Способ изготовления высокопрочных труб Советский патент 1981 года по МПК C21D1/10 C21D8/10 

1

Изобретение относится к термичес кой обработке и может быть использовано при производстве труб нефтяного сортамента, например высокопрочных труб бурильных установок с приваренными замками.

Известен способ изготовления высокопрочных труб, заключающийся в том, что к трубам приваривают соединительные замки, а трубу в зоне сварки подвергают закалке с последующимотпуском 1 .

Недостатком данного способа является то, что при имеющих место скоростях нагрева, обеспечивающих только нормальное проведение сварки и произвольно выбранных интервалах времени между концом нагрева и начале интенсивного охлаждения при закалке не обеспечиваются необходимые механические свойства, например, прочность и структура, по всей длине сварного сое динения. Это объясняется тем, что на границах сварного соединения, в зонах термического влияния возникают два участка разупрочнения 10-15 мм шириной (по одному с каждой стороны Кроме того, прочность зоны сварного соединения лимитируется максимально возможными показателями, которые

обеспечиваются влиянием термических, температурно-временных условий обработки этой зоны. При условии требований к трубам эти максимальные показатели часто могут быть недостаточными.

Цель изобретения - улучшение механических свойств и структуры изделия, повышение прочности.

to

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления высокопрочных труб зону сварного соединения в процессе нагрева под закалку, начиная с температуры, соответствующей точке ACV подвергают допол15нительному сжатию со степенью деформации 10-20%, причем этот нагрев осуществляют со скоростью не менее 40-80 град/с, а закалку начинают не позже, чем через промежуток времени,

20 определяемый соотношением

С

йГ

18 + 10)

25

где С - средняя скорость нагрева, град/с.

В условиях Азербайджанского, трубного завода им. В.И.Ленина в опытном порядке осуществлен и испытан предлагаемый способ по сравнению с

30

известным способом производства. Изготовлению и испытанию подвергаются опытные бурильные трубы из стали 36Г2С с размерами 127x9 мм , длиной 12 мм.

Сначала трубные заготовки были термоупрочнены (закалены и отпущены) В результате получена партия термоупрочненных заготовок категории проности Л , подготовленных к приварке замков из стали 40ХН.

По известному способу процесс изготовления высокопрочных труб включает приварку замков электроконтактностыковьм методом на машине МСТ-50р, а зону сварного соединения охлаждают водой.

Отпуск зоны сварного соединения осуществляют в отдельно стоящем индукторе.

Анализ механических свойств и структры изделия в зоне сварного соединения показывает, что по границам зоны на переходе от холодного металла к разогреваемому появляются два разупрочненных участка, которые обнаружены как по анализу микрострутуры металла, так и по данньом механических испытаний образцов на растяжение .

Свойства металла на разупрочненн участках характеризуются.

65 70-75 кг/мм, бт 52-58 кг/мм

(,7,16%,

Структура ферритово-перлитная, зерно 8-9 баллов.

Прочность этих участков ниже проности зоны сварного шва и основного металла на 2 категории (по ГОСТ 631-75. Это явление разупрочнения связано с распространением тепла из зоны сварного шва в пограничные участки, которые за счет теплопроводности не успевают прогреться до температуры выше точки АСjи впоследствии подвергаются ускоренному охлаждению при более низких температурах.

По предложенному способу процесс изготовления высокопрочных труб включает то, что приварку замков осуществляют по двум вариантам, исптывая два используемых в промышленной практике метода, рриварку трением на машине МСТ-100,01 и приварку электроконтактным методом на машине МСТ-500 разогревая зону сварно соединения со скоростью более 40 град/с.

Процесс ведут следующим образом.

Зону сварного соединения разогревают перед проковкой до максимальны температур в месте стыка 1150, 1200, ISOOC со средней скоростью 30, 40,60, 60 , 80 град/с. Начиная с температуры в месте стыка , соответствующей точке Acft и при последукядем разогреве, зону стыка

сварного шва подвергают дополнительному (большему, чем это требуется только при сварке) сжатию со степенью деформации 5, 10, 20, 30%. Последующее охлаждение сварного соединения производят струями воды, поддерживая скорость охлаждения 30 град/с. При испытаниях варьируется величина промежутка времени лС между окончанием Т1агрева перед проковкой и началом интенсивного охлаждения 4, 5, 7, 10, 20 с. После приварки замков и термоупрочнения зоны сварного соединения (закалка от местного сварочного нагрева плюс отпуск в отдельно стоящем индукторе) последняя во всех случаях подвергается металлографическому анализу и механическим испытаниям.

Равнопррчность в зоне сварного соединения, а, следовательно, и по всей длине достигается только при условии 5 -10 с при с 50 80 град/с, - 5 с при С 40 град/с.

При нагреве со скоростью 30 град/ даже немедленное (без проковки деталей) интенсивное охлаждение стыка приводит к образованию участка разупЕЮчнения.

Наилучшие показатели по свойствам сварного соединения и равнопрочности по всей длине достигнуты при дополнительном (большем, чем это требует только для сварки) сжатии зоны сварного соединения со степенью деформации металла 10-20%.

Исходя из приведенных данных, необходимыми условиями получения равнопрочности в зоне сварного соединения, кроме дополнительной деформации, .является соблюдение условий

С 40 град/с (1) и эмпирического соотношения

лГ

, )

(В -ь -10)

где С - средняя скорость нагрева (град/с), а эмпирический коэффициент (8 - 10) имеет размерность ускорения нагрева (град/с и выбирается прямо пропорционально скорости (град/с).

Полученные при соблюдении условий ij , 2 и дополнительной деформации зоны сварного соединения по всей длине стабильные и достаточно равномерные свойства характеризуются (j 9 85 кг/мм 70.кг/мм (P-J ,

что отвечает категории и прочности Л. (по ГОСТ 631-75)..

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение равнопрочных по длине труб с приваркой соединений и способствует улучшению механических свойств и структуры

металла труб по сравнению с известHfcJMH способами изготовления труб.

Равнопрочные трубы, полученные по предлагаемому способу, более надежны в эксплуатации, по сравнению с высокопрочными полученными известными способами, когда по длин трубы имеют место участки разупрочнения, так как в случае использования равнопрочных труб вероятность выхода их из строя при эксплуатации значительно снижается.

Применение предлагаемого способа дает возможность изготавливать высокопрочные трубы из дешевых углеродитых и низколегированных сталей, что снижает расходы на производство в целом. Эффективность предлагаемого способа состоит в том, что при производстве каждой 1000 т бурильны труб категории прочности Л можно ожидать экономию около 150 тыс.руб. Предлагаемый способ позволяет получать трубы и более высоких, чем Л, категорий прочности.

Формула изобретения

Способ изготовления высокопрочных труб по авт.св. 186587, отличающийся тем-, что, с целью повьвиения прочности, зону сварного соединения нагревают под закалку со скоростью 40-80 град/с, и от температуры Ас эту зону подвергают дополнительному сжатию со степенью деформации 10-20%, а закалку начинают через промежуток времени, определенный соотношением(Ч

ЬС

где С - средняя скорость нагрева,

град/с,

К - эмпирический коэффициент равный 8-10 град/с

20 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 186587, кл. В 21 О 39/04, 1966.