Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ИЗНОСОСТОЙКАЯ ТРУБА И СПОСОБ ЕЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ - Патент РФ 2049124
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ИЗНОСОСТОЙКАЯ ТРУБА И СПОСОБ ЕЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ИЗНОСОСТОЙКАЯ ТРУБА И СПОСОБ ЕЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ИЗНОСОСТОЙКАЯ ТРУБА И СПОСОБ ЕЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к металлургии, а именно к производству труб из низкоуглеродистых стадий. Сущность изобретения: износостойкая труба содержит внутренний износостойкий слой со структурой ледебурита, внешний коррозийно-стойкий слой из феррита и слой из низкоуглеродистой стали, расположенный в сердцевине стенки трубы между слоем с монотонно возрастающим в слое из феррита до величины в слое из низкоуглеродистой стали и слоем с монотонно возрастающим в направлении от сердцевины твердостью и содержанием углерода в интервале от величины твердости и содержания углерода в слое из низкоуглеродистой стали до их величины в слое со структурой ледебурита, причем толщина внешнего слоя из феррита и толщина внутреннего слоя со структурой ледебурита с твердостью не менее 50 HRC составляет 0,01 0,1 толщины стенки трубы. Для получения такой трубы ее внутреннюю поверхность нагревают токами высокой частоты в углеродосодержащей среде с помощью наружного кольцевого индуктора и вращают вокруг ее продольной оси, причем трубу разогревают до достижения на внешней поверхности температуры не менее, чем на 100°С ниже температуры плавления стали, из которой изготовлена труба, а на внутренней в пределах +50 (-70)°С от температуры плавления ледебурита, нагрев внутренней поверхности проводят в жидкой углеродосодержащей среде, при этом среднюю температуру среды внутри трубы поддерживают на таком уровне, при котором на внутренней поверхности трубы образуется непрерывный пароуглеродсодержащий слой, а выдержку ведут в течение времени, достаточного для образования на внутренней поверхности трубы слоя с ледебуритной структурой толщиной 0,01 0,1 толщины стенки. Скорость вращения трубы выбирают в пределах где n скорость вращения, об/мин; D наружный диаметр трубы, мм. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил. 5 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2049124
Класс(ы) патента: C21D9/08, C23C8/22
Номер заявки: 92001728/02
Дата подачи заявки: 20.10.1992
Дата публикации: 27.11.1995
Заявитель(и): Ветер В.В.; Самойлов М.И.
Автор(ы): Ветер В.В.; Самойлов М.И.
Патентообладатель(и): Ветер Владимир Владимирович
Описание изобретения: Изобретение относится к производству труб, в частности труб из низкоуглеродистых сталей, и может быть использовано во всех отраслях техники, где требуется сочетание износостойкости трубы и ее способности выдерживать механические и термодинамические деформации.
Трубы из низкоуглеродистых сталей используются практически во всех отраслях техники, так как они хорошо поддаются механической обработке и сравнительно дешевы. Существенный их недостаток низкие износостойкость и коррозиеустойчивость устраняются нанесением защитных покрытий лакокрасочных, пластмассовых, эмалированных, керамических, металлических. Нанесение защитных покрытий известными способами в значительной степени удорожает стоимость изготовления труб и зачастую не приводит к нужным результатам. Так, лакокрасочные покрытия не обладают нужной износостойкостью, эмалированные и керамические очень дорого стоят и не выдерживают механических деформаций, покрытия из пластмассы критичны к высоким температурам, а технологические процессы их производства и нанесения токсичны. Наиболее широкое применение нашли трубы с металлическими защитными покрытиями, и прежде всего оцинкованные.
Общий недостаток труб с описанными защитными покрытиями низкая стойкость к механическим и термодинамическим деформациям, так как при гибке труб, при ударах во время транспортировки или кантования, при термодинамических деформациях защитные покрытия разрушаются.
Известна труба с цинковым покрытием, на которое нанесено вязкое коррозийно-устойчивое покрытие (Бакалюк Я.Х. Проскурин Е.В. Трубы с металлическими противокоррозионными покрытиями. М. Металлургия, 1985, с.36). Полихлорвинил нанесен на наружную поверхность оцинкованной трубы методом наплавки. Такая труба может подвергаться гибке без нарушения покрытия, кроме того в случае повреждения трубы (например, царапины) не происходит распространение коррозии под поверхностью покрытия.
Стоимость изготовления этой трубы очень высока (в 5-10 раз дороже стоимости заготовки), отсутствие защиты внутренней поверхности от механических повреждений не позволяет считать такую трубу износостойкой.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является износостойкая труба из низкоуглеродистой стали с внутренним износостойким слоем с ледебуритной структурой.
Недостаток такой трубы низкая коррозиестойкость, так как наружная поверхность трубы не имеет защитного покрытия. Кроме того, из-за разной толщины внутреннего слоя по периметру эта труба имеет низкую стойкость к термодинамическим деформациям.
Цель изобретения повышение устойчивости трубы к термодинамическим деформациям и повышение коррозиестойкости.
Цель достигается тем, что износостойкая труба, содержащая внутренний износостойкий слой со структурой ледебурита и слой из низкоуглеродистой стали, дополнительно содержит внешний коррозиестойкий слой из феррита, а слой из низкоуглеродистой стали расположен в сердцевине стенки трубы между слоем с монотонно возрастающим в направлении к сердцевине содержанием углерода от величины в слое из феррита до величины в слое из низкоуглеродистой стали и слоем с монотонно возрастающими в направлении от сердцевины твердостью и содержанием углерода в интервале от величины твердости и содержания углерода в слое из низкоуглеродистой стали до их величины в слое со структурой ледебурита, причем толщина внешнего слоя из феррита и толщина внутреннего слоя со структурой ледебурита с твердостью не менее 50 НRC составляют 0,01-0,1 толщины стенки трубы.
Предлагаемая износостойкая труба изготавливается путем химико-термической обработки из цельнотянутых или сварных труб из низкоуглеродистых сталей.
Известен способ химико-термической обработки (авт.св. СССР N 298698, кл. С 23 С 9/00, С 21 D 7/14, 1971), по которому стальную заготовку нагревают в углеродосодержащей среде токами высокой частоты до оплавления поверхностного слоя в течение времени, необходимого для образования упрочненного слоя, имеющего ледебуритную структуру, а затем на стадии охлаждения обкатывают роликами для поверхностного упрочнения и улучшения геометрии. Этот способ не может быть использован полностью при изготовлении износостойкой трубы, так как не позволяет получить внутренний износостойкий слой.
Известен способ химико-термической обработки, по которому стальную заготовку с внутренней цилиндрической поверхностью вращают вокруг продольной оси цилиндрической поверхности со скоростью 3000-3500 об/мин, а внутреннюю поверхность разогревают токами высокой частоты в углеродосодержащей среде до температуры оплавления. Этот способ также не может быть использован при изготовлении износостойкой трубы, так как не позволяет полу-чить внутренний износостойкий слой с нужной твердостью и содержанием углерода, и наружный коррозиеустойчивый слой.
Цель изобретения обеспечение возможности изготовления износостойкой трубы с повышенной коррозиеустойчивостью и устойчивостью к механическим и термодинамическим деформациям.
Кроме того, предлагаемый способ имеет более низкие энергозатраты.
Цель достигается тем, что в способе химико-термической обработки трубы, включающем нагрев ее внутренней поверхности токами высокой частоты в углеродосодержащей среде с помощью наружного кольцевого индуктора и вращение трубы вокруг ее продольной оси, трубу разогревают до достижения на внешней поверхности трубы температуры не менее чем на 100оС ниже температуры плавления стали, из которой изготовлена труба, а на внутренней в пределах +50-(-70)оС от температуры плавления ледебурита, нагрев внутренней поверхности проводят в жидкой углеродосодержащей среде, при этом среднюю температуру среды внутри трубы поддерживают на таком уровне, при котором на внутренней поверхности трубы образуется непрерывный пароуглеродосодержащий слой, а выдержку ведут в течение времени, достаточного для образования на внутренней поверхности трубы слоя с ледебуритной структурой толщиной 0,01-0,1 толщины стенки трубы.
Скорость вращения трубы выбирается равной n (0,5-12)х103х1/, где n скорость вращения, об/мин; D наружный диаметр трубы, мм.
На фиг. 1 изображена конструкция износостойкой трубы; на фиг.2 структурная схема устройства для изготовления износостойкой трубы по предлагаемому способу.
Износостойкая труба содержит внешний слой 1 из феррита, слой 2 из низкоуглеродистой стали, внутренний слой 3 из ледебурита, слой 4 с монотонно возрастающим в направлении к сердцевине содержанием углерода от величины содержания углерода в слое 1 до содержания углерода в слое 2, слой 5 с монотонно возрастающими в направлении от сердцевины твердостью и содержанием углерода от величины твердости и содержания углерода в слое 2 до величины твердости и содержания углерода в слое 3. Толщина слоя 1 и слоя 3 зависит от толщины стенок трубы и от условий эксплуатации и составляет 0,01-0,1 толщины стенки трубы. Выполнение внешнего слоя из феррита повышает коррозиеустойчивость износостойкой трубы в 5-8 раз. Слой 5 играет демпфирующую роль при механических деформациях типа изгиб и при термодинамических деформациях. Износостойкая труба с внутренним слоем из ледебурита и наружным слоем из феррита имеет коэффициент растяжения до 1,3 без разрушения внутреннего слоя.
Труба описанной конструкции изготавливается путем химико-термической обработки стальной цельнотянутой или сварной заготовки.
На фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 заготовка трубы; 2 индуктор; 3 генератор тока высокой частоты; 4 привод горизонтального перемещения индуктора, включающий двигатель; 5 и 6 редуктор; 7 вал; 8 суппорт; 9 привод вращения трубы, включающий двигатель; 10 и 11 редуктор; 12 вращающиеся полые захваты; 13 система подвода жидкой углеродоводородной среды, включающая муфты 14; 15 охладитель; 16 насос; 17 накопительный бак; 18 вентилятор отсоса газов; 19 вентиль.
Заготовка трубы 1 вставляется в захваты 12 привода 9 вращения трубы, на заготовку надевается круговой индуктор 2, соединенный с генератором 3 тока высокой частоты. Генератор 3 установлен на суппорте 8 привода 4 горизонтального перемещения индуктора 2. Через заготовку 1, через полые захваты 12, муфту 14 из накопительного бака 17 подается углеродоводородосодержащая жидкость. Одновременно с включением индуктора 2 включается привод 4 вращения заготовки 1. Заготовка 1 вращается с заданной скоростью, нагревается индуктором 2, который перемещается вдоль заготовки 1 со скоростью, обеспечивающей нагрев заготовки 1 до заданной величины. Углеродоводородосодержащая жидкость вытекает из заготовки 1 в охладитель 15, откуда откачивается насосом 16 в накопительный бак 17. Температура жидкости внутри трубы поддерживается постоянной за счет регулирования скорости истекания охлажденной жидкости из накопительного бака 17 с помощью вентиля 19.
Сущность протекающих процессов заключается в следующем. При нагреве токами высокой частоты с помощью наружного кольцевого индуктора нагреваются внешняя и внутренняя поверхности заготовки трубы. При соприкосновении с внутренней поверхностью углеродоводородосодержащей жидкости происходит термическое разложение ее компонентов с образованием активных атомов углерода и водорода.
Так, при смеси углеродоводородов различного состава можно предполагать, что на внутренней поверхности заготовки образуется парогазовая рубашка, содержащая CH4, Co, CO2, C, H2, H2O, а на поверхности металла происходят реакции
CH Fe(C)+H2;
CO Fe(C)+CO2;
CO+H Fe(C)+H2O;
CO2+H Fe(C)+H2O
В результате этих реакций происходит лавинообразное насыщение поверхностного слоя внутренней стороны трубы углеродом с образованием ледебуритной структуры. Атомы водорода проходят через толщину стенки, адсорбируются на внешней поверхности трубы и удеpживаются там магнитным полем индуктора. В поверхностных слоях на внешней стенке трубы атомы углерода соединяются с водородом с образованием газообразных их соединений типа СН, СН2, СН3, которые выделяются из металла и удаляются отсосом. Происходит отжиг в водородной среде, в результате которого в поверхностных слоях внешней стенки трубы содержание углерода снижается ниже значений 0,06% а структура металла из перлитно-ферритной преобразуется в ферритную.
Феррит отличается повышенной коррозиеустойчивостью.
Монолитность внешнего ферритного слоя и внутреннего слоя с ледебуритной структурой зависит от стабильности парогазовой рубашки у внутренней поверхности трубы. При ее разрывах в результате кипения жидкости или из-за низкой температуры охлаждения снижаются прочностные характеристики внутреннего слоя и антикоррозийные внешнего.
Качество поверхности трубы после химико-термической обработки зависит от скорости вращения заготовки. При малой скорости вращения возрастает волнистость внутренней поверхности трубы из-за неравномерного растекания расплавленного металла. При высокой скорости вращения ухудшаются характеристики внешней поверхности из-за разрушения водородной среды и из-за срыва с поверхности расплавленного металла.
Экспериментально было установлено, что геометрические размеры не ухудшаются при скорости вращения, лежащей в пределах n (0,5-12)х 103 х 1/, об/мин, где D средний диаметр трубы, мм.
По предлагаемому способу были изготовлены и испытаны несколько образцов износостойких труб с внутренним диаметром 27 мм при толщине стенки 2,5 мм и внутренним диаметром 76 мм при толщине стенки 4 мм. Материал заготовки Ст.3 для трубы диаметром 27 мм и Ст.8 для трубы диаметром 76 мм. Нагрев осуществлялся с помощью установки ИЗГ-200-8. Потребляемая мощность для обработки трубы диаметром 27 мм составила в среднем 25 кВт, для трубы диаметром 76 мм 55 кВт.
Результаты испытаний приведены в табл.1-5.
Из приведенных в табл.1-5 данных можно сделать следующие выводы: факторами, влияющими на качество ледебуритного слоя, являются температура обработки, скорость вращения образца, температура электролита. Для трубы диаметром 76 мм оптимальными будут температура нагрева поверхности 1150оС, скорость вращения 1100 об/мин, температура электролита 40оС. Для получения коррозиеустойчивого ферритного слоя на внешней поверхности трубы температура нагрева внутреннего слоя должна составлять +50-(-70)оС от температуры плавления ледебурита.
Себестоимость изготовления износостойкой трубы с использованием предлагаемой химико-термической обработки ниже себестоимости изготовления трубы по способу-прототипу, так как скорость насыщения углерода внутреннего слоя по предлагаемому способу на порядок выше и не требуется подготовка трубы к обработке (зачистка от окалины, ржавчины).
Обработанная по предлагаемому способу труба имеет повышенную коррозиестойкость, не боится ударных нагрузок, устойчива к механическим деформациям типа изгиб и термодинамическим деформациям.
Формула изобретения: 1. Износостойкая труба, содержащая внутренний износостойкий слой со структурой ледебурита и слой из низкоуглеродистой стали, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит внешний коррозионно-стойкий слой из феррита, а слой из низкоуглеродистой стали расположен в сердцевине стенки трубы между слоем с монотонно возрастающим в направлении к сердцевине содержанием углерода от величины в слое из феррита до величины в слое из низкоуглеродистой стали и слоем с монотонно возрастающими в направлении от сердцевины твердостью и содержанием углерода в интервале от величины твердости и содержания углерода в слое из низкоуглеродистой стали до их величины в слое со структурой ледебурита, причем толщина внешнего слоя из феррита и толщина внутреннего слоя со структурой ледебурита с твердостью не менее 50 HRC составляют 0,01-0,1 толщины стенки трубы.
2. Способ химико-термической обработки износостойкой трубы, включающий нагрев ее внутренней поверхности токами высокой частоты в углеродсодержащей среде с помощью наружного кольцевого индуктора и вращение трубы вокруг ее продольной оси, отличающийся тем, что трубу разогревают до достижения на внешней поверхности трубы температуры не менее чем на 100oС ниже температуры плавления стали, из которой изготовлена труба, а на внутренней в пределах +50. -70oС от температуры плавления ледебурита, нагрев внутренней поверхности проводят в жидкой углеродсодержащей среде, при этом среднюю температуру среды внутри трубы поддерживают на таком уровне, при котором на внутренней поверхности трубы образуется непрерывный пароуглеродсодержащий слой, а выдержку ведут в течение времени, достаточного для образования на внутренней поверхности трубы слоя с ледебуритной структурой толщиной 0,01-0,1 толщины стенки.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что скорость вращения трубы выбирают в пределах

где n скорость вращения, об/мин;
D наружный диаметр трубы, мм.