Способ термической обработки холоднодеформируемых труб



Способ термической обработки холоднодеформируемых труб
Способ термической обработки холоднодеформируемых труб
Способ термической обработки холоднодеформируемых труб
Способ термической обработки холоднодеформируемых труб

 

C21D1/26 - 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 2580772:

Публичное акционерное общество "Синарский трубный завод" (ПАО "СинТЗ") (RU)

Изобретение относится к технологии термической обработки холоднодеформированных труб из углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей при проведении нормализации садок в роликовых печах. Для получения мелкозернистой микроструктуры металла труб, состоящей из феррита и пластинчатого перлита, увеличения равномерности нагрева и снижения искривления труб способ включает нагрев труб, который производят в три стадии: 1-я стадия: подогрев до температуры не более 870°С составляет 10-15% от общего количества времени нагрева; 2-я стадия: нагрев от температуры предварительного подогрева до температуры 950°С составляет 55-60% от общего количества времени нагрева; 3-я стадия: выдержка при температуре 950°С составляет 25-30% от общего количества времени нагрева, с общей продолжительностью нагрева 40-45 мин, а охлаждение производится в камере охлаждения при принудительном перемешивании среды вентилятором. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к трубному производству и направлено на совершенствование технологии термической обработки холоднодеформированных труб из углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей при проведении нормализации садок в роликовых печах.

При изготовлении холоднодеформированных труб для наиболее часто применяемых углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей температура критической точки Ас3 различна и составляет 820-900°С (таблица 1). В результате при назначении температуры нормализации, руководствуясь правилом Ас3+30÷50°С [Технология упрочнения машиностроительных материалов. Учебное пособие-справочник / Под редакцией д.т.н., проф. В.Д. Евдокимова. - Одесса-Николаев: Изд-во НГГУ им. Петра Могилы, 2005. - 352 с.], возникает большое количество температурных режимов. Это приводит к простоям печи по причине технологических переходов с одного температурного режима на другой.

Известен способ термической обработки среднеуглеродистой стали (патент РФ №2178003, опубл. 10.01.2002), включающий нормализацию и отпуск при 655-750°С в течение 120-300 мин, охлаждение на воздухе и повторную нормализацию с выдержкой 10-60 мин. Недостаток способа состоит в необходимости проведения дополнительного отпуска и повторной нормализации. Также длительность процесса делает его экономически невыгодным для изделий, к которым не предъявляются повышенные требования по ударной вязкости.

Известен способ комплексной термической обработки стали (патент РФ №2503726, опубл. 04.05.2011), включающий нагрев заготовки до полной аустенитизации структуры, охлаждение в печи до температуры выдержки 735-740°С или на воздухе до комнатной температуры с последующим нагревом до температуры выдержки, выдержку в межкритическом интервале Ac1-Ас3 для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры и охлаждение после выдержки со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование многофазной микроструктуры. После чего дополнительно осуществляют высокотемпературный отпуск-старение при 550°С в течение 2-2,5 ч, либо перед нагревом до полной аустенитизации проводят предварительную нормализацию при температуре от 930°С. Недостатками способа являются необходимость проведения дополнительных операций термической обработки (отпуска, нормализации) и длительность процесса.

Известен способ нормализации труб в проходных роликовых печах (патент РФ №2242522, опубл. 20.12.2004), включающий нагрев трубы до заданной температуры при скорости ее перемещения в печи, вычисляемой по формуле [1], с температуры не выше 600°С и до температуры структурных превращений и кантовку косорасположенными роликами при перемещении в печи:

где L - длина печи, м;

λ - теплопроводность, ккал/(м·ч·град);

с - теплоемкость, ккал/(кг· град);

ρ - плотность, кг/м3;

S - толщина стенки трубы, м;

D - диаметр трубы, м;

ТП - максимальная температура в печи, °С;

ТН - начальная температура трубы перед печью, °С;

ТК - заданная температура нагрева, °С.

Недостатком способа является невозможность термической обработки труб из углеродистых низколегированных и среднелегированных сталей по одному унифицированному режиму. Как по времени нормализации, так и по температуре для каждой отдельной марки стали и толщины стенки труб требуется индивидуальный режим нормализации. Кроме того, способ разработан для термической обработки труб, проходящих через печь последовательно по одной друг за другом, и не может быть использован для садок труб.

Задачей изобретения является разработка унифицированного способа нормализации садок труб, применимого как для углеродистых, так и для низколегированных и среднелегированных сталей.

Техническим результатом является получение мелкозернистой микроструктуры, состоящей из феррита и пластинчатого перлита, увеличение равномерности нагрева заготовки, снижение искривления труб в процессе их изготовления.

Указанный результат достигается тем, что термическую обработку (нормализацию) производят в три стадии нагрева (температура рабочего пространства устанавливается по зонам печи):

1. Предварительный подогрев до температуры не более 870°С составляет 10-15% от общего количества времени нагрева. Максимальная температура 870°С, устанавливаемая по зонам печи на первой стадии, составляет не более Ас3 +50°С (таблица 1). Таким образом, подогрев не приводит к росту зерна аустенита в обрабатываемых сталях. При снижении времени менее 10% происходит искривление труб, подвергаемых термической обработке. Отсутствие первой стадии предварительного подогрева при термической обработке (нормализации) в печи с защитной атмосферой приводит к значительному искривлению труб, которые задевают искривленными концами источники нагрева (радиационные трубы) и выводят их из строя. Увеличение времени предварительного подогрева нецелесообразно, т.к. приводит к повышению длительности процесса.

2. Равномерный нагрев от температуры предварительного подогрева до температуры 950°С составляет 55-60% от общего количества времени нагрева. Температуры по зонам печи устанавливаются с плавным равномерным повышением, например, если температура предварительного нагрева составляет 870°С, то в последующих зонах печи она должна составлять 890-910-930-950°С. Такой нагрев исключает основной недостаток термической обработки (нормализации) садкой (пучком) - неравномерный нагрев труб, которые находятся с края садки в сравнении с трубами, находящимися внутри садки (внутри трубы лежат плотно друг к другу и хуже прогреваются). При резком повышении температуры печи, трубы которые непосредственно контактируют с рабочим пространством, наиболее быстро прогреются, микроструктура будет состоять из аустенитных зерен. Если температура составляет более Ас3 +50°С и нет легирующих элементов, препятствующих росту зерна, то с течением времени в этих участках труб будет происходить укрупнение аустенитных зерен. Вместе с тем микроструктура труб внутри садки будет состоять из феррита и перлита, с начальной стадией образования аустенита. В итоге получается разнозернистая микроструктура, а трубы имеют явно выраженную анизотропию свойств. При этом такие структурные отличия наблюдаются не только на различных трубах, но и на одной трубе, часть поверхности которой контактировала с рабочим пространством печи, а другая часть лежала плотно к другим трубам и нагревалась медленнее. Плавное равномерное повышение температуры рабочего пространства печи исключает эти недостатки.

Длительность второй стадии 55-60% от общего количества времени нагрева определена экспериментально. При снижении продолжительности второй стадии увеличивается скорость нагрева и наблюдаются участки в микроструктуре труб, имеющие более крупные и более мелкие зерна (наблюдается разнозернистость). При повышении продолжительности второй стадии наблюдается рост размеров зерна у обрабатываемых труб в целом.

3. Выдержка при температуре 950°С составляет 25-30% от общего количества времени нагрева.

Температура нормализации 950°С для сталей типа 12Х1МФ является минимально возможной, которая регламентирована при изготовлении котельных труб (согласно требованиям ТУ 14-3-460, ТУ 14-3Р-55 температура нормализации должна составлять 950-1030°С). В то же время эта температура для сталей типа 20, 30 действует двойственно: с одной стороны, превышая критическую точку Ас3 более чем на 50°С, приводит к росту зерна, с другой стороны, приводит к увеличению степени переохлаждения при последующем охлаждении труб и ускорению процессов, протекающих при охлаждении. В связи с этим и выбрана длительность третьей стадии 25-30% от общего количества времени нагрева, снижение которого приведет к некачественной нормализации сталей типа 12Х1МФ, а увеличение - к значительному укрупнению зерен для сталей типа 20, 30.

Увеличенная степень переохлаждения и последующее охлаждение при помощи вентиляторов благоприятно влияет на получаемую микроструктуру труб: снижается образование полосчатости, а следовательно, анизотропия свойств. Снижается размер зерна за счет множественного образования зародышевых центров для развития и роста новых зерен при переходе стали из аустенитного в феррито-перлитное состояние с получением мелкозернистого феррита и мелких колоний перлита. Также это позволит избежать образования зернистого перлита. Во многих случаях трубы из углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей после изготовления подвергаются обработке резанием. Для нефтегазопроводных труб - это нарезка фаски для последующей сварки. Трубы для машиностроения в дальнейшем разрезают на части, нарезают резьбу, снимают наружный и внутренний слой и т.д. В структуре, состоящей из феррита и зернистого перлита, режущий инструмент увязает и ломается, снижается его стойкость, в отдельных случаях (при недостаточной мощности оборудования) не удается произвести нарезку трубы. При изготовлении труб для котлостроения микроструктура, содержащая зернистый перлит, не обеспечит высокую длительную прочность металла. Поэтому структура пластинчатого перлита в сравнении с зернистым является более предпочтительной для труб, к которым не предъявляются повышенные требования по ударной вязкости.

Охлаждение в камере, при применении принудительного перемешивания среды при помощи вентиляторов, обеспечивает равномерное охлаждение труб в садке.

Общая продолжительность нагрева, определенная экспериментально, составляет 40-45 мин. Время менее 40 мин не обеспечивает полного прохождения нормализации для сталей типа 12Х1МФ. В микроструктуре присутствуют деформированные неравноосные зерна. Превышение времени более 45 мин приводит к росту зерна для сталей типа 20, 30.

Последующее охлаждение осуществляют в камере охлаждения. Для увеличения скорости охлаждения применяют принудительное перемешивание среды при помощи вентиляторов.

Общая продолжительность нагрева составляет 40-45 мин.

Предлагаемое решение опробовано в промышленных условиях. Термической обработке (нормализации) в печи с роликовым подом фирмы «EBNER» (тип ROS 225/35/2000St) подвергались трубы из сталей 10, 20, 10Г2, 12Х1МФ. Результаты исследования механических свойств и микроструктуры труб приведены в таблице 2. После проведения термической обработки (нормализации) повышенного искривления труб не наблюдалось.

Таким образом, предлагаемый способ термической обработки (нормализации) холоднодеформированных труб из углеродистых низколегированных и среднелегированных сталей обеспечивает повышение эффективности термической обработки, расширяет область ее применения, снижает искривление труб, а также позволяет получить благоприятный комплекс механических свойств и микроструктуры, полностью соответствующих предъявляемым требованиям.

1. Способ термической обработки холоднодеформированных труб, включающий нагрев труб и последующее охлаждение, отличающийся тем, что нагрев производят в три стадии, при этом на первой стадии ведут предварительный подогрев трубы до температуры не более 870°C длительностью, составляющей 10-15% от общей продолжительности времени нагрева, на второй стадии - нагрев от температуры предварительного подогрева до температуры 950°C длительностью, составляющей 55-60% от общей продолжительности времени нагрева, а на третьей стадии осуществляют выдержку при температуре 950°C длительностью, составляющей 25-30% от общей продолжительности времени нагрева.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общая продолжительность времени нагрева составляет 40-45 мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение производят в камере охлаждения.

4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что охлаждение производят путем принудительного перемешивания среды в камере охлаждения вентилятором.



 

Похожие патенты:

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.

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 области обработки черных металлов, а более конкретно к обработке металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали. Для повышения стойкости инструмента рабочую часть стандартно термоупрочненного инструмента из быстрорежущей стали подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 мин.

Изобретение относится к изготовлению листа. Для получения стального листа с мартенситной структурой, в которой средний размер реек меньше 1 микрометра, средний коэффициент удлинения реек составляет от 2 до 5, предел упругости - более 1300 МПа, предел прочности превышает (3220(C)+958) мегапаскалей, где (С) содержание углерода в мас.%, поставляют полуфабрикат из стали, содержащей, мас.%: 0,15≤С≤0,40; 1,5%≤Mn≤3%; 0,005≤Si≤2; 0,005≤Al≤0,1; 1,8≤Cr≤4; 0≤Mo≤2, при этом 2,7≤0,5(Mn)+(Cr)+3(Mo)≤5,7; S≤0,05; Р≤0,1, и необязательно: 0≤Nb≤0,050; 0,01≤Ti≤0,1; 0,0005≤В≤0,005; 0,0005≤Са≤0,005, остальное железо и неизбежные примеси.

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.

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.

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 металлургии. Для увеличения на поверхности плоского изделия из электротехнической стали растягивающих напряжений и обеспечения оптимальных магнитных свойств способ изготовления плоского изделия из электротехнической стали с ориентированным зерном с минимальными величинами магнитных потерь состоит из этапов: а) подготовка плоского изделия из электротехнической стали, b) нанесение слоя, содержащего фосфат изоляционного раствора, по меньшей мере, на одну поверхность плоского изделия из электротехнической стали и обжиг нанесенного слоя, после первого проведения этапа b) этот этап b) повторяют, по меньшей мере, один раз, вследствие чего из нанесенных друг за другом друг на друга и обожженных слоев содержащего фосфат изоляционного раствора образуется изоляционное покрытие, при этом при толщине покрытия D до 3 мкм, удельная плотность r покрытия равна ≥ 5 г/м2, а при толщине D больше 3 мкм удельная плотность r покрытия равна r[г/м2]>3/5 г/мкм/м2·D [мкм]. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Наверх