способ изготовления труб

Формула изобретения

Способ изготовления труб, включающий нагрев труб и намотку в бунты в газовой среде, отличающийся тем, что нагрев ведут в процессе намотки трубы, одновременно осуществляют обезуглероживание наружной поверхности трубы и упрочнение внутренней поверхности трубы путем химико-термической обработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства труб, подвергаемых химико-термической обработке, и может быть использовано при изготовлении труб, работающих в условиях знакопеременной нагрузки при изгибе с внутренним давлением, в частности нефтепромысловых труб в бунтах.

Известен способ изготовления стальных изделий, в частности труб (пат. РФ N 2107745, C 23 C 8/32, 1998, БИ N 9), включающий нагрев изделий до аустенитного состояния в смеси науглероживающего и азотирующего газов с выдержкой при этой температуре и охлаждение. Охлаждение изделий осуществляют со скоростью, предотвращающей распад аустенита до температуры 500-600^oC. Дальнейшую химико-термическую обработку (в частности, цианирование) производят при изотермическом фазовом превращении аустенита.

Недостатком данного способа является то, что при осуществляемой химико-термической обработке труб упрочнению подвергаются как внутренняя, так и наружная поверхности.

Упрочнение наружной поверхности при многоцикличном знакопеременном изгибе трубы приводит к разрушению верхнего слоя и в дальнейшем всей стенки трубы, что не применимо для труб, работающих при многоцикличном изгибе, например бунтовых нефтепромысловых труб.

Известен способ упрочнения труб, преимущественно внутренней поверхности высокотемпературной цементацией (а. с. СССР N 1172294, C 23 C 9/00, 11/10, 11/12, 1985). Согласно изобретению полость трубы заполняют углеродосодержащей газообразной смесью, нагревают до заданной температуры при непрерывном вращении трубы. После проведения цементации внутренней поверхности производят закалку. После охлаждения механические свойства наружного слоя трубы остаются неизменными, по сравнению с исходными, или несколько изменяются из-за подкалки материала. Недостатком способа является то, что при многократном знакопеременном изгибе на наружной поверхности трубы в результате поочередного действия растягивающих и сжимающих напряжений образуются трещины, приводящие к разрушению трубы.

Внутренний слой, имеющий литую высокоуглеродистую структуру, также склонен к разрушению при многоцикличном изгибе.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ намотки полученных прокаткой лент, проволоки или труб, который осуществляют внутри заполненной газом-раскислителем камеры (заявка Франции N 2238540, B 21 C 47/00, 43/00, опубл. 1975).

Однако данный способ не обеспечивает оптимального распределения механических свойств по сечению трубы, а следовательно, их эксплуатационных характеристик в условиях многоцикличного изгиба.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эксплуатационных характеристик трубы за счет повышения пластичности наружного слоя и прочности внутреннего.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления труб, преимущественно длинномерных в бунтах, включающем нагрев труб и намотку в бунтах в газовой среде, согласно изобретению в процессе нагрева обезуглероживают наружную поверхность труб, а внутреннюю поверхность подвергают упрочнению с помощью химико-термической обработки.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе нагрева трубы, например при перемотке ее с барабана на барабан, осуществляют два разных физико-химических процесса: газовую химико-термическую обработку внутренней поверхности трубы, приводящую к повышению ее прочности, и газовую обработку наружной поверхности, повышающую ее пластичность за счет снижения содержания углерода - обезуглероживания. Достигаемое распределение механических свойств материала по сечению трубы обеспечивает оптимальное условие ее работы при многократном ее изгибе и внутреннем давлении. Именно при такой нагрузке работает нефтепромысловая длинномерная бунтовая труба при ремонте и эксплуатации скважин. При знакопеременном изгибе наибольшую нагрузку воспринимает наружная поверхность трубы (Ю.М.Матвеев, М.Я.Кричевский. Отделка труб. М., 1954, с. 56-67). Высокая пластичность наружной поверхности обеспечивает повышенную выносливость при размотке - смотке трубы в процессе эксплуатации на скважинах. Сопротивление внутреннему давлению, возникающему при перекачке жидкости, воспринимают, в основном, внутренние слои трубы (Н.М.Беляев. Сопротивление материалов. М. , 1976, с. 418- 427). Повышение их механических свойств за счет химико-термической обработки снижает тенденцию к разрушению трубы изнутри.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Электросварную трубу размером 38 х 3 мм из стали марки Ст2, ГОСТ 380-88, в процессе технического контроля при перемотке с барабана на барабан нагревают на заданном участке с помощью индуктора, размещенного в специальной камере. Температура нагрева составляет 850-950^oC. Внутрь камеры подают обезуглероживающую смесь газов CO₂+H₂O (пар). При скорости перемещения трубы 3,5-4,0 м/мин глубина обезуглероживания достигает величины 0,2-0,25 мм. Одновременно внутрь трубы через ее торец, закрепленный в барабане, подают смесь науглероживающего и цементирующего газов, например светильного газа и аммиака. Глубина цианированного слоя при указанных условиях достигает 0,18-0,20 мм, что обеспечивает повышение прочностных характеристик внутренней поверхности труб в 1,3-1,35 раза. В процессе химико-термической обработки трубу наматывают на барабан диаметром 1800 мм, подвергая охлаждению водой. Длина трубы в бунте 2500 м.

Исследования, проведенные на трубах размером 38 х 3 мм из стали марки Ст2, ГОСТ 380-88, показали, что при внутреннем давлении 10 МПа трубы, изготовленные по известной технологии, выдержали 210 двойных циклов при знакопеременном изгибе; по заявленному способу - 295 циклов.

Предложенный способ изготовления труб позволяет повысить работоспособность труб в условиях знакопеременной нагрузки и внутреннего давления. Способ может найти широкое применение в нефтедобывающей промышленности, в частности при подземном ремонте скважин, их промывке и пр.