СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ Российский патент 2011 года по МПК C21D9/08 C21D1/40 

Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления насосно-компрессорных и бурильных труб из легированных конструкционных сталей и их термической обработки.

Известен способ изготовления горячекатаных высокопрочных труб, в том числе насосно-компрессорных (НКТ), включающий горячую прокатку заготовки с получением насосно-компрессорной трубы диаметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм, охлаждение трубы с температуры конца прокатки на холодильнике стана на воздухе с образованием структуры низкоуглеродистого мартенсита и последующий отпуск при 650°С для группы прочности Е по ГОСТ 633-80 (RU 2070885 C1, C21D 9/14, 20.12.1996).

Известен способ обработки насосно-компрессорных труб, включающий электроконтактный нагрев трубы путем пропускания тока высокой плотности свыше 15 А/мм² до температуры, не превышающей A_c1, выдержку в течение не более 20 мин и последующее охлаждение со скоростью 75-100°С/с (RU 2299251 C1, C21D 9/08, 20.05.2007).

Наиболее близким аналогом является известный способ изготовления насосно-компрессорных труб, включающий высадку концов мерных труб на горизонтально-ковочной машине (ГКМ), нагрев высаженных труб в печи до 950-1050°С, закалку путем охлаждения в воде, отпуск, теплую правку и окончательное охлаждение (SU 992601 A, C21D 9/08, 30.01.1983).

Техническим результатом изобретения является возможность производить высадку концов труб разной толщины, в том числе при ремонте труб после эксплуатации, а также получение насосно-компрессорных труб с мелкозернистой однородной структурой по их длине и сечению и высоким комплексом прочностных свойств.

Для достижения технического результата в способе изготовления насосно-компрессорных труб, включающем нагрев концов мерных труб, их горячую высадку на горизонтально-ковочной машине, охлаждение и отпуск, нагрев концов труб ведут до Ас₃+(230÷360)°С, фиксируют трубу одновременно в двух местах: в матрице и на расстоянии 2300±50 мм от высаживаемого конца трубы, с помощью гидравлического зажима и осуществляют высадку каждого конца трубы за один проход пуансона со степенью деформации 57,2%, нагрев трубы под отпуск ведут до 300÷400°С со скоростью нагрева 120÷180°С/с путем пропускания электрического тока по всему объему трубы с выдержкой 1÷3 мин.

Для предотвращения проскальзывания трубы при высадке используется жесткий упор заднего торца труб. Недостатком этого приема является то, что при этом для труб достаточной длины происходит их изгиб. Также нарушается соосность пуансона и матрицы, что препятствует правильному ведению процесса штамповки.

Для устранения указанных недостатков предлагается закреплять трубу с помощью гидравлического зажима.

Гидравлический зажим располагается на расстоянии 2300±50 мм от высаживаемого конца трубы и жестко связан с ГКМ. Данное решение обеспечивает надежное закрепление трубы без изгиба, что позволяет стабильно вести процесс штамповки и осуществлять высадку каждого из концов трубы за один проход пуансона. При этом не требуется переналадка инструмента в зависимости от наружного диаметра и толщины стенки высаживаемой трубы.

Высокая скорость нагрева под отпуск препятствует развитию процессов рекристаллизации, обеспечивая тем самым сохранение мелкого зерна аустенита.

При быстром нагреве под отпуск фазовые и структурные превращения (выделение углерода из твердого раствора, диффузионное превращение аустенита в гетерогенную смесь, полное снятие внутренних напряжений) сдвигаются в область высоких температур и в результате значительно ускоряются. Однако при этом исключается опасность роста зерна, т.е. открывается возможность за счет сокращения продолжительности времени отпуска предотвратить развитие собирательной рекристаллизации. Увеличение скорости нагрева, кроме того, снижает влияние предварительной степени деформации на величину зерна и способствует получению более мелкозернистой и однородной структуры.

Предлагаемый диапазон температур и скорость нагрева открывают возможность использования способа для широкого круга низко- и среднеуглеродистых сталей бейнитного и мартенситного классов.

Пример осуществления способа

Обработке подвергают насосно-компрессорную трубу (ГОСТ 633-80) группы прочности "Д", "E" диаметром 73 мм, внутренним диаметром 62 мм, толщиной стенки 5,5 мм, длиной 9,2 м из стали 37Г2Ф с исходной структурой, имеющей размер зерна 9-10 баллов. Предварительно концы труб высаживают, при этом конец трубы длиной ≈150 мм нагревают в щелевой газовой печи до ковочной температуры 1100°С, затем трубу фиксируют одновременно в матрице и на расстоянии 2300±50 мм от нагретого конца гидравлическим зажимом, затем производят высадку на горизонтально-ковочной машине за один проход пуансона со степенью деформации 57,2%, где формируют высаженный конец с наружным диаметром 78,6 мм, внутренним диаметром в плоскости торца трубы 62 мм, толщиной стенки 8,3 мм и длиной высаженной части 95 мм, и охлаждают на воздухе до комнатной температуры (20°С).

Трубу с высаженными концами подвергают отпуску, для этого ее нагревают электроконтактным методом до 350°С со скоростью 130°С/с и выдерживают при этой температуре 1 мин, после чего трубу охлаждают до комнатной температуры.

Трубы подвергают контролю по геометрическим характеристикам и по дефектам поверхности, при этом кривизна труб за переходным участком высадки на расстоянии 125-150 мм составляет менее 1,0 мм на метр длины, а общая кривизна трубы (стрела прогиба), измеряемая на середине трубы, - менее 1/2000 длины трубы.

Результаты проверки качества микроструктуры и механических свойств труб представлены в таблице.

Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления насосно-компрессорных и бурильных труб из легированных конструкционных сталей. Для обеспечения высадки концов труб разной толщины, в том числе при ремонте труб после эксплуатации, а также получения труб с мелкозернистой однородной структурой по длине и сечению и высоких прочностных свойств концы мерных труб нагревают до Ас₃+(230÷360)°С, фиксируют трубу одновременно в двух местах: в матрице и на расстоянии 2300±50 мм от высаживаемого конца трубы, с помощью гидравлического зажима и осуществляют высадку каждого конца трубы за один проход пуансона со степенью деформации 57,2%, охлаждают и нагревают трубу под отпуск до 300÷400°С со скоростью нагрева 120÷180°С/с путем пропускания электрического тока по всему объему трубы с выдержкой 1÷3 мин и охлаждают. 1 табл.

Способ изготовления насосно-компрессорных труб, включающий нагрев концов мерных труб, их горячую высадку на горизонтально-ковочной машине, охлаждение и отпуск труб с их нагревом, отличающийся тем, что нагрев концов труб ведут до Ас₃+(230÷360)°С, фиксируют трубу одновременно в двух местах: в матрице и на расстоянии (2300±50) мм от высаживаемого конца трубы с помощью гидравлического зажима и осуществляют высадку каждого конца трубы за один проход пуансона со степенью деформации 57,2%, а нагрев трубы под отпуск ведут до 300÷400°С со скоростью нагрева 120÷180°С/с путем пропускания электрического тока по всему объему трубы с выдержкой 1÷3 мин.