Реферат: Термическая обработка и термомеханическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С
Нормализацию труб следует производить после полного их потемнения после прокатки. В этом случае крупнозернистая и неоднородная структура стали, полученная в результате высокого нагрева перед прокаткой, подвергается по существу перекристаллизации в процессе охлаждения и последующего нагрева под нормализацию.
Температура нормализации труб марки 36Г2С находится в пределах 830-890ºC. Если после нормализации предел текучести или предел прочности ниже обусловленных ГОСТом норм, то температуру повторной нормализации следует повысить на 20-30ºC. Неудовлетворительные результаты испытаний по относительному удлинению, относительному сужению или ударной вязкости можно исправить снижением температуры на 20-30ºC.
Заметное влияние на изменение механических свойств оказывает скорость охлаждения труб. Для труб из стали 36Г2С применение ускоренного охлаждения обдувкой воздухом повышает предел прочности высаженных концов на 4,5%, предел текучести на 5,4%, ударную вязкость на 13,7%, относительное удлинение практически остаётся без изменения.
Точные режимы термической обработки устанавливают при помощи лабораторных и цеховых экспериментов с учётом термической характеристики печи, условий охлаждения и специфичности свойств данной стали. Температура нормализации для стали данной марки должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить получение гомогенно-бейнитной структуры, являющейся основой для получения после отпуска высоких прочностных и пластических свойств.
Если температура нормализации является универсальной для стали данной марки, то температуру отпуска часто устанавливают индивидуально для отдельной плавки в зависимости от её химсостава.
Контроль температуры труб при нагреве и выдержке в методических печах производят термопарой, вставляемой в трубу. Температура печи контролируется по боковым и сводовым термопарам, а температура выдаваемых труб – с помощью оптического пирометра или других приборов. Боковые термопары устанавливают так, чтобы их показания были выше температуры металла на 20-30ºC.
На величину зерна и механические свойства нормализуемых труб, кроме температуры нагрева металла и скорости охлаждения, оказывает также влияние время нагрева и выдержки металла в печи. Для получения мелкозернистой структуры время выдержки не должно превышать определённо величины.
Общая продолжительность нагрева в методических печах с наклонным подом для труб с толщиной стенки от 7 до 30 мм колеблется от 70 до 140 мин, время выдержки от 10 до 25 мин. Меньшее время соответствует трубам меньшими стенкой и диаметром.
Нормализация с охлаждением на воздухе обсадных труб из стали 36Г2С не обеспечивает требований ГОСТа на обсадные трубы марки Е.
Рисунок 3.- Микроструктура стали 36Г2С после нормализации.×400
Микроструктура металла таких труб (рис.3) состоит из крупных, строчечно-расположенных выделений феррита и сорбитообразного перлита. Такая структура свидетельствует о недостаточном охлаждении труб при нормализации. Пределы прочности и текучести имеют низкое значение. Более сильное охлаждение в производственных условиях струёй сжатого воздуха повышает предел прочности и относительное удлинение, однако предел текучести при этом находится на границе норм.
Макроструктура этой стали после охлаждения струёй сжатого воздуха (рис.4) имеет более мелкое зерно, направленность структурных составляющих отсутствует.
Рисунок 4.-Микроструктура стали 36Г2С после охлаждения струёй сжатого воздуха.×400
Возможно, что достаточно сильное охлаждение по всей длине труб при условии их вращения позволит наладить получение обсадных труб из стали 36Г2С марки Е. Об этом свидетельствует мелкозернистая микроструктура стали (рис.5), полученная при интенсивном охлаждении патрубков струёй воздуха. Соответствующие этой структуре механические свойства надёжно гарантируют получение обсадных труб марки Е.
Рисунок 5.- Микроструктура стали 36Г2С после интенсивного воздушного охлаждения с вращением трубы.×400
В таблице 3 приведены механические свойства обсадных труб после нормализации и отпуска при различных температурах.
Таблица 3
Механические свойства обсадных труб после нормализации и отпуска
| Температура отпуска, ºC | Механические свойства в продольном направлении | |||||
Предел прочности, Мн/м² (кг/мм²) | Предел текучести, Мн/м² (кг/мм²) | Относительное удлинение, % | Сужение площади поперечного сечения, % | Отношение предела текучести к пределу прочности, % | Ударная вязкость, Мдж/м² (кгм/см²) | |
| После нормализации | 882,6(89,9) | 601,1(61,3) | 23,0 | 44,8 | 67,5 | 4,71(4,8) |
| 500 | 878,6(89,6) | 594,2(60,6) | 24,0 | 48,8 | 67,5 | 5,69(5,8) |
| 550 | 869,8(88,7) | 581,4(59,3) | 23,0 | 48,8 | 66,5 | 5,29(5,4) |
| 600 | 824,6(84,1) | 552,1(56,3) | 22,0 | 48,0 | 67,0 | 5,98(6,1) |
| 650 | 767,8(78,3) | 513,8(52,4) | 26,0 | 47,6 | 67,0 | 6,18(6,3) |
| 680 | 739,3(75,4) | 483,4(49,3) | 27,0 | 52,2 | 65,5 | 6,67(6,3) |
Микроструктура обсадных труб после нормализации состоит из смеси троостита с мелкопластинчатым перлитом и разорванной ферритной сетки. С повышением температуры отпуска в структуре стали появляется сфероидизированный цементит.
Нагрев поверхности трубы и прогрев её по сечению в современных печах скоростного нагрева протекает весьма интенсивно с высокой производительностью. Однако в таких печах весьма трудно, а подчас невозможно осуществить технологическую выдержку, необходимую для протекания диффузионных процессов и фазовых превращений в металле.
Поскольку скорость диффузионных процессов зависит не только от времени, но и от температуры, возникает возможность сократить во времени технологическую выдержку труб при нагреве повышением температуры.
По данным исследования Б.П.Колесника [6], механические свойства стали марки 36Г2С после нормализации с применением скоростного нагрева (1,8-8 град/сек) получаются такими же, а в некоторых случаях и более высокими, чем после нормализации с нагрева с технологической выдержкой. При нормализации с выдержкой наиболее высокие механические свойства у исследованных сталей получали при температуре 840-860ºC, тогда как после скоростной нормализации оптимальная температура составила 900-960ºC. Сталь 36Г2С после скоростной нормализации была наиболее прочной.
Нормализация труб из стали 36Г2С при температуре нагрева 850ºC и выше с применением скоростного нагрева в секционных печах практически не изменяет предела текучести, уменьшает на 9,8-29,4 Мн/м² (1,0-3,0 кг/мм²) временно сопротивление, несколько увеличивает значения относительного удлинения и сужения, а также снимает внутреннее напряжение. Возможно, что более интенсивное охлаждение изменит указанные показатели.[2]
5.2.Закалка и отпуск труб
Наивысшие показатели прочностных и пластических характеристик труб можно получить путём закалки с последующим отпуском.
Применение закалки с отпуском позволяет улучшить свойства труб из углеродистой или низколегированной стали до уровня или даже несколько выше свойств нормализованных труб из стали, легированной марганцем, молибденом, ванадием и др.
Внедрение в промышленности закалки с отпуском вместо нормализации позволяет при производстве высокопрочных труб нефтяного сортамента сэкономить большое количество марганца, молибдена, вольфрама и других легирующих элементов при одновременном улучшении свойств труб.
В промышленности имеют место следующие основные технологические приёмы улучшения стали: методический нагрев в проходных печах – закалка в ваннах – отпуск в методических печах, скоростной нагрев в секционных печах – закалка в спреере – отпуск в секционных или роликовых печах. Встречается также нагрев под закалку и отпуск в индукционных нагревательных устройствах и другие сочетания указанных способов нагрева.
Методический нагрев, закалка в ваннах. Закалка труб в ваннах не получила большого применения и вряд ли следует ожидать развития этого способа закалки в будущем.
Прочностные и пластические показатели при закалке труб в ванне, впрочем как и при других способах закалки, в сильной степени зависят от температуры закалки и, особенно, от температуры отпуска. Температура закалочной среды также оказывает заметное, хотя и в меньшей степени, влияние на показатели механических свойств.