Міністерство Освіти і Науки України
Національна Металургійна Академія України
Кафедра термічної обробки металів
Реферат
на тему:
? Термічна обробка і термомеханічна обробка обсадних труб зі сталі 36Г2С?
Підготувала ст.гр. МТ-97-2
Черних Е.С.
Перевірив викладач
Прядко Е.И.
м.Дніпропетровськ
2001р.
Зміст:
Стор.
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
1.Призначення обсадних труб ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 4
2.Сортамент і технічні вимоги, пропоновані дообсадних труб ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
3.Матеріал обсадних труб ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .6
4.Технологіческая схема виробництва обсадних труб ... ... ... ... ... .7
5.Терміческая обробка обсадних труб зі сталі 36Г2С ... ... ... ... .. 8
5.1.Нормалізація труб ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
5.2.Закалка і відпустку труб ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
5.3.Терміческая обробка кінців труб ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 16
6.Термомеханіческая обробка обсадних труб ... ... ... ... ... ... ... ... 16
7.Контроль якості труб після термічної ітермомеханічної обробки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
Введення
На відміну від інших видів металопродукції для труб характерні розвиненаповерхню (найбільше відношення площі поверхні до маси), наявністьвнутрішньої порожнини, значний сортамент по геометричних розмірах,способів виробництва і призначенням.
За способом виробництва труби підрозділяють на литі, безшовні ізварні. Основний обсяг виробництва складають безшовні та зварні. Запризначенням труби поділяють: на труби для нафто-і газодобувноїпромисловості, теплоенергетики, магістральних газо-і нафтопроводів, трубидля виробництва підшипників, хімічної промисловості, будівництва тат.д.
Умови експлуатації труб різного призначення дозволяютьсформулювати основні вимоги, пропоновані до матеріалу для їхвиробництва. Так, для труб нафтового сортаменту умови експлуатаціїдуже різноманітні: інтервал робочих температур від -60 до 150-200єC,знакозмінні навантаження (бурильні і насосно-компресорні труби),корозія під напругою в середовищі сірководню. У зв'язку з цим труби длявидобутку нафти і газу повинні володіти високою міцністю і пластичністю,опором втомне і тендітному руйнування. Для північних районівпотрібна висока хладостойкость металу труб. [1]
1.Призначення обсадних труб
При бурінні нафтових свердловин сталеві труби використовують для передачіобертання породоруйнуючих інструменту, для кріплення стінок свердловин впроцесі буріння та експлуатації, для транспортування нафтопродуктів наповерхню і інших цілей. Вартість труб в загальній вартості буровогообладнання становить близько 60%.
За своїм призначенням труби нафтового сортаменту поділяють на бурильні,обтяжені бурильні, робітники (або провідні) бурильні, обсадні і насосно -компресорні труби.
При буріння та експлуатації свердловин з труб цих видів становлятьбурильні, обсадні й насосні колони, в яких окремі труби з'єднуютьміж собою за допомогою спеціальних різьбових з'єднань.
Передачу обертання породоруйнуючих інструменту (у разі роторногоспособу), транспортування рідини або газу для очищення вибою свердловини відзруйнованої породи здійснюють за допомогою бурильної колони.
Для запобігання свердловин від обвалення в свердловину опускають колонуобсадних труб. Зазвичай обсадна колона складається з наступних елементів
(рис.1):
Напрямок (а) служить для кріплення гирла
свердловин і напрямку потоку промивної
рідини. Напрямок опускається на глибиною
ни близько 4-6 м.
Кондуктор (б) служить для перекриття верх них слабких верств порід, для ізоляції сква-жін від можливого припливу грунтових вод і забезпечення вертикального напрямку стовбура свердловини.
Кондуктор зазвичай опускаючи ється на глибину
40-60 м, а в глибоких сква-жінах - до 600 м.
Проміжні колони (в) опускають в за-лежно відзагальної глибини свердловини на
2000-3000 м, вони в основному служать для ра зобщенія пластів.
Експлуатаційна колона (г) служить для ізоляціїпродуктивного горизонту від дру-гих і забезпечуєдоступ до нього. Іноді її використовують длявидобування нафти і газу на поверхню.
Обсадні труби відчувають три види навантажень - розтяг, зовнішнє
(мне) і внутрішній тиск. Розтягуючі навантаження викликаютьсявласною вагою колони обсадних труб. Зазвичай напруги в обсаднихтрубах відповідають різниці зовнішнього і внутрішнього тиску. Але вдеяких випадках труби можуть опинитися під дією тільки зовнішнього аболише внутрішнього тиску. У цьому випадку труби знаходяться в найбільшважких умовах роботи.
Для транспортування нафтопродуктів на поверхню використовують колони,складені з насосно-компресорних труб. [2]
2. Сортамент і технічні вимоги, пропоновані до обсадних труб
Виготовлення труб для нафтової та газової промисловості проводиться заспеціальним стандартам або технічним умовами, в яких суворорегламентовані: розміри труб по діаметру і товщиною стінки, довжина труб,розміри з'єднань, категорія міцності матеріалу, а також точністьвиготовлення труб і різьблень, види і методи випробувань.
У СНД обсадні труби виготовляють за ГОСТ-632-57 тільки безшовнимидіаметром 114-426 мм з товщиною стінки 6-14 мм. Довжина різьби на трубахтовщини стінки. Проект стандарту на обсадні труби, замість ГОСТ 632 - 57,включає розміри труб по діаметрам (як прийняті в практиці СНД, так і закордоном) з товщиною стінки 6-14 мм. Аналогічно APIstd5A в проектіпередбачено виготовлення труб з довгою і нормальною (короткої) різьбленням.
Причому довжина різьблення така ж, як і в закордонних стандартах. Для трубдіаметром 127; 139,7; 177,8-298 мм з товщиною стінки 6-8 мм передбаченаукорочена нормальна різьблення.
У СНД розроблено проект спеціального державного стандарту назварні обсадні труби діаметром 426-530 мм з товщиною стінки 8-12 мм. Длякріплення неглибоких свердловин економічніше застосування зварнихтонкостінних труб замість безшовних. Тому необхідна організаціявиробництва таких труб діаметром 114-426 мм з товщиною стінки 4-6 мм длясвердловин невідповідального призначення.
Стандарти на труби нафтового сортаменту не визначають застосовуванийматеріал, а ставлять тільки мінімальні значення показників механічнихвластивостей (? b,? s,?,?, ak).
Таблиця 1
Механічні властивості матеріалу обсадних труб
| Категорія | Межа міцності, | Межа плинності, | Подовження, |
| міцності | Мн/мІ (кг/ММІ) | Мн/мІ (кг/ММІ) |% |
| А | 411,9 (42) | 245,2 (25) | 25 |
| З | 539,4 (55) | 313,8 (32) | 18 |
| Д | 637,4 (65) | 372,6 (38) | 16 |
| К | 686,5 (70) | 490,3 (50) | 12 |
| Е | 635,5 (75) | 539,4 (55) | 12 |
| Л | 931,6 (95) | 637,4 (65) | 12 |
| М | 980,6 (100) | 735,5 (75) | 12 |
Обсадні труби в обов'язковому порядку піддають гідравлічнимвипробувань для перевірки міцності тіла труби та герметичності різьбовогоз'єднання. Стандартом API передбачено випробування внутрішнімгідравлічним тиском обсадних труб діаметром до 245мм, що викликають утілі труби напруги, рівні 80% від межі плинності матеріалу, а трубвеликого діаметра - 60%. Для високоміцних труб, що йдуть на глибокісвердловини, рекомендують доводити напруги в тілі труби до 95% від межіплинності матеріалу [3].
3.Матеріал обсадних труб
Технічними умовами на труби нафтового сортаменту хімічний складсталей, за винятком сірки і фосфору, не обумовлюється і марка сталивибирається виробником по техніко-економічних міркувань ірегламентується у технологічної документації. Максимальний змістелементів визначається застосовуваним вихідною сировиною та у спосіб виплавкисталі і перебуває в межах 0,030-0,065% для сірки і 0,035-0,110% дляфосфору.
Таблиця 2
Хімічний склад сталей для обсадних труб, що застосовуються в СНД
| Категорія | Хімічний склад,% |
| я | |
| міцності | |
| і (марка | |
| сталі) | |
| | З | Mn | Si | Cr | Ni | Mo | W | S | Р |
| | | | | | | | | Макс | макс |
| А | 0,18-0 | 0,3-0, | 0,15-0 | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 25 | 6 |, 23 | | | | | | |
| З | 0,3-0, | 0,65-0 | 0,2-0, | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| | 37 |, 9 | 35 | | | | | | |
| Д | 0,43-0 | 0,7-0, | 0,15-0 | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 53 | 9 |, 3 | | | | | | |
| К | 0,32-0 | 1,5-1, | 0,4-0, | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 43 | 6 | 7 | | | | | | |
| | 0,33-0 | 0,75-1 | 0,17-0 | 0,4-0, | 0,4-0, | 0,3-0, | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 43 |, 05 |, 37 | 7 | 7 | 4 | | | |
| | | | | | | | | | |
| Е | | | | | | | | | |
| | 0,43-0 | 1,15-1 | 0,25-0 | 0,4-0, | 0,3-0, | 0,05-0 | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 48 |, 4 |, 35 | 7 | 7 |, 15 | | | |
| | 0,35-0 | 0,7-0, | 0,15-0 | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 42 | 9 |, 3 | | | | | | |
| Л | 0,32-0 | 1,4-1, | 0,4-0, | - | - | - | 0,25-0 | 0,045 | 0,045 |
| |, 38 | 8 | 7 | | | |, 4 | | |
| | 0,3-0, | 1,25-1 | 0,4-0, | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| | 43 |, 6 | 7 | | | | | | |
| М | 0,32-0 | 1,5-1, | 0,4-0, | - | - | - | - | 0,045 | 0,045 |
| |, 43 | 8 | 7 | | | | | | |
Для отримання труб більш високих категорій міцності можливі два шляхи [4]:
1) застосування легованих сталей з наступним відносно простоїтермічною обробкою (нормалізація або нормалізація і відпустку);
2) застосування простих вуглецевих або низьколегованих сталей зподальшим гартом і відпуском.
4.Технологіческая схема виробництва обсадних труб
Технологія виробництва труб нафтового сортаменту визначається видом труб,категорією міцності і що застосовуються для їх виготовлення матеріалом. Закатегорії міцності труби нафтового сортаменту можна розділити на тригрупи: звичайної міцності з межею плинності до 490,3 Мн/мІ (50 кг/ММІ), високої міцності з межею плинності 539,3-735,5 Мн/мІ (55-75кг/ММІ), особливо високої міцності - понад 735,5 Мн/мІ (75 кг/ММІ).
Малюнок 2 .- Технологічна схема виробництва обсадних труб
Обсадні труби звичайної міцності з мінімальною межею текучості до
490,3 Мн/мІ (50 кг/ММІ) виготовляють за такою технологічною схемою
(рис.2). Гаряча прокатка 1, обрізка-решт і зняття фасок 2, нарізкарізьблення 9, навертка муфт 10, Гідровипробування 11 і фарбування 12. Термічнаобробка цих труб (нормалізація) проводиться тільки в разі отриманнянезадовільних механічних властивостей. Досвід експлуатації труб категоріїміцності К (мінімальна межа плинності 490,3 Мн/мІ (50 кг/ММІ)
) показує, що труби цієї категорії необхідно піддавати нормалізації,тому що ці труби мають нерівномірні механічні властивості по довжинівнаслідок місцевої подкалкі при прокатці.
Обсадні труби високої міцності в залежності від застосовуваного матеріалуможуть виготовлятися за двома технологічними схемами. Для легованихсталей технологічна схема наступна: після прокатки 1 та обрізки кінців 2труби піддають нормалізації в печі 3 та відпуску в печі 5. Іноді для трубкатегорії міцності Е застосовують нормалізацію з прокатного нагріву. Післятермічної обробки труби калібрують по зовнішньому діаметрі 6. Однак уцьому випадку операцію калібрування опускають внаслідок відсутностікалібрувальних станів в потоці печей і після термообробки труби направляютьпрямо на правильні стани 7. Після редагування контролюють стан зовнішньоїповерхні труб 8, нарізають різьблення 9 і нагвинчують муфти 10. Труби змуфтою перевіряють на міцність і герметичність різьбового з'єднання шляхомгідравлічних випробувань на пресах 11. Після гідровипробувань трубифарбують, маркують і направляють на склад готової продукції.
Технологічна схема виготовлення високоміцних труб з вуглецевих інизьколегованих сталей відрізняється від описаної вище тільки термічноїобробкою. Після обрізки кінців на верстатах 2 труби нагрівають до температурзагартування в печі 3, охолоджують у спеціальних пристроях 4 і потім піддаютьвідпустки в печі 5. При застосуванні гарту і відпуску внаслідок спотворенняточності поперечного перерізу і збільшення кривизни операції калібрування іредагування обов'язкові. Для зниження міцності матеріалу труб при калібрування івиправлення ці операції повинні виконуватися при температурах 200-500єC. Післяредагування труб виконують операції, позначені на рис.2 позиціями 8-12. [2]
5.Терміческая обробка обсадних труб зі сталі 36Г2С
Термічна обробка - найважливіша складова частина технологіївиробництва різних видів сталевих труб.
Основні цілі термічної обробки труб наступні: забезпечення різних експлуатаційних властивостей (труби для видобутку нафтиі газу, труби для котлів теплоенергетичних установок тощо); підготовка структури і властивостей для подальшої обробки в різнихгалузях машинобудування (труби для підшипників); відновлення пластичності металу для можливості подальшогодеформування в процесі переділу (труби проміжних розмірів); створення дифузійного зв'язку між різними верствами в біметалічних,багатошарових і свертних паяних трубах; вирівнювання структури і властивостей металу зварних і литих трубзмінної геометрії по довжині (наприклад, бурильних труб з висадженимикінцями). [5]
5.1.Нормалізація труб
При виробництві труб нафтового сортаменту нормалізацію як термічнуоперацію застосовують у тих випадках, коли необхідні механічні властивостіметалу труб (межа плинності до 539,4 Мн/мІ (55 кг/ММІ) можна отримати зстали простий, дешевої марки типу 36Г2С).
Нормалізацію труб слід проводити після повного їх потемніння післяпрокатки. У цьому випадку грубозерниста і неоднорідна структура сталі,отримана в результаті високого нагріву перед прокаткою, піддається посуті перекристалізації в процесі охолодження і подальшого нагріванняпід нормалізацію.
Температура нормалізації труб марки 36Г2С знаходиться в межах 830 -
890єC. Якщо після нормалізації межа текучості або межа міцності нижчеобумовлених ГОСТом норм, то температуру повторної нормалізації слідпідвищити на 20-30єC. Незадовільні результати випробувань завідносному подовженню, відносного звуження або ударної в'язкості можнавиправити зниженням температури на 20-30єC.
Помітний вплив на зміну механічних властивостей надає швидкістьохолодження труб. Для труб зі сталі 36Г2С застосування прискореного охолодженняобдування повітрям підвищує межу міцності висаджених-решт на 4,5%,межа плинності на 5,4%, ударну в'язкість на 13,7%, відноснеподовження практично залишається без змін.
Точні режими термічної обробки встановлюють за допомогоюлабораторних і цехових експериментів з урахуванням термічної характеристикипечі, умов охолодження та специфічності властивостей даної сталі. Температуранормалізації для сталі даної марки повинна бути достатньо високою, щобзабезпечити отримання гомогенно-бейнітной структури, що є основою дляотримання після відпустки високих міцності і пластичних властивостей.
Якщо температура нормалізації є універсальною для сталі даноїмарки, то температуру відпустки часто встановлюють індивідуально дляокремої плавки в залежності від її хімскладу.
Контроль температури труб при нагріві і витримці в методичних печахвиробляють термопарою, що вставляється в трубу. Температура печі контролюєтьсяпо бічних і сводовим термопар, а температура видаваних труб - за допомогоюоптичного пірометра або інших приладів. Бічні термопари встановлюютьтак, щоб їх показання були вище температури металу на 20-30єC.
На величину зерна і механічні властивості нормалізуемих труб, крімтемператури нагрівання металу і швидкості охолодження, надає також впливчас нагрівання і витримки металу в печі. Для отримання дрібнозернистоюструктури час витримки не повинно перевищувати визначено величини.
Загальна тривалість нагрівання в методичних печах з похилим подомдля труб з товщиною стінки від 7 до 30 мм коливається від 70 до 140 хв, часвитримки від 10 до 25 хв. Менша час відповідає трубах меншимистінкою і діаметром.
Нормалізація з охолодженням на повітрі обсадних труб зі сталі 36Г2С НЕзабезпечує вимог ГОСТу на обсадні труби марки Е.
Малюнок 3 .- Мікроструктура стали 36Г2С після нормалізаціі.Ч400
Мікроструктура металу таких труб (мал. 3) складається з великих, строчно -розташованих виділень фериту і сорбітообразного перліту. Така структурасвідчить про недостатнє охолодженні труб при нормалізації. Межіміцності і текучості мають низьке значення. Більш сильне охолодження ввиробничих умовах струменем стисненого повітря підвищує межу міцностіі відносне подовження, проте межа плинності при цьому перебуває накордоні норм.
макроструктура цієї сталі після охолодження струменем стисненого повітря
(рис. 4) має більш дрібне зерно, спрямованість структурних складовихвідсутня.
Малюнок 4.-Мікроструктура стали 36Г2С після охолодження струменем стисненоговоздуха.Ч400
Можливо, що досить сильне охолодження по всій довжині труб приумови їх обертання дозволить налагодити отримання обсадних труб зі сталі
36Г2С м?? рки Е. Про це свідчить дрібнозерниста мікроструктура стали
(мал. 5), отримана при інтенсивному охолодженні патрубків струменем повітря.
Відповідні цій структурі механічні властивості надійно гарантуютьотримання обсадних труб марки Е.
Малюнок 5 .- Мікроструктура стали 36Г2С після інтенсивного повітряногоохолодження з обертанням труби.Ч400
У таблиці 3 наведені механічні властивості обсадних труб післянормалізації і відпустки при різних температурах.
Таблиця 3
Механічні властивості обсадних труб після нормалізації і відпустки
| Температура | Механічні властивості в поздовжньому напрямку |
| ра | |
| відпустки, | |
| ЄC | |
| | Межа | Межа | відносний | Звуження | Відношення | Ударная |
| | Міцності | плинності | ьное | площі | межі | в'язкість, |
| |, Мн/мІ |, Мн/мІ | подовження | поперечно | плинності | МДж/мІ |
| | (Кг/ММІ) | (кг/ММІ) |,% | го | до межі | (кгм/СМІ) |
| | | | | Перетину, | міцності | |
| | | | |% |,% | |
| Після | 882,6 (89, | 601,1 (61, | 23,0 | 44,8 | 67,5 | 4,71 (4,8) |
| нормалізує | 9) | 3) | | | | |
| ції | | | | | | |
| 500 | 878,6 (89, | 594,2 (60, | 24,0 | 48,8 | 67,5 | 5,69 (5,8) |
| | 6) | 6) | | | | |
| 550 | 869,8 (88, | 581,4 (59, | 23,0 | 48,8 | 66,5 | 5,29 (5,4) |
| | 7) | 3) | | | | |
| 600 | 824,6 (84, | 552,1 (56, | 22,0 | 48,0 | 67,0 | 5,98 (6,1) |
| | 1) | 3) | | | | |
| 650 | 767,8 (78, | 513,8 (52, | 26,0 | 47,6 | 67,0 | 6,18 (6,3) |
| | 3) | 4) | | | | |
| 680 | 739,3 (75, | 483,4 (49, | 27,0 | 52,2 | 65,5 | 6,67 (6,3) |
| | 4) | 3) | | | | |
Мікроструктура обсадних труб після нормалізації складається з сумішітроостіта з дрібнопластинчатим перліту і розірваною феритної сітки. Зпідвищенням температури відпустки у структурі сталі з'являєтьсясфероідізірованний цементит.
Нагрівання поверхні труби і прогрівання її по перетину в сучасних печахшвидкісного нагріву протікає досить інтенсивно з високоюпродуктивністю. Однак у таких печах дуже важко, а часомнеможливо здійснити технологічну витримку, необхідну для протіканнядифузійних процесів і фазових перетворень в металі.
Оскільки швидкість дифузійних процесів залежить не тільки від часу,але і від температури, виникає можливість скоротити у часітехнологічну витримку труб при нагріванні підвищенням температури.
За даними дослідження Б. П. Колесника [6], механічні властивості сталімарки 36Г2С після нормалізації із застосуванням швидкісного нагріву (1,8-8град/сек) виходять такими ж, а в деяких випадках і більш високими, ніжпісля нормалізації з нагріву з технологічною витримкою. При нормалізаціїз витримкою найбільш високі механічні властивості в досліджених сталейотримували при температурі 840-860єC, тоді як після швидкісний нормалізаціїоптимальна температура склала 900-960єC. Сталь 36Г2С після швидкісноїнормалізації була найбільш міцною.
Нормалізація труб зі сталі 36Г2С при температурі нагріву 850єC і вище ззастосуванням швидкісного нагрівання в секційних печах практично не змінюємежі текучості, зменшує на 9,8-29,4 Мн/мІ (1,0-3,0 кг/ММІ) тимчасовоопір, трохи збільшує значення відносного подовження ізвуження, а також знімає внутрішню напругу. Можливо, що більшінтенсивне охолодження змінить зазначені показники. [2]
5.2.Закалка і відпустку труб
Найвищі показники міцності і пластичних характеристик трубможна отримати шляхом загартування з наступним відпуском.
Застосування гартування з відпуском дозволяє поліпшити властивості труб звуглецевої або низьколегованої сталі до рівня або навіть трохи вищевластивостей нормалізованих труб зі сталі, легованої марганцем, молібденом,ванадієм та ін
Впровадження в промисловості гартування з відпуском замість нормалізаціїдозволяє при виробництві високоміцних труб нафтового сортаментузаощадити велику кількість марганцю, молібдену, вольфраму та іншихлегуючих елементів при одночасному покращенні властивостей труб.
У промисловості мають місце наступні основні технологічні прийомиполіпшення стали: методичний нагрів в прохідних печах - загартування у ваннах --відпустку в методичних печах, швидкісний нагрів в секційних печах - загартуванняв спреере - відпустка у секційних або роликових печах. Зустрічається такожнагрівання під загартування і відпустку в індукційних нагрівальних пристроях іінші поєднання зазначених способів нагрівання.
Методичний нагрів, гарт у ваннах. Загартування труб у ваннах НЕнабула великого застосування і навряд чи варто очікувати розвитку цьогоспособу загартування в майбутньому.
Міцностні і пластичні показники при загартування труб у ванні, втімяк і при інших способах гарту, у великій мірі залежать від температуригарту і, особливо, від температури відпустки. Температура гартівних середовищатакож виявляє помітний, хоч і в меншому ступені, вплив на показникимеханічних властивостей.
Дослідження (за Ф. В. Вдовіну) міцності і пластичних властивостейобсадних труб зі сталі 36Г2С, загартованих у ванні, показали, що межаміцності та межа плинності в сильному ступені залежать від температуривідпустки.
Зі збільшенням температури відпустки для всіх режимів нагріву і температургартівних середовища межі міцності і текучості помітно знижуються, але ненастільки, щоб при найвищих температурах відпустки не задовольнятивимогам, що пред'являються до труб марки Е. Величина відносногоподовження при цьому досягає найбільших значень при температурі відпустки
650єC.
При підвищенні температури загартування межа міцності після відпусткизнижується. Така ж картина спостерігається і за межі текучості.
Найбільші показники відносного подовження також залежать відтемператури гартування та відпуску і, наприклад, для сталі 36Г2С можуть бутиотримані при температурі гарту 850єС, відпустки 650єС.
Зі збільшенням температури гартівних середовища межа плинності стали післявідпустки знижується, тоді як межа міцності майже не змінюється.
Відносне подовження досягає максимальних значень при загартування у воді,підігрітою до температури 40-60єС.
Підбираючи режим термічної обробки, можна одержати за певнихумовах найкращі показники механічних властивостей для сталі даної марки.
Так для сталі 36Г2С такими умовами є: температура загартування 850єС,відпустки 650єС, води 40-60єС.
Рисунок 6 .- Мікроструктура стали після гарту і отпуска.Ч500
Структура загартованої і відпущеної сталі в цьому випадку складається здрібнодисперсного сорбіту (рис.6) без вільних виділень фериту, щосвідчить про перехід при нагріванні за критичну точку АС3, аотже, про повну загартування сталі.
Високі пластичні та міцності властивості, що відповідаютьвимогам марки Е, а з переділу плинності марки Л, забезпечує повнатермічна обробка труб, отриманих з автоматичного стану з катаноїзаготовки сталі марки 36Г2С.
У даному випадку нагрівання труб під загартування здійснювали у методичнійпрохідний печі з похилим черенем, а відпустку - в камерній печі з витримкоюпорядку 2ч.
загартування виробляли у ванні з водою, підігрітої до температури 40-60єС.
Гарт у ванні труб (299х9мм) із сталей марок С, Д і К з температур
840-850єС з наступним відпуском при 640-650єС забезпечує механічнівластивості більш високого класу, ніж труб з цих же сталей, але термічноне оброблених (табл.4).
Таблиця 4
Механічні властивості обсадних труб, загартованих у ванні
| Марка | Хімічний склад,% | Механічні властивості | обесп |
| сталі | | | ечіва |
| | | | Ет |
| | | | Катег |
| | | | Орію |
| | | | Міцно |
| | | | Ості |
| | C | Mn | Si | P | S | Межа | Межа | відносите | |
| | | | | | | Міцності, | плинності, | льно | |
| | | | | | | Мн/мІ | Мн/мІ | подовження | |
| | | | | | | (Кг/ММІ) | (кг/ММІ) | є,% | |
| С | 0,36 | 0,67 | 0,15 | 0,013 | 0,031 | 589,4-642,3 | 407,9-529,6 | 19,9-23, | З |
| | | | | | | (60,1-65,5) | (41,6-53,9) | 2 | |
| Д | 0,45 | 0,90 | 0,29 | 0,014 | 0,031 | 693,3-725,7 | 568,8-581,4 | 17,0-22, | К |
| | | | | | | (70,7-73,9) | (58,0-59,3) | 1 | |
| К | 0,37 | 1,68 | 0,58 | 0,024 | 0,034 | 745,3-769,8 | 652,1-669,7 | 17,4-20, | Е |
| | | | | | | (75,9-78,5) | (66,5-68,3) | 5 | |
Мікроструктура всіх труб - сорбіт різного ступеня дисперсності.
Швидкісний нагрів, загартування в спреере. В даний час немає достовірнихданих про вплив на механічні властивості металу швидкісного нагріву підзагартування при різних температурах.
При нагріванні стали 36Г2С зі швидкістю 8 град/сек зі збільшеннямтемператури гартування від 870 до 1000єС міцність і пластичність сталіпідвищуються: межа міцності з 961,0 (98) до 1098 Мн/мІ (112 кг/ММІ),межа плинності з 813,9 (82) до 1029,6 Мн/мІ (105 кг/ММІ), відноснеподовження з 14 до 16% і ударна в'язкість з 7,84 (8) до 10,8 МДж/мІ (11кг • м/СМІ).
Гарт від температури 800-1000єС при звичайному нагріві з витримкоюпрактично не змінює межі міцності і межі текучості.
Ударна в'язкість і відносне звуження досягають найвищихзначень після загартування від 840єС. Подальше підвищення температури загартуванняведе до зниження пластичності.
Швидкісна термічна обробка дозволяє отримувати механічнівластивості навіть дещо вищі, ніж при звичайній термічнійобробці, проте температура нагрівання при швидкісний загартування повинна бутидекілька більш високою.
Гладкі обсадні й інші труби при швидкісний загартування піддаютьтільки зовнішньому струминному охолодженню.
З стали низьколегованої марки 36Г2С шляхом швидкісного нагрівання впоєднанні зі струменевих охолодженням можна отримувати труби марок Л і М.
Труби розміром 73х9х7000мм зі сталі 36Г2С хімічного складу С = 0,38%,
Mn = 0,54%, Si = 1,52%, P = 0,028%, S = 0,023%, Cr = 0,09%, Ni = 0,10% нагрівали підзагартування в секційної печі зі швидкістю 4,6 -5,0 град/сек до температури 860 -
870єС.
Охолодження водою здійснювали в спреере соплового типу. Довжина спреера ітиск води забезпечували охолодження труб до кімнатної температури зачас проходження їх через спреер.
Швидкість нагріву труб в секційних печах під відпустку 5,5-6,5 град/сек.
Температура відпустки 660єС. Охолодження після відпустки на повітрі.
Всі оброблені зазначеним способом труби задовольняли вимогамстандарту марки М (95%) і марки Л (5%) за всіма характеристиками механічнихвластивостей, за винятком межі міцності.
В основної маси труб (75% із сталі 36Г2С) межа плинності перевищував
833,6 Мн/м2 (85 кг/мм2), а характеристики пластичності та ударної в'язкостіне тільки відповідали вимогам стандарту для сталей Л і М, але вбільшості випадків значно перевищували їх.
Відносне подовження для 88% із сталі 36Г2С було вище 16%, ударнав'язкість для 90% труб вище 8,82 МДж/м (9кг * мА/см2). І
Типовою мікроструктурою металу труб після термічної обробкиє сорбіт відпустки. Внаслідок недостатнього нагріву труб під загартуванняіноді спостерігалася структура сорбіту з феритної складової по кордонахаустенітних зерен.
Висока температура гарячої деформації труб призводила до крупнозернистоюструктурі металу труб (бал 2-3), що представляє собою перліт з феритноїсіткою по межах аустенітних зерен. Така вихідна структура утруднюєаустенізацію стали при швидкісному нагріванні під загартування. Для поліпшенняякості термооброблених труб доцільно гарячекатані труби передзагартуванням піддавати нормалізації.
Збільшення тиску і витрати охолоджуючої води при односторонньомуохолодженні не дає позитивного ефекту.
Досвідчені дані показали, що двостороння охолодження в спреерезабезпечує наскрізну прокаліваемость решт обсадних труб і даєможливість отримувати зі сталі 36Г2С обсадні труби марки Л та М, а зі сталі
Д труби марки Е і К.
Зменшення механічних властивостей висаджених решт термічнооброблених труб пояснюється не тільки вигином волокон, що має місце ів трубах просто нормалізованих, але також і можливої неповноїпрокаліваемостью стінок. Проте, як показали дослідження, в умовахдостатнього нагрівання й охолодження при швидкісної термічної обробкиможна отримати труби, у яких механічні властивості тіла труби івисаджених-решт будуть рівномірними і досить високими. Цьомузначною мірою сприяє нормалізація обсадних труб передостаточної термічною обробкою, яка подрібнює зерно сталі,яке виросло в процесі висадки. Більш дисперсна структура металу, яквідомо, прискорює його аустенізацію при нагріванні, що особливо важливо пришвидкісний термічній обробці.
Попередня нормалізація підвищує міцність характеристикивисаджених решт приблизно на 10%, а характеристики пластичності - на 40 -
60%.
Нагрівання струмами високої частоти, гарт в спреере. Установка для гартуванняскладається з індуктора для нагріву рухається труби під загартування. Нагрітеділянка труби охолоджується в спреере обертається потоком води, встановленимбезпосередньо за індуктором. Відпустка загартованого ділянки трубивиробляється також шляхом нагрівання струмами високої частоти в другомуіндуктора, що знаходиться за спреером. Труба при термообробці рухаєтьсягоризонтально зі швидкістю приблизно 1 м/хв.
Для зменшення осьового викривлення труб останні приварюють один доодному в суцільну смугу.
Такий термічній обробці піддавали обсадні труби діаметром 168 та
141 мм з товщиною стінки 8-14 мм із сталі марки 36Г2С. Швидкісний нагрівпроводили на частоті 2500 гц.
Температура нагрівання під загартування становила 850-950єС, температуравідпустки 500-725єС залежно від марки сталі і товщини стінки труби.
Після термічної обробки значно підвищуються не тільки запасміцності труб, але їх пластичні властивості. Недоліком такої установкиє низька її продуктивність. [2]
5.3.Терміческая обробка кінців труб
Недоліком муфтовий різьбових з'єднань обсадних труб єослаблене тіло труби в нарізці.
Одним із способів досягнення равнопрочності є зміцнення кінцівсамої труби за допомогою їх термічної обробки.
Технологію зміцнення кінців труб ведуть шляхом нагрівання всієї труби зподальшим гартом решт в спреерной установці. У цьому випадку кінці трубпіддають гарту, а всю іншу частину труби - нормалізації.
За іншою технології нагрівають тільки кінці труб з подальшою їхзагартуванням.
При нагріванні під загартування тільки кінців труб спостерігаються два перехіднізони: зона переходу від гартівних ділянки до нормалізованому (температуравище АС3) і зона з градієнтом температур критичного інтервалу і високоговідпустки. Друга перехідна зона характеризується зниженням міцностівластивостей приблизно на 5-12%, по відношенню до початкових при одночасномупідвищення відносного подовження і відносного звуження. [2]
6.Термомеханіческая обробка обсадних труб
Останнім часом отримують розвиток нові технологічні процесикомбінованого термомеханічного впливу на структуру і властивостіобсадних труб, що дозволяють значно поліпшити їх експлуатаційніхарактеристики і забезпечити суттєву економію металу в народномугосподарстві.
На лінії для комбінованого високотемпературного термомеханічногозміцнення обсадних труб гарячекатані труби-заготовки після прокатки наавтоматстане надходять на вхідні бік гуркотів станів і прокочуютьсятут до необхідного за технологією розміру. Існуючі раскатні стани вВідповідно до результатів проведених раніше досліджень замінюютьсяпотужними двовалкової з осьовим видачею розкату для здійснення прокатки зобтисненням за товщиною стінки до 20% (замість 3-5% на існуючих станах).
Після розкочування труби піддають загартування у спрейерних охолоджуючихпристроях, суміщених з обладнанням вихідний боку гуркотів станів.
Труби, що мають температуру на виході в раскатні стани, нижчу, ніжзадано за технологією ВТМО, після охолодження автоматично виключаються відпотоку високоміцних труб і скидаються в кишеню. Загартовані труби звихідний боку станів надходять на центральний рольганг іперекладивателем через пристрій для зливу води направляються на вихіднийрольганг відпускної печі з кроку балками (з поперечним переміщеннямтруб). Ця піч (з газовим обігрівом) має дві технологічні зони:нагрівання і витримки. Паливо спалюють у спеціальних, винесених з робочогопростору надсводових топках з рециркуляцією розведених продуктівзгоряння в робочому просторі печі. Конструкція крокуючих балокпередбачає перекочування труб не тільки на робочому, а й на холостомуходу балок, що забезпечує рівномірне нагрівання труб по периметру. Шагалбалки стаціонарні і не охолоджуються.
Далі нагріті до заданої температури відпустки труби надходять нарольганг видачі, а потім у калібрувальний стан. Кліті цього станунерегульовані, з індивідуальним приводом. Стан призначений для теплої ігарячої калібрування труб.
Після калібрування труби з температурою, близької до температури відпустки,піддають теплою виправлення на правильному стане і охолоджують на колісномухолодильнику. При охолодженні завдяки швидкому обертанню труб викривленняїх по довжині майже відсутнійт. Тому для високоміцних труб холоднуправку, як обов'язкову технологічну операцію можна не передбачати.
Наприкінці холодильника є обвідної рольганг перед станами холодної правки,за яким високоміцні труби направляються безпосередньо для обробки. Утаблиці наведені показники механічних властивостей металу труб після ВТМО.
Таблиця 5
Механічні властивості металу труб після ВТМО
| Група | Температура | Тимчасове | Межа | Щодо | Щодо |
| міцності | теплової | опираючись | плинності, | е | е звуження, |
| за | деформації, | ие, кг/ММІ | кг/ММІ | подовження, |% |
| ГОСТ632-64 | ЄС | | |% | |
| Сталь 10 |
| Л | 600 | 81,0 | 74,1 | 17,5 | 72,0 |
| Сталь 36Г2С |
| М | 600 | 100,0 | 84,0 | 20,0 | 62,5 |
Впровадження нової технології дозволить поліпшити якість труб, застосуватидля їх виготовлення вихідну заготовку з більш дешевого металу та знизитиексплуатаційні витрати. [7]
7. Контроль якості труб після термічної і термомеханічної обробки
З метою забезпечення високих експлуатаційних властивостей труб нафтовогосортаменту при їх виготовленні здійснюється ретельний поопераційнийконтроль геометричних розмірів, механічних властивостей і станувнутрішньої і зовнішньої поверхонь.
Заключної операцією технологічного контролю обсадних трубє випробування внутрішнім гідравлічним тиском. Метагідравлічного випробування - перевірка міцності тіла труби та герметичностірізьбового з'єднання.
Застосування гарту і відпустки в деяких випадках викликає появадодаткових дефектів, обумовлених термічною обробкою (гартівнітріщини та ін.) Тому в технології виробництва високоміцних труб особливуважливість, крім гідравлічних випробувань, набуває контроль якостіповерхонь труби і особливо різьбових кінців. Зовнішні і внутрішнідефекти значно знижують опір труби чинним навантажень іможуть служити причиною аварій.
Найбільш поширеними видами контролю труб на вітчизняних ізарубіжних заводах є візуальний огляд, а також контроль за допомогоюмагнітного, ультразвукового методів і гамма-дефектоскопії. [2]
Література:
[1] - Ю. А. Башнін, Б. К. Ушаков, А. Г. Секей, Технологія термічноїобробки, М., Металургія, 1986.
[2] - А. А. Шевченко, В. І. Стрижак, Виробництво труб для нафтовоїпромисловості, М., Металургія, 1965.
[3] - А. А. Гайворонський, Кріплення нафтових і газових свердловин в США,
Гостоптехіздат, 1962.
[4] - Ю. М. Матвєєв, виробництво високоміцних обсадних труб, Сталь,
1953, № 10.
[5]-Металознавство та термічна обробка сталі. Довідник. т.III,
М.: Металургія, 1983.
[6]-Б.П.Колеснік, Механічні властивості вуглецевої інизьколегованої трубної сталі після нормалізації із застосуваннямшвидкісного нагріву, Виробництво труб, сб. статей УкрНІТІ, вип. 9,
Металлургіздат, 1963.
[7]-В.М.Янковскій та ін, Чорна металургія, Бюл. Наук.-техн. журн.,
1976, № 10, ст.41.
