RU2617808C1

RU2617808C1 - Procedure for fabrication of pump-compressor pipe

Info

Publication number: RU2617808C1
Application number: RU2016103189A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Борисович Дементьев; Фердинанд Зуфарович Сабриков; Вячеслав Иванович Петренко
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-04-26

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves dimensional pipes ends heating, their hot landing on a horizontal forging machine, cooling and tempering. The pipes ends are landed in two junctions with a deformation degree at the first junction 36-42%, then the pipe end is chilled to a temperature of 900-920°C with a water-air mixture, and the second junction is made with a deformation of 10-12%.

EFFECT: providing increased mechanical properties and accuracy of pipe geometric dimensions.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления насосно-компрессорных труб из легированных конструкционных сталей.The invention relates to the field of metallurgy and petroleum engineering and can be used for the manufacture of tubing from alloy structural steels.

Известен способ изготовления насосно-компрессорной трубы, включающий высадку концов мерных труб на горизонтально-ковочной машине (ГКМ), нагрев высаженных труб в печи до 950-1050°C, закалку в воде, отпуск, теплую правку и окончательное охлаждение (SU 992601 A, C21D 9/08, 30.01.1983).A known method of manufacturing a tubing, including the landing of the ends of the measuring tubes on a horizontal forging machine (GKM), heating upset pipes in the furnace to 950-1050 ° C, quenching in water, tempering, warm dressing and final cooling (SU 992601 A, C21D 9/08, 1/30/1983).

Существенным недостатком данного способа является печной нагрев, который приводит к росту зерна из-за продолжительного нагрева, что приводит к снижению уровня механических свойств материала, а дополнительная теплая правка усложняет и удлиняет технологический процесс.A significant disadvantage of this method is furnace heating, which leads to grain growth due to prolonged heating, which leads to a decrease in the level of mechanical properties of the material, and additional warm dressing complicates and lengthens the process.

Известен способ изготовления насосно-компрессорной трубы, включающий нагрев концов труб до Ас₃+(230-360)°C, фиксацию трубы, высадку каждого конца трубы на ГКМ со степенью деформации 57,2%, нагрев под отпуск путем пропускания электрического тока по всему объему трубы с выдержкой (RU 2418078 C1, C21D 9/08, 10.05.2011).A known method of manufacturing a tubing, including heating the ends of the pipes to Ac ₃ + (230-360) ° C, fixing the pipe, upsetting each end of the pipe on the gas condensate field with a degree of deformation of 57.2%, heating under tempering by passing electric current throughout the volume of the pipe with exposure (RU 2418078 C1, C21D 9/08, 05/10/2011).

Недостатком данного способа является то, что деформацию производят за один переход, что снижает точность геометрических размеров высаженного конца трубы и отклонение оси тела трубы от высаженного конца в месте перехода, кроме того, высокая степень деформации за один переход приводит к возрастанию усилий на оборудование и быстрому износу инструмента.The disadvantage of this method is that the deformation is performed in one transition, which reduces the accuracy of the geometric dimensions of the upset end of the pipe and the deviation of the axis of the pipe body from the upset end at the transition point, in addition, a high degree of deformation in one transition leads to an increase in effort on the equipment and faster tool wear.

Наиболее близким аналогом является способ термомеханической обработки трубы, включающий нагрев концов трубы под высадку до температуры Ас3+(150-250)°C с фиксацией трубы с помощью зажима на расстоянии 500-4500 мм от высаживаемого конца трубы, высадку со степенью деформации 20-67% и отпуск при температуре 200-300°C (RU 2500821 C1, C21D 9/08, 10.12.2013).The closest analogue is a method of thermomechanical processing of a pipe, including heating the ends of the pipe under the landing to the temperature Ac3 + (150-250) ° C with fixing the pipe with a clamp at a distance of 500-4500 mm from the upset end of the pipe, a fit with a degree of deformation of 20-67% and tempering at a temperature of 200-300 ° C (RU 2500821 C1, C21D 9/08, 12/10/2013).

Данный способ имеет существенный недостаток в том, что при высокой степени деформации и переменной по длине высаживаемого конца трубы до 67% за один переход приводит к завышенным усилиям деформации и экстремальным условиям работы штампового инструмента, повышенному износу инструмента и, как следствие, преждевременному выходу из строя (поломке) штамповой оснастки.This method has a significant drawback in that, with a high degree of deformation and a variable length of the upsetting end of the pipe up to 67% per transition, it leads to excessive deformation forces and extreme working conditions of the punch tool, increased tool wear and, as a result, premature failure (breakage) of die tooling.

Задачей изобретения является получение насосно-компрессорных труб с повышенными механическими свойствами и точностью геометрических размеров.The objective of the invention is to obtain tubing with improved mechanical properties and accuracy of geometric dimensions.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления насосно-компрессорной трубы, включающем нагрев концов мерных труб, их горячую высадку на горизонтально-ковочной машине, охлаждение и отпуск, высадку концов труб ведут за два перехода со степенью деформации 36-42% на первом переходе, подстуживание высаженного конца до температуры 900-920°C водовоздушной смесью и деформацию калибровкой 10-12%, на втором переходе, отпуск производят при температуре 200-300°C.The problem is solved in that in a method of manufacturing a tubing, which includes heating the ends of the measuring tubes, their hot upsetting on a horizontal forging machine, cooling and tempering, upsetting of the ends of the pipes are carried out in two transitions with a degree of deformation of 36-42% at the first transition , stirring the planted end to a temperature of 900-920 ° C with a water-air mixture and deformation with a calibration of 10-12%, at the second transition, tempering is carried out at a temperature of 200-300 ° C.

Способ реализуют следующим образом: исходную заготовку-трубу устанавливают на стеллаж и подают в индуктор на глубину 150 мм, где нагревают до температуры ковки Ас3+100°C со скоростью нагрева более 100°C/с, затем трубу подают на горизонтально-ковочную машину в первый ручей, где осуществляют высадку с деформацией по длине конуса 36-42%. При переходе на второй ручей высаженный конец трубы охлаждают водовоздушной смесью до температуры 900-920°C. Далее производят второй переход с деформацией калибровкой 10-12%. После этого все операции повторяют для противоположного конца трубы. Готовую трубу передают на участок отпуска.The method is implemented as follows: the initial billet-pipe is installed on the rack and fed into the inductor to a depth of 150 mm, where it is heated to the forging temperature Ac3 + 100 ° C with a heating rate of more than 100 ° C / s, then the pipe is fed to a horizontal forging machine in the first stream, where landing is carried out with a deformation along the length of the cone 36-42%. When going to the second stream, the upset end of the pipe is cooled with a water-air mixture to a temperature of 900-920 ° C. Next, a second transition is performed with a deformation of 10-12% calibration. After that, all operations are repeated for the opposite end of the pipe. The finished pipe is transferred to the vacation site.

При скоростном нагреве конца трубы происходит первичная рекристаллизация с образованием мелкозернистой структуры, а горячая деформация на первом переходе увеличивает количество дислокаций. Подстуживание конца трубы после первого перехода также не позволяет развитию роста зерна, т.е. препятствует вторичной рекристаллизации при сохранении частичного наклепа. Деформация подстуженного конца трубы на втором переходе дополнительно увеличивает плотность дислокаций и обеспечивает повышенную точность высаженного конца трубы, обеспечивая требования чертежа. При данных режимах обработки насосно-компрессорной трубы из стали 30Г2Ф присутствует эффект общего измельчения (фрагментации) структуры и дисперсионное упрочнение. Фрагментация структуры достигается измельчением аустенитного зерна за счет высокотемпературной рекристаллизации, а подстуживание с последующей деформацией-калибровкой тормозит протекание вторичной рекристаллизации за счет понижения подвижности дефектов и позволяет обеспечить формирование мозаичной ферритной матрицы из аустенита при сохранении повышенной плотности дислокаций.During rapid heating of the pipe end, primary recrystallization occurs with the formation of a fine-grained structure, and hot deformation at the first transition increases the number of dislocations. Tightening the end of the pipe after the first transition also prevents the development of grain growth, i.e. prevents secondary recrystallization while maintaining partial hardening. Deformation of the tube end at the second transition further increases the density of dislocations and provides increased accuracy of the upset pipe end, ensuring the requirements of the drawing. With these processing regimes of a tubing made of steel 30G2F, there is an effect of general refinement (fragmentation) of the structure and dispersion hardening. Fragmentation of the structure is achieved by grinding austenitic grain due to high-temperature recrystallization, and reinforcement followed by deformation-calibration inhibits secondary recrystallization by reducing the mobility of defects and allows the formation of a mosaic ferrite matrix from austenite while maintaining an increased dislocation density.

При деформации на первом переходе более 42% происходит снижение точности геометрических размеров, в частности искажение оси высаженного конца трубы с ее основной осью в месте перехода от высаженной части трубы к телу трубы. При деформации менее 35% происходит неполное заполнение штампа. На втором переходе деформация-калибровка менее 10% приводит к так называемой «критической степени деформации», при которой происходит развитие процесса роста зерна по механизму слияния, что при завершении процесса приводит к очень сильному росту зерна. Увеличение степени деформации-калибровки более 12% к существенному повышению точности геометрических размеров не приводит.When deformation at the first transition is more than 42%, the accuracy of the geometric dimensions decreases, in particular, the axis of the upset end of the pipe with its main axis is distorted at the transition from the upset part of the pipe to the pipe body. When the strain is less than 35%, the stamp is incomplete. At the second transition, deformation-calibration of less than 10% leads to the so-called “critical degree of deformation”, at which the process of grain growth develops according to the fusion mechanism, which at the end of the process leads to very strong grain growth. An increase in the degree of deformation-calibration of more than 12% does not lead to a significant increase in the accuracy of geometric dimensions.

Подстуживание конца трубы после первого перехода до температуры ниже 900°C приводит к увеличению усилия деформирования и дефектам по геометрии из-за неполного заполнения ручья штампа. Подстуживание до температуры более 920°C не влияет на конечную точность геометрических размеров высаженного конца трубы.Tightening the end of the pipe after the first transition to a temperature below 900 ° C leads to an increase in the deformation force and defects in geometry due to incomplete filling of the die. Tapping to temperatures above 920 ° C does not affect the final accuracy of the geometric dimensions of the upset pipe end.

Пример осуществления способаAn example of the method

Обработке подвергают насосно-компрессорную трубу (ГОСТ 633-26) группы прочности «Д», «Е» диаметром 73 мм, внутренним диаметром 62 мм, длиной 9,2 м из стали 37Г2Ф с исходной структурой, имеющей размер зерна 9 балл. Концы трубы предварительно нагревают в индукторе до температуры ковки - 1100°C со скоростью нагрева 120-130°C/с, затем трубу подают на горизонтально-ковочную машину в первый ручей, где осуществляют высадку с деформацией по длине конуса 36-42% и формированием предварительных размеров конца трубы на длине 95 мм. При переходе на второй ручей конец трубы охлаждают водовоздушной смесью с помощью распылительной форсунки до температуры 920°C. Фиксацию температуры осуществляют пирометром и контролируют временем процесса охлаждения - 3 секунды. На втором переходе осуществляют калибровку со степенью деформации 10-12%. При этом высаженные концы трубы имеют размеры 78,6+1,0 мм (по ГОСТ 78,6+1,5 мм) с внутренним диаметром в плоскости торца трубы 62 мм, толщиной стенки 8,3 мм при длине высаженной части 95 мм. Трубу с высаженными концами подвергают отпуску при температуре 300°C прохождением через индуктор со скоростью нагрева 120°C/с (выдержка при температуре нагрева составляет ~1,5 мин).The tubing (GOST 633-26) of the strength group “D”, “E” with a diameter of 73 mm, an inner diameter of 62 mm, a length of 9.2 m from steel 37G2F with an initial structure having a grain size of 9 points is subjected to treatment. The ends of the pipe are preheated in the inductor to a forging temperature of 1100 ° C with a heating rate of 120-130 ° C / s, then the pipe is fed to a horizontal forging machine in the first stream, where it is upset with deformation along the length of the cone 36-42% and forming preliminary dimensions of the end of the pipe over a length of 95 mm. When going to the second stream, the end of the pipe is cooled with a water-air mixture using a spray nozzle to a temperature of 920 ° C. The temperature is fixed with a pyrometer and the cooling process is monitored for 3 seconds. At the second transition, calibration is carried out with a degree of deformation of 10-12%. In this case, the upset ends of the pipe have dimensions of 78.6 + 1.0 mm (according to GOST 78.6 + 1.5 mm) with an inner diameter in the plane of the end of the pipe of 62 mm, a wall thickness of 8.3 mm and a length of upset of 95 mm. The pipe with upset ends is tempered at a temperature of 300 ° C by passing through an inductor with a heating rate of 120 ° C / s (holding at a heating temperature is ~ 1.5 min).

Готовые трубы с высаженными концами контролируют по геометрическим размерам и дефектам поверхности. При этом точность высаженных концов труб по диаметру составила 78,6+1,0 мм. Кривизна за переходным участком высадки на длине 150 мм составила ~0,7 мм, а общая кривизна (стрела прогиба), измеряемая на середине трубы, 4,3 мм, что менее 1/2000 длины трубы.Finished pipes with upset ends are controlled by geometric dimensions and surface defects. At the same time, the accuracy of the upset pipe ends in diameter was 78.6 + 1.0 mm. The curvature behind the transition section of the landing at a length of 150 mm was ~ 0.7 mm, and the total curvature (deflection arrow), measured in the middle of the pipe, was 4.3 mm, which is less than 1/2000 of the pipe length.

Оценка качества механических свойств и микроструктуры приведены в таблице.Quality assessment of mechanical properties and microstructure are given in the table.

Claims

A method of manufacturing tubing, including heating the ends of the measured pipes to the forging temperature, their hot upsetting on a horizontal forging machine, cooling and tempering, characterized in that the upsetting of the ends of the pipes is carried out in two transitions with a degree of deformation at the first transition of 36-42% at a heating temperature for forging, then the end of the pipe is bent to a temperature of 900-920 ° C with a water-air mixture and a second transition is made with a degree of deformation of 10-12%.