, а ее длину выполняют равной 1,2-1,5 длины зуба зубчатого колеса.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения отрывной силы крышки жестяной банки при постоянной толщине её стенки по ослабленной линии крышку для жестяной банки получают из нелегированной или низколегированной листовой стали с содержанием углерода менее 0,1 мас.

Изобретение относится к области металлографии и может быть использовано в описании процессов диффузии, превращений, образования зародышей и роста новой фазы в металлах.
Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке. Для повышения производительности обработки, а также твердости с пониженными закалочными напряжениями и деформациями сталь подвергают закалке на мартенсит в пульсирующем воздушном потоке, имеющем частоту до 2300 Гц и звуковое давление до 145 дБ, обеспечивающем скорость охлаждения выше критической скорости закалки, с последующим воздействием на нее пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре, за одну операцию без перемещения обрабатываемого изделия.

Изобретение относится к области машиностроения и металлообработки деталей из железоуглеродистых сплавов. Для обеспечения равномерной структуры, твердости и глубины упрочненного слоя детали используют лазерный излучатель с излучающими трубками, скомпонованными в виде пакета, состоящего из четырех рядов трубок, в виде вложенных один внутри другого вокруг центральной оси четырех восьмигранников, причем восьмигранник второго ряда повернут вокруг центральной оси относительно внешнего восьмигранника первого ряда с расположением его вершин напротив центров граней внешнего восьмигранника, а восьмигранник третьего ряда повернут вокруг центральной оси относительно восьмигранника второго ряда с расположением его вершин напротив центров граней второго восьмигранника и, соответственно, напротив вершин внешнего восьмигранника, а четвертый восьмигранник повернут вокруг центральной оси с расположением его вершин между вершинами второго и третьего восьмигранников. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх