СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ТРУБ ПРОТИВ КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C21D9/08 C21D1/40 

Изобретение относится к области производства и использования труб в системах, испытывающих воздействие различных коррозионных факторов и механических нагрузок.

В стенках изготовленных труб всегда имеют место остаточные (внутренние) напряжения, уровень, характер распределения и степень неоднородности которых обуславливается режимами технологий, используемых при изготовлении, включая дополнительные остаточные напряжения от правки и калибровки труб (Гудермон Э. Специальные стали. Под ред. Займовского А.С. и Бернштейна М.Л. - М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1959, т.1, с.349-366, рис.287).

Уровень, характер распределения и степень неоднородности остаточных напряжений в трубах могут ускорять или замедлять процессы коррозионно-механического разрушения в них. При этом остаточные напряжения сжатия тормозят, остаточные напряжения растяжения ускоряют эти процессы (Нитцше К. Испытания металлов. - М.: Металлургия, 1967, с.254).

Известно использование технологий термической обработки для снижения уровня остаточных напряжений.

Известен способ, включающий нормализацию и отпуск (Жуков А.П., Малахов А.И. Основы металловедения и теории коррозии. - М.: Высшая школа, 1991, с.111-112 и с.37-42). Недостатками нормализации и отпуска являются ограниченные возможности по снижению уровня остаточных напряжений, неравномерности характера распределения их по поверхностям и толщине стенок, остаточные деформации по сечению и длине труб.

Наиболее близким к изобретению является известный способ повышения стойкости труб против коррозионно-механического разрушения, включающий формирование остаточных напряжений сжатия на поверхности труб путем нагрева джоулевым теплом и охлаждения внутренней и наружной поверхностей охлаждающим агентом (см. SU 1680785 А1, МПК 7 С 21 D 9/08, 30.09.1991).

Данный аналог не обеспечивает формирование направленного (желаемого) остаточного напряженно-деформированного состояния труб.

Техническим результатом изобретения является управление процессами формирования остаточного напряженно-деформированного состояния труб, обеспечивающего повышение стойкости труб против коррозионно-механического разрушения.

Для достижения технического результата в известном способе повышения стойкости труб против коррозионно-механического разрушения, включающем формирование остаточных напряжений сжатия на поверхности труб путем нагрева джоулевым теплом и охлаждения внутренней и наружной поверхностей охлаждающим агентом, нагрев трубы осуществляют одновременно с охлаждением ее поверхностей.

Пример 1 осуществления поясним сначала, например, в отношении насосно-компрессорных труб (НКТ), изготавливаемых из среднеуглеродистых, низколегированных марок сталей. Трубу, предназначенную для снижения на ее поверхностях остаточных растягивающих напряжений и формирования сжимающих, оснащают на торцах токосъемниками, через которые пропускают ток для нагрева трубы. Охлаждение поверхностей стенок трубы может осуществляться одновременно с нагревом естественной конвекцией окружающей среды или принудительной (искусственной) конвекции жидкого или газообразного охлаждающего агента. Таким образом осуществляется нагрев трубы и одновременное охлаждение со стороны поверхностей. Труба разогревается из внутреннего объема стенок в направлениях к внутренней и наружной поверхностям. При этом возникающие температурные поля по толщине стенки трубы характеризуются более высокой температурой внутренних объемов (не имеющих возможности конвективного теплообмена с окружающей средой) по сравнению с приповерхностными объемами. Различие в температурах по толщине стенок приводит к различным продольным и тангенциальным температурным удлинениям в объемах по толщине стенок трубы. Это обстоятельство и является причиной возникновения различных по знаку и величине напряжений, вызывающих деформации в микрообъемах. Для сохранения неизмененными основных прочностных характеристик (предел прочности и предел текучести) максимальная температура нагрева трубы не должна вызывать изменений в кристаллической решетке стали, т.е. не должна превышать максимально возможной температуры высокого отпуска для материала конкретных труб. Другими обстоятельствами, оказывающими влияние на величину и знаки остаточных напряжений, являются интенсивность нагрева джоулевым теплом и интенсивность охлаждения. После охлаждения труб, т.е. после выравнивания температур по толщине стенок, произошедшие во время нагрева с одновременным охлаждением поверхностей остаточные деформации в микрообъемах вызовут снижение величины остаточных растягивающих и появление остаточных сжимающих напряжений со стороны поверхностей стенок труб. При этом во внутренних объемах по толщине стенок труб для уравновешивания приповерхностных сжимающих напряжений появятся остаточные напряжения растяжения. Предлагаемая технология особенно эффективна для сварных труб, в которых по всей длине и толщине швов и зон их термического влияния особенно высоки остаточные напряжения и непредсказуемого направления и которые невозможно ликвидировать известными способами, в т.ч. и термической обработкой.

Возможна реализация способа повышения стойкости труб против коррозионно-механического разрушения в условиях трубопроводов. В таких случаях способ осуществляют также путем нагрева джоулевым теплом участков трубопровода (труб и монтажных стыковых сварных швов) через токосъемники с одновременным охлаждением поверхностей способами, упомянутыми выше.

Пример 2.

Трубу, предназначенную для формирования на ее поверхностях остаточных сжимающих напряжений, оснащают спутниками, включающими в том числе токосъемники, расположенные около торцов с обоих концов и предназначенные для осуществления нагрева труб джоулевым теплом, патрубки для прокачки охлаждающего агента через внутреннее пространство трубы, термодатчики и д.р. Для возможности охлаждения наружной поверхности трубу помещают в емкость с охлаждающим агентом. Нагрев трубы джоулевым теплом осуществляют одновременно с охлаждением: внутренней поверхности - прокачкой охлаждающего агента, наружной поверхности - охлаждающим агентом в емкости.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет в процессе нагрева джоулевым теплом и одновременного охлаждения поверхностей создать градиенты температур по толщине стенок труб, а после нагрева и полного охлаждения труб сформировать на их поверхностях (внутренней и наружной) остаточные сжимающие напряжения, повышающие стойкость труб против коррозионно-механического разрушения.

Изобретение относится к области производства и использования труб в системах, испытывающих воздействие различных коррозионных факторов и механических нагрузок. Технический результат состоит в формировании на поверхностях труб остаточных сжимающих напряжений, повышающих стойкость труб против коррозионно-механического разрушения. Технический результат достигается путем нагрева труб джоулевым теплом с одновременным охлаждением их поверхностей охлаждающим агентом. После охлаждения и выравнивания температур по толщине стенок на поверхностях формируются остаточные напряжения сжатия, а в средних слоях - остаточные напряжения растяжения. В результате повышается стойкость поверхностей труб против коррозионно-механического разрушения.

Способ повышения стойкости труб против коррозионно-механического разрушения, включающий формирование остаточных напряжений сжатия на поверхности труб путем нагрева джоулевым теплом и охлаждения внутренней и наружной поверхностей охлаждающим агентом, отличающийся тем, что нагрев трубы осуществляют одновременно с охлаждением ее поверхностей.