способ термической обработки труб
Классы МПК: | C21D9/08 полых изделий или труб C21D8/10 при изготовлении полых изделий |
Автор(ы): | Брижан А.И. (RU), Бодров Ю.В. (RU), Грехов А.И. (RU), Горожанин П.Ю. (RU), Жукова С.Ю. (RU), Мурзин В.Н. (RU), Рыбинский Н.Ф. (RU), Лефлер М.Н. (RU), Пышминцев И.Ю. (RU), Кривошеева Антонина Андреевна (UA), Крылатков С.И. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-07-23 публикация патента:
20.06.2004 |
Изобретение относится к изготовлению высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб нефтяного сортамента из углеродистых и легированных сильными карбидообразующими элементами (Cr, Мо, V, Nb и др.) сталей. Способ термической обработки труб включает нагрев до температуры Ас3+20-50С, охлаждение водой в спрейере в три стадии, на первой из которых трубы охлаждают со средней скоростью 60-85С/с в течение 2-4 с; второй - со средней скоростью 35-50С/с в течение 6-8 с, на третьей - со средней скоростью 10-15С/с в течение 10-13 с до температуры 100-150С, а отпуск осуществляют с выдержкой не менее 30 мин. Изобретение обеспечивает требуемую мартенситную прокаливаемость в трубах из углеродистых и легированных марок стали и исключает вероятность коробления и трещинообразования. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ термической обработки труб, включающий нагрев, охлаждение водой в спрейере и отпуск с выдержкой, отличающийся тем, что нагрев ведут до температур Ас3+2050С, а охлаждение осуществляют в три стадии, на первой из которых трубы охлаждают со средней скоростью 60-85С/с в течение 2-4 с, второй - со средней скоростью 35-50С/с в течение 6-8 с, на третьей - со средней скоростью 10-15С/с в течение 10-13 с до температуры 100-150С, а отпуск осуществляют с выдержкой не менее 30 мин.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при изготовлении высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб нефтяного сортамент из углеродистых и легированных с сильными карбидообразующими элементами (Cr, Mo, V, Nb и др.) сталей.Известен способ термической обработки из малоуглеродистых марганцовистых сталей, заключающийся в том, что трубы с температуры конца прокатки охлаждают на воздухе, нагревают до температур 760-790С, охлаждают в воде, затем осуществляют дополнительный нагрев до 670-700С с охлаждением на воздухе [пат. РФ №2048542, М. кл. С 21 D 8/10, опубл. 20.11.95].Способ используют при термической обработке труб нефтяного сортамента с пределом текучести 379-552 Н/м2, стойких к сульфидному растрескиванию под напряжением в средах, содержащих природный и бактериальный сероводород.Однако, как показала практика, этот способ не пригоден для изготовления труб более высоких групп прочности, при производстве которых используют стали, легированные хромом, молибденом, ванадием. В связи с повышением устойчивости стали к отпуску дополнительный нагрев после закалки до температур 670-700С без выдержки не позволяет получать требуемое разупрочнение и, соответственно, необходимую стойкость к сульфидному растрескиванию.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термической обработки труб из низколегированных сталей, содержащих хром, молибден и ванадий, включающий нагрев до 760-810С, охлаждение в воде, повторный нагрев до 630-720С, выдержку и охлаждение на воздухе [пат. РФ №2112050, М. кл. С 21 D 8/10, опубл. 27.05.98].Данный способ позволяет получать трубы групп прочности L-80 по API 5 СТ и Кс, Ее по ТУ 14-161-173, стойкие к сульфидному растрескиванию.Недостатком этого способа является применение нагрева в межкритическом интервале температур (760-810С), то есть в структуре закаленных труб присутствует 10-20% доэвтектоидного феррита, что недопустимо для труб групп прочности L-80, С-90 и Т-95, выпускаемых по API 5 СТ. Повышение температуры нагрева выше Ас3 при охлаждении в воде приводит к появлению в трубах из легированных сталей торцевых закалочных трещин и недопустимому короблению концов. Для сталей, легированных хромом, молибденом и ванадием, обычно применяется закалка в техническом масле или специальных закалочных средах, использование которых невозможно при непрерывно-последовательном спрейерном охлаждении. Кроме того, применение двухкратного отпуска (без выдержки и с выдержкой) нетехнологично, так как нарушается непрерывность процесса и существенно повышаются энергозатраты и стоимость продукции.Задачей изобретения является разработка способа термической обработки, который путем управления процессом охлаждения стабильно обеспечивает требуемую мартенситную прокаливаемость в трубах как из углеродистых, так и из легированных марок стали и исключает вероятность трещинообразования.Поставленная задача достигается тем, что в способе термической обработки труб, включающем нагрев, выдержку, охлаждение водой в спрейере и отпуск с выдержкой, нагрев ведут до температуры Ас3 +20-50С, а охлаждение осуществляют в три стадии, на первой из которых трубы охлаждают со средней скоростью 60-85С/с в течение 2-4 с; на второй - со средней скоростью 35-50С/с в течение 6-8 с; на третьей - со средней скоростью 10-15С/с в течение 10-13 с до температуры 100-150С, а отпуск осуществляют с выдержкой не менее 30 мин.Данный способ дает возможность использовать для изготовления труб нефтяного сортамента с пределом текучести 379-965 Н/м2 различные по химическому составу стали. Повышение температуры нагрева до Ас3 +20-50С по сравнению с прототипом вызвано необходимостью полной аустенитизации в связи с недопустимостью в структуре высокопрочных труб, труб, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких доэвтектоидного феррита.Режим охлаждения по предлагаемому способу предусматривает для обеспечения требуемой прокаливаемости наиболее высокую скорость охлаждения в верхнем интервале (от температуры аустенитизации до бейнитной области превращения) и замедленную скорость в нижнем интервале температур металла. Это вызвано тем, что мартенситная точка большинства используемых при изготовлении этих труб сталей лежит в области температур ~350-200С и в случае охлаждения с высокой скоростью в нижнем интервале температур происходит суммирование термических и структурных напряжений, приводящих к появлению закалочных трещин или сильному короблению (продольному искривлению и овализации концов). Параметры охлаждения по способу выбраны с учетом требований к структуре и свойствам высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб и являются универсальными для применяемых при их изготовлении углеродистых и легированных сильными карбидообразующими элементами (Cr, Mo, V, Nb и др.) марок стали.Первая стадии охлаждения происходит со скоростью 60-85С/с в течение 2-4 с. При этом на сталях типа 20,20Ф обладающих низкой прокаливаемостью на мартенсит, обеспечивается подавление диффузионного феррито-перлитного распада. Снижение интенсивности охлаждения в этом интервале приводит к появлению недопустимых для хладостойких, коррозионностойких и стойких к сульфидному растрескиванию труб структурных составляющих - доэвтектоидного феррита и перлита, а увеличение скорости охлаждения выше 60-85С/с резко повышает расход воды.На второй стадии охлаждения со скоростью 35-50С/с в течение 6-8 с обеспечивается практически полное подавление бейнитного распада, что позволяет получать мартенситную прокаливаемость, требуемую стандартами для высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб, изготавливаемых из сталей типа 26ХМФА и 30ХМА.Третья стадия охлаждения осуществляется в области мартенситного превращения со скоростью 10-15С/с, меньшей, чем в техническом масле, в течение 10-13 с. При такой скорости охлаждения и, так как температура охлаждаемых труб не опускается ниже 100-150С, уровень остаточных напряжений значительно меньше, чем при традиционном охлаждении водой до цеховой температуры (по прототипу).Таким образом, при предлагаемых в способе условиях охлаждения обеспечивается необходимая прокаливаемость применяемых для изготовления высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб марок стали, а вероятность коробления и растрескивания труб сведена к минимуму, т.е. обеспечивается решение поставленной в изобретении задачи.При отпуске с выдержкой не менее 30 мин достигается оптимальная мелкодисперсная однородная структура, состоящая из мелких субзерен и равномерно распределенных сфероидизированных карбидов. Такая структура гарантированно обеспечивает получение в трубах требуемого уровня механических и коррозионных свойств.Предлагаемый способ термической обработки труб осуществляется следующим образом.Трубы из углеродистых и легированных марок стали нагревают в печи с шагающим балками до температур в интервале 820-920С в зависимости от значений Ас3 конкретной стали. Точность нагрева металла в печи составляет ±7С. Охлаждение труб осуществляют в спрейере, состоящем из четырех регулируемых секций. Для предотвращения коробления и исключения попадания воды внутрь трубы при охлаждении изменяется направление подачи струй воды при прохождении труб в трех первых секциях. Скорость охлаждения по длине спрейера регулируется изменением расхода воды по секциям. Это позволяет проводить охлаждение с температуры аустенитизации в течение 3 с со средней скоростью до 85С/с, затем в течение 6 с со скоростью до 50С/с, а затем в течение 12 с со скоростью до 15С/с до температуры 120-140С. Далее трубы поступают в печь с шагающими балками для отпуска с выдержкой в течение 40 мин при температуре 680-720С. Точность нагрева металла составляет ±5С.Способ был опробован в промышленных условиях ОАО “Синарский трубный завод” и дал следующие результаты, приведенные в таблице. Из данных таблицы видны высокие результаты, относящиеся к задаче изобретения по сравнению с прототипом. Способ позволяет получать после одинарного отпуска с выдержкой высокопрочные, стойкие к сульфидному растрескиванию, хладостойкие и коррозионностойкие трубы (более высоких групп прочности L-80, С-90, Т-95, Р 110), чем после двухкратного отпуска по прототипу, кроме того, предлагаемый регулируемый режим охлаждения водой, гарантирует отсутствие закалочных трещин и недопустимого коробления.Таким образом, решена задача создания способа термической обработки, позволяющего использовать углеродистые и легированные стали для изготовления высокопрочных, стойких к сульфидному растрескиванию, хладостойких и коррозионностойких труб, в которых стабильно обеспечивается требуемая мартенситная прокаливаемость, высокий уровень свойств и исключается вероятность трещинообразования и недопустимого коробления.Класс C21D9/08 полых изделий или труб
Класс C21D8/10 при изготовлении полых изделий