Способ термической обработки изделий из хромомолибденовой стали


 

C21D1/25 - 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 2599465:

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки изделий из малоуглеродистой хромомолибденовой стали и может быть использовано для упрочнения труб нефтяного сортамента, например, насосно-компрессорных и обсадных. Для получения изделий с высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, содержащих сероводород в соответствии с международным стандартом API Spec 5CT/ISO 11961 и углекислый газ, и высоким уровнем прочностных свойств (предел текучести от 552 до 800 МПа), изделие подвергают термической обработке, включающей нагрев под аустенитизацию до температуры Ас3+(50…80)°С с выдержкой не менее 30 минут, охлаждение в воде до температуры не более 100°С и нагрев под отпуск до температуры не более (Ac1-15)°С с выдержкой не менее 30 минут. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки изделий из малоуглеродистой хромомолибденовой стали и может быть использовано, в частности, для упрочнения труб нефтяного сортамента, например, насосно-компрессорных и обсадных.

Известен способ термической обработки труб из малоуглеродистой хромомолибденовой стали для обеспечения коррозионной стойкости труб и соединительных деталей в средах, содержащих H2S и СО2, по схеме двойного цикла, включающего двойную закалку с отпуском:

- первый нагрев до Ас3-(Ас3+50)°С, охлаждение в воде, второй нагрев в межкритический интервал температур (Ac1-Ас3), охлаждение в воде и нагрев под отпуск до (550+Ac1)°C с последующим охлаждением на воздухе [пат. РФ №2096495, опубл. 20.11.1997];

- закалка при нагреве в аустенитную область температур выше Ас3 с выдержкой и последующим охлаждением водой, закалка при нагреве в ферритно-аустенитную область температур в интервале (Ac1+80)-(Ас3-30)°С с выдержкой и последующим охлаждением водой и высокий отпуск при температуре (500-Ас1)°С с выдержкой и последующим охлаждением на воздухе [пат. РФ №2148660, опубл. 10.05.2000];

- первая закалка (920-940)+10°С, вторая закалка 800-830°С и отпуск 600-620°С [Труды XVI Международной научно-технической конференции «ТРУБЫ-2008», г. Челябинск].

Недостатком способа является то, что он не позволяет получить высокий уровень прочностных свойств (предел текучести не более 570 МПа) и имеет низкую производительность процесса из-за проведения второго нагрева в межкритический интервал температур (Ac1-Ас3) ферритно-аустенитной области, что ведет к повышению себестоимости готовой продукции.

Также известна сталь, содержащая углерод 0,1-0,35 масс. %, хром 1,0-6,0 масс. % и молибден 0,4-1,0 масс. %, имеющая предел текучести предел текучести не менее 552 МПа и способ термической обработки по схеме: нормализация и двойной отпуск (пат. РФ №2368836, опубл. 27.09.2008).

Недостатком данного способа термической обработки является ограниченное применение в зависимости от содержания хрома в диапазоне 1,0-6,0 масс. %. В частности способ не применим для обработки труб нефтяного сортамента из хромомолибденовой стали с содержанием хрома до 2,0 масс. %, так как не позволяет обеспечить достаточный запас по прочностным свойствам и коррозионной стойкости. Кроме того, цикличность термической обработки, заключающаяся в проведении двойного отпуска, снижает производительность процесса в целом.

Наиболее близким по технической сущности является известный способ термической обработки изделий из комплексно-легированной стали (заявка №2013137543, дата подачи 09.08.2013 г, заявитель ОАО «СинТЗ»), включающий нагрев до температуры Ас3-(Ас3+50)°С, охлаждение водой в спрейере до температуры не более 280°С по длине трубы, и отпуск до температуры не более (Ac1-15)°С.

Недостатком способа является низкая стойкость изделия против коррозии при эксплуатации в средах, содержащих сероводород и углекислый газ в виду неполных структурных превращений при закалке. Кроме того, применительно к низкоуглеродистой стали низкая температура нагрева под закалку Ас3-(Ас3+50)°С и недостаточно полное охлаждение водой не позволяют обеспечить высокий уровень прочностных свойств.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа термической обработки изделий из малоуглеродистой хромомолибденовой стали, в частности, труб для нефтяных скважин, обеспечивающего коррозионную стойкость в агрессивных средах, содержащих сероводород в соответствии с международным стандартом API Spec 5CT/ISO 11961 и углекислый газ, и высокий уровень прочностных свойств (предел текучести от 552 до 800 МПа).

Указанный результат достигается тем, что изделие, изготовленное из хромомолибденовой стали и подвергнутое термической обработке, включающей закалку и отпуск, нагревают под аустенитизацию до температуры Ас3+(5080)°С, выдерживают не менее 30 минут, охлаждают в воде до температуры не более 100°С и нагревают под отпуск до температуры не более (Ac1-15)°С с выдержкой не менее 30 минут.

Технический результат, обеспечиваемый за счет выбранных температурных и временных параметров термической обработки, определяется следующими факторами:

- нагрев под аустенитизацию до температуры Ас3+(50…80)°С применительно к низкоуглеродистой хромомолибденовой стали обеспечивает полное аустенитное превращение и начало охлаждения в воде с температуры не ниже, чем Ar3, что является необходимым условием достижения высокопрочного состояния, исключая образование ферритно-перлитной структуры, а формирование мелкодисперсной однородной микроструктуры - стойкости против сероводородного растрескивания. Кроме того, измельчение аустенитного зерна до размера не крупнее 8 балла, а следовательно, и размеров упрочняющей фазы - эффективный способ повышения сопротивления хрупкому разрушению, в том числе при отрицательных температурах эксплуатации изделия;

- температура конца охлаждения в воде установлена не более 100°С, что ниже температурной области мартенситного превращения, обеспечивает максимальную степень превращения переохлажденного аустенита. В случае завершения охлаждения при более высоких температурах, свыше 100 С, возможно выделение крупных карбидов по границам зерен, что снижает сопротивление металла межкристаллитному хрупкому разрушению;

- максимальная температура нагрева под отпуск ограничивается величиной (Ac1-15)°С, так как в условиях массового производства (поточной линии термической обработки) проведение отпуска в субкритическом интервале температур опасно, с точки зрения, гарантированного отсутствия перегрева стали выше, чем температура обратного фазового превращения Ас1;

- применительно к хромомолибденовой стали требуется проведение высокотемпературного отпуска с выдержкой не менее 30 минут для реализации таких процессов как релаксация структурных напряжений, гомогенизация химического состава, карбидные превращения с выделением специальных карбидов хрома и молибдена.

Предлагаемый и известный способы термической обработки были опробованы в условиях Синарского трубного завода при изготовлении труб размером 73,02×5,51 мм. Результаты промышленного изготовления труб в сравнении с прототипом приведены в таблице 1.

Для применяемых хромомолибденовых составов стали термическая обработка труб проводилась в печах с шагающим подом с точностью ведения процесса ±5°С при следующих параметрах: температура нагрева под аустенитизацию 890°С, температура конца охлаждения в воде 50-80°С и отпуск 650-680°С с выдержкой 60 минут. Далее была проведена оценка механических свойств, включая ударную вязкость при температуре испытания минус 60°С и коррозионной стойкости в среде, содержащей сероводород согласно стандарту NACE ТМ0177 и углекислый газ с применением специализированной автоклавной установки, приближающей условия испытания к реальным эксплуатационным в нефтяных скважинах коррозионного фонда.

Таким образом, предлагаемый способ термической обработки позволяет изготавливать изделия, в частности трубы, из низкоуглеродистой хромомолибденовой стали с получением высокого уровня прочностных свойств и ударной вязкости, а также в сравнении с прототипом обеспечить их коррозионную стойкость.

Способ термической обработки изделий из малоуглеродистой хромомолибденовой стали, включающий аустенитизацию, охлаждение в воде и отпуск, отличающийся тем, что осуществляют нагрев под аустенитизацию до температуры Ас3+(50-80)°C с выдержкой не менее 30 минут, охлаждение в воде осуществляют до температуры не более 100°C, а нагрев под отпуск ведут до температуры не более (Ac1-15)°C с выдержкой не менее 30 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения механической обрабатываемости заготовки из мартенситной нержавеющей стали способ термической обработки заготовки включает этапы: 1) нагрев заготовки до температуры выше температуры аустенизации TAUS стали, охлаждение до достижения самой горячей частью заготовки температуры, которая меньше или равна максимальной температуре Tmax и больше или равна минимальной температуре Tmin, со скоростью охлаждения, предупреждающей превращение аустенита в феррито-перлитную структуру, 2) первый отжиг с охлаждением до достижения самой горячей частью заготовки температуры, которая меньше или равна Tmax и больше или равна Tmin, 3) второй отжиг с последующим охлаждением до температуры окружающей среды TA.

Изобретение относится к области термической обработки и может найти применение для упрочнения, в частности литых элементов тележек железнодорожных вагонов. Для повышения ударной вязкости литых изделий, работающих в условиях воздействия низких температур и циклических нагрузок и повышения производительности, осуществляют двухступенчатую нормализацию с нагревом, выдержкой и охлаждением со скоростью 0,2-0,4°C/с и последующий отпуск, при этом на первой ступени нагревают до температуры 930-980°C, выдерживают 2,5-3 часов и охлаждают до 450-600°C, а второй ступени нагревают до температуры 900-950°C, выдерживают в течение 2,5-3 часов и охлаждают до 450-600°C, причем отпуск ведут при 500-680°C в течение 2-2,5 часов с последующим охлаждением до температуры не выше 80-100°C.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения упрочненной поверхности контактных зон зубчатого колеса способ включает изготовление заготовки зубчатого колеса с зонами для упрочнения, затем последовательные этапы цементации с охлаждением без закалки, индукционного нагрева упомянутых зон до температуры аустенизации стали и закалки.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения потерь энергии в трансформаторах во время работы получают лист электротехнической текстурированной стали, имеющий характеристики потерь в железе в диапазоне возбуждения от 1,5 до 1,9 Тл, в котором вблизи областей линейных деформаций сформировано остаточное напряжение 150 МПа или более, причем каждая такая область имеет протяженность на 300 мкм или менее в направлении прокатки и на 42 мкм или более в направлении толщины листа, а области линейных деформаций сформированы периодически с интервалами от 2 мм до 10 мм в направлении прокатки.

Изобретение относится к изготовлению мелющих шаров. Осуществляют нагрев непрерывнолитой заготовки, прокатку на сортовом стане горячей прокатки круглых заготовок соответствующего размера, последующий их нагрев в индукционном устройстве, прокатку из них шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°C, подстуживание шаров перед закалкой, закалку и самоотпуск шаров в контейнерах.
Изобретение относится к термохимической обработке поверхности металлов. Для увеличения коррозионной стойкости металлического изделия осуществляют механическую обработку поверхности изделия с обеспечением поверхностного наклепа и пассивацию поверхности изделия, при этом механическую обработку поверхности изделия проводят до достижения шероховатости поверхности со средним арифметическим отклонением профиля Ra не более 1,6 мкм, степени наклепа не ниже 5% , глубины наклепа не менее 8мкм, а пассивацию поверхности изделия проводят до получения слоя оксидной пленки толщиной не менее Ra + 1 мкм.
Изобретение относится к области металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки сталей. Для повышения срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей, проводят термоциклическую обработку путем нагрева до температуры закалки без выдержки, охлаждения и отпуска.

Изобретение относится к области индукционного нагрева. Для повышения надёжности работы устройства для индукционного нагрева токопровод выполнен из восьми равных по длине гибких медных изолированных проводов, при этом попарно: первый-второй и седьмой-восьмой ряды прямой ветви, а третий-четвёртый и пятый-шестой ряды, расположенные по краям обратной ветви, на середине устройства перекрёстно меняются рядами, причём концы первого-второго и седьмого-восьмого рядов прямой ветви занимают средние ряды обратной ветви, а концы третьего-четвёртого и пятого-шестого рядов обратной ветви занимают средние ряды прямой ветви.

Изобретение относится к винту, имеющему головку, прилегающую к ней удерживающую секцию и функциональный наконечник. Для использования винта в качестве самонарезающего и возможности выдерживать высокие нагрузки винт имеет функциональный наконечник с большей твердостью, чем удерживающая секция.

Изобретение относится к способу снижения остаточных напряжений и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Воздействуют потоком дроби направленным на поверхность сварного соединения.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов с помощью лазерной обработки и может быть применено в машиностроении, в частности, для упрочнения резьбовых соединений труб и соединительных муфт. Способ включает обработку поверхности резьбового соединения лазерным лучом путем формирования пятна нагрева лазерного луча диаметром, равным шагу резьбы, и перемещения луча вдоль образующей резьбовой поверхности при ее вращении относительно продольной оси. Лазерный луч за один оборот вращения резьбовой поверхности, механически связанной с оптической системой лазерного луча, перемещают на величину, равную шагу резьбы. Перед лазерной обработкой производят чернение обрабатываемой резьбовой поверхности за исключением зон, прилегающих к вершине резьбы и резьбовой канавки, на величину не менее 10% от длины боковой поверхности резьбы. Формирование пятна нагрева осуществляют на боковой поверхности резьбы, а лазерную обработку поверхности ведут под углом, на 2-3° превышающим угол наклона резьбовой поверхности относительно оси вращения резьбового соединения. Повышается механическая прочность резьбового соединения за счет устранения слоя с закалочной структурой, обладающей высокой хрупкостью. 2 табл.
Изобретение относится к области индукционного нагрева стального листа. Для предотвращения коробления независимо от наличия или отсутствия фиксирующих роликов стального листа способ нагрева стального листа включает предварительный нагрев центральной части по ширине стального листа электромагнитной катушкой индукционного нагрева, имеющей выпуклую форму, проецируемую на поверхность стального листа в сторону ввода быстро нагреваемого непрерывно перемещающегося стального листа, в результате чего изотерма стального листа при нагреве имеет выпуклую форму в сторону ввода, так что формируется большая складка на стальном листе, и также предлагает устройство нагрева, используемое в этом способе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.
Наверх