RU2164548C1

RU2164548C1 - Tube making method

Info

Publication number: RU2164548C1
Application number: RU2000100401/02A
Authority: RU
Inventors: В.В. Яковлев; А.М. Козловский; В.Р. Федорин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Урал ЛУКтрубмаш"
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: manufacture of tubes subjected to thermochemical treatment, possibly tubes operating in conditions of sign-variable bending load by inner pressure, for example manufacture of coiled tubes for oil production. SUBSTANCE: method for making, mainly elongated tubes in coils comprises steps of heating tubes and coiling them in gaseous medium; decarburizing outer surface of tubes at heating process and subjecting inner surface of tubes to strengthening by thermochemical treatment. EFFECT: enhanced operational characteristics of tubes due to improved ductility of their outer layer and increased strength of their inner layer.

Description

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. The invention relates to the production of pipes subjected to chemical-heat treatment, and can be used in the manufacture of pipes operating under alternating loads when bending with internal pressure, in particular oil pipes in riots.

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.A known method of manufacturing steel products, in particular pipes (US Pat. RF N 2107745, C 23 C 8/32, 1998, BI N 9), including heating the products to an austenitic state in a mixture of carburizing and nitriding gases with exposure at this temperature and cooling. The products are cooled at a speed that prevents the decomposition of austenite to a temperature of 500-600 ^o C. Further chemical-thermal treatment (in particular, cyanidation) is carried out during isothermal phase transformation of austenite.

Недостатком данного способа является то, что при осуществляемой химико-термической обработке труб упрочнению подвергаются как внутренняя, так и наружная поверхности. The disadvantage of this method is that when carried out chemical-heat treatment of pipes, both internal and external surfaces are subjected to hardening.

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. Hardening of the outer surface during multi-cycle alternating bending of the pipe leads to destruction of the upper layer and subsequently the entire pipe wall, which is not applicable for pipes operating with multi-cyclic bending, for example, oil pipe bundles.

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. A known method of hardening pipes, mainly the inner surface of high-temperature cementation (a. S. USSR N 1172294, C 23 C 9/00, 11/10, 11/12, 1985). According to the invention, the pipe cavity is filled with a carbon-containing gaseous mixture, heated to a predetermined temperature with continuous rotation of the pipe. After the cementation of the inner surface, hardening is performed. After cooling, the mechanical properties of the outer layer of the pipe remain unchanged, compared with the original ones, or slightly change due to the sticking of the material. The disadvantage of this method is that with multiple alternating bending on the outer surface of the pipe as a result of the alternating action of tensile and compressive stresses, cracks form, leading to destruction of the pipe.

Внутренний слой, имеющий литую высокоуглеродистую структуру, также склонен к разрушению при многоцикличном изгибе. The inner layer, which has a cast high-carbon structure, is also prone to fracture during multicyclic bending.

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). The closest technical solution adopted for the prototype is a method of winding obtained by rolling tapes, wire or pipes, which is carried out inside a chamber filled with a gas-deoxidizing agent (French application N 2238540, B 21 C 47/00, 43/00, publ. 1975).

Однако данный способ не обеспечивает оптимального распределения механических свойств по сечению трубы, а следовательно, их эксплуатационных характеристик в условиях многоцикличного изгиба. However, this method does not provide an optimal distribution of mechanical properties over the cross section of the pipe, and therefore, their operational characteristics under conditions of multicyclic bending.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эксплуатационных характеристик трубы за счет повышения пластичности наружного слоя и прочности внутреннего. The technical problem solved by the invention is to increase the operational characteristics of the pipe by increasing the ductility of the outer layer and the strength of the inner.

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. The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing pipes, mainly long ones in riots, including heating pipes and winding in riots in a gas environment, according to the invention, the outer surface of the pipes is decarburized during heating and the inner surface is hardened by chemical-thermal treatment .

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. The invention consists in the following. In the process of heating a pipe, for example, when rewinding it from drum to drum, two different physicochemical processes are carried out: gas chemical-thermal treatment of the inner surface of the pipe, leading to an increase in its strength, and gas treatment of the outer surface, increasing its ductility by reducing the content carbon - decarburization. The achieved distribution of the mechanical properties of the material over the cross section of the pipe provides an optimal condition for its operation with repeated bending and internal pressure. It is under such a load that the oilfield long riot pipe works during the repair and operation of wells. With alternating bending, the outer surface of the pipe takes the greatest load (Yu.M. Matveev, M.Ya. Krichevsky. Finishing pipes. M., 1954, p. 56-67). High ductility of the outer surface provides increased endurance during unwinding - winding of the pipe during operation in wells. Resistance to internal pressure that occurs when pumping fluid is perceived mainly by the inner layers of the pipe (N.M. Belyaev. Resistance of materials. M., 1976, p. 418- 427). An increase in their mechanical properties due to chemical-thermal treatment reduces the tendency to pipe destruction from the inside.

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.The proposed method is as follows. An electric-welded pipe 38 x 3 mm in size made of steel of grade St2, GOST 380-88, is heated during rewinding from drum to drum in a specified area using an inductor placed in a special chamber. The heating temperature is 850-950 ^o C. Inside the chamber serves decarburizing a mixture of gases CO ₂ + H ₂ O (steam). With a pipe moving speed of 3.5-4.0 m / min, the depth of decarburization reaches a value of 0.2-0.25 mm. At the same time, a mixture of carburizing and cementing gases, such as light gas and ammonia, is fed into the pipe through its end fixed in the drum. The depth of the cyanide layer under these conditions reaches 0.18-0.20 mm, which provides an increase in the strength characteristics of the inner surface of the pipes by 1.3-1.35 times. In the process of chemical-thermal treatment, the pipe is wound on a drum with a diameter of 1800 mm, subjected to cooling with water. Pipe length in revolt 2500 m.

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. Studies conducted on pipes with a size of 38 x 3 mm made of steel grade St2, GOST 380-88, showed that at an internal pressure of 10 MPa, pipes made by known technology withstood 210 double cycles with alternating bending; according to the claimed method - 295 cycles.

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. The proposed method of manufacturing pipes can improve the performance of pipes under alternating load and internal pressure. The method can be widely used in the oil industry, in particular for underground repair of wells, their washing, etc.

Claims

A method of manufacturing pipes, including heating pipes and winding in riots in a gaseous medium, characterized in that the heating is carried out in the process of winding the pipe, simultaneously decarburizing the outer surface of the pipe and hardening the inner surface of the pipe by chemical-thermal treatment.