RU2785211C1 - Method for applying thermodiffusion zinc coating onto steel pipes and steel pipe with said coating - Google Patents
Method for applying thermodiffusion zinc coating onto steel pipes and steel pipe with said coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785211C1 RU2785211C1 RU2022109894A RU2022109894A RU2785211C1 RU 2785211 C1 RU2785211 C1 RU 2785211C1 RU 2022109894 A RU2022109894 A RU 2022109894A RU 2022109894 A RU2022109894 A RU 2022109894A RU 2785211 C1 RU2785211 C1 RU 2785211C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- container
- coating
- zinc
- thermal diffusion
- Prior art date
Links
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000003213 activating Effects 0.000 claims abstract description 7
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 46
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 12
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 7
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 5
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 5
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M Lithium chloride Chemical class [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Chemical compound O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 3
- 150000003842 bromide salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004694 iodide salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003871 sulfonates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 claims 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 8
- 230000001808 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 3
- 229910001884 aluminium oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000789 fastener Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 6
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 6
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N Carbon tetrachloride Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N Hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 4
- -1 iron-zinc Chemical compound 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 230000001603 reducing Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102200144556 CALCRL F16L Human genes 0.000 description 2
- 101710008019 F16L Proteins 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L Zinc chloride Chemical class [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 2
- 206010001488 Aggression Diseases 0.000 description 1
- YITXHLOAVQSCKC-UHFFFAOYSA-N N(CCO)(CCO)CCO.[O-2].[Al+3].[O-2].[O-2].[Al+3] Chemical compound N(CCO)(CCO)CCO.[O-2].[Al+3].[O-2].[O-2].[Al+3] YITXHLOAVQSCKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FGFWTUNWGQWDDJ-UHFFFAOYSA-N N,N-diethylethanamine;urea Chemical compound NC(N)=O.CCN(CC)CC FGFWTUNWGQWDDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- VNICJHGMMYPVLC-UHFFFAOYSA-K aluminum;N,N-diethylethanamine;trichloride Chemical compound [Al+3].[Cl-].[Cl-].[Cl-].CCN(CC)CC VNICJHGMMYPVLC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к технологии нанесения защитных антикоррозионных покрытий, и может быть использовано для нанесения термодиффузионных покрытий на основе цинка (ТДЦ покрытий) на детали разной формы, например, на стальные трубы нефтепромыслового сортамента, муфты, крепежные и иные изделия.The invention relates to the chemical-thermal treatment of metal products, in particular to the technology of applying protective anti-corrosion coatings, and can be used for applying thermal diffusion coatings based on zinc (TDC coatings) on parts of various shapes, for example, on oilfield steel pipes, couplings, fasteners and other products.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известны различные варианты технологии нанесения термодиффузионных цинковый покрытий на стальные изделия, при этом проблемой является возможность обеспечения равномерного плотного покрытия на изделиях сложной формы, например, на внутренней поверхности длинномерных труб.From the prior art, various options for the technology of applying thermal diffusion zinc coatings on steel products are known, while the problem is the possibility of providing a uniform dense coating on products of complex shape, for example, on the inner surface of long pipes.
Из описания патента РФ на изобретение RU2500833, МПК: C23C 10/36, опубликованного 10.12.2013, известен способ нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия в том числе на трубы, путем их термодиффузионного цинкования. Способ включает в себя загрузку изделий в герметичный контейнер, размещенный в муфельной печи, загрузку насыщающей смеси, содержащей порошок цинка и инертного наполнителя, перемешивание смеси и изделий, заполнение контейнера инертным газом и нагрев до температуры 350-450°С в течение времени, достаточного для диффузии паров цинка на поверхность обрабатываемых изделий с образованием защитного слоя заданной величины. При этом обрабатываемые детали размещают в контейнере регулярным образом с использованием оснастки с опорными поверхностями, а порошковая насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10. При этом насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, а ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей.From the description of the Russian patent for the invention RU2500833, IPC: C23C 10/36, published on December 10, 2013, a method of applying an anti-corrosion coating on metal products, including pipes, is known by their thermal diffusion galvanizing. The method includes loading products into a sealed container placed in a muffle furnace, loading a saturating mixture containing zinc powder and an inert filler, mixing the mixture and products, filling the container with an inert gas and heating to a temperature of 350-450°C for a time sufficient to diffusion of zinc vapors on the surface of workpieces with the formation of a protective layer of a given size. At the same time, the workpieces are placed in a container in a regular manner using equipment with supporting surfaces, and the powder saturating mixture contains zinc crystals with a purity of 0.97-0.99% of an acicular shape with an effective surface area coefficient of 10. At the same time, the saturating mixture has a granulometric composition in the range 3-7 microns, and its mass is 1-4% of the mass of the workpieces or 130-140% of the mass of the required coating on the surface of the workpieces.
Недостатком данного способа является сложность получения равномерного слоя покрытия на внутренней стороне изделий типа длинномерных труб.The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining a uniform coating layer on the inside of products such as long pipes.
Из описания патента РФ на изобретение RU2180018, МПК: C23C 10/28, C23C 30/00, опубликованного 27.02.2002, известен «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ», включающий активирование порошковой смеси хлоридом аммония при возможности использовании порошка цинка микронного размера с частицами шарообразной формы, чешуйчатой формы или вытянутой продолговатой формы. From the description of the RF patent for the invention RU2180018, IPC: C23C 10/28, C23C 30/00, published on February 27, 2002, a “METHOD FOR MANUFACTURING POWDER MIXTURE FOR THERMAL DIFFUSION ZINCING” is known, including activation of the powder mixture with ammonium chloride, with the possibility of using micron-sized zinc powder with particles of spherical shape, scaly shape or elongated oblong shape.
Использование порошковой смеси данного состава не обеспечивает получения плотного равномерного покрытия достаточной толщины для антикоррозионной защиты стальных труб нефтепромыслового сортамента.The use of a powder mixture of this composition does not provide a dense uniform coating of sufficient thickness for corrosion protection of oilfield steel pipes.
Также известен технологический прием по созданию в герметичном контейнере для диффузионного цинкования газовой реакционной среды, путем введения в порошковую смесь активатора, разлагающегося при нагреве на активные газы. Например, из описания патента РФ на изобретение RU2539888, МПК: C23C 10/36, опубликованного 27.01.2015, известен «СПОСОБ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ», включающий подготовку состава порошковой смеси для термодиффузионного цинкования, содержащей порошок цинка, инертный наполнитель и активатор, и обработку в упомянутом составе стальных изделий путем нагрева до температуры 420оС. В состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования вводят (вес.%): 25-75% порошка цинка и 75-25% инертного наполнителя, а в качестве активатора вводят 0,5-0,8% тетрахлорметана от весового содержания порошка цинка. В данном способе достигается повышение насыщающей способности порошковой смеси путем замены ранее применявшегося хлористого аммония на более эффективный активатор - тетрахлорметан. При нагреве указанный активатор разлагается на углерод и хлор. Углерод в дальнейшем вступает в реакцию с кислородом атмосферы и восстанавливает оксиды на поверхности стальных деталей. Атомы свободного хлора реагируют с цинком, образуя летучие хлориды цинка, которые затем вступают в обменные реакции, в результате которых цинк из летучих соединений переходит в состав покрытия на поверхности деталей. За счет этого появляется возможность получения покрытий заданной толщины на труднодоступных поверхностях деталей.Also known is a technological method for creating a gas reaction medium in a sealed container for diffusion galvanizing by introducing an activator into the powder mixture, which decomposes into active gases when heated. For example, from the description of the patent of the Russian Federation for the invention RU2539888, IPC: C23C 10/36, published on 01/27/2015, the "METHOD OF THERMAL DIFFUSION ZINCING OF STEEL PRODUCTS" is known, including the preparation of the composition of the powder mixture for thermal diffusion galvanizing containing zinc powder, an inert filler and an activator, and processing in the mentioned composition of steel products by heating to a temperature of 420 ° C. The composition of the powder mixture for thermal diffusion galvanizing is introduced (wt%): 25-75% zinc powder and 75-25% inert filler, and 0.5 -0.8% carbon tetrachloride based on the weight content of zinc powder. In this method, an increase in the saturating ability of the powder mixture is achieved by replacing the previously used ammonium chloride with a more effective activator - carbon tetrachloride. When heated, said activator decomposes into carbon and chlorine. Carbon further reacts with atmospheric oxygen and reduces oxides on the surface of steel parts. Free chlorine atoms react with zinc, forming volatile zinc chlorides, which then enter into exchange reactions, as a result of which zinc from volatile compounds passes into the composition of the coating on the surface of parts. Due to this, it becomes possible to obtain coatings of a given thickness on hard-to-reach surfaces of parts.
Недостатком данного способа является высокая химическая агрессивность свободного хлора, который выделяется при термическом разложении тетрахлорметана и вызывает быстрый износ оборудования. The disadvantage of this method is the high chemical aggressiveness of free chlorine, which is released during the thermal decomposition of carbon tetrachloride and causes rapid wear of the equipment.
Из описания патента РФ на полезную модель RU 27664, МПК F16L 15/08 опубликованного 10.02.2003, известна труба насосно-компрессорной или буровой колонны, содержащая соединительную муфту и переходник на резьбовых концах, которая характеризуется тем, что на резьбовых поверхностях муфты и переходника выполнено диффузионное порошковое цинковое покрытие толщиной 25+5 -10 мкм.From the description of the patent of the Russian Federation for utility model RU 27664, IPC F16L 15/08 published on February 10, 2003, a tubing or drilling string pipe is known, containing a coupling and an adapter at the threaded ends, which is characterized by the fact that on the threaded surfaces of the coupling and the adapter is made diffusion powder zinc coating with a thickness of 25 +5 -10 microns.
Недостатком известного технического решения является, то что диффузионное порошковое цинковое покрытие наносят только на муфту, а длинномерная труба насосно-компрессорной колонны защитного покрытия не имеет. С учетом того, что цинковое покрытие относится к протекторному типу – т. е. защищает основной металл от коррозии за счет собственного растворения, это означает, что, находясь в контакте со стальной поверхностью, цинк образует гальванопару, в которой служит жертвенным анодом. Поэтому компоновка колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с чередованием труб с поверхностью из разных материалов нежелательна. В представленном случае имеется чередование стальной и оцинкованной поверхности трубы, что неизбежно приведет к тому, что на границе контакта разнородных металлов начнется ускоренное растворение цинка и будет развиваться коррозионный процесс.The disadvantage of the known technical solution is that the diffusion zinc powder coating is applied only to the coupling, and the long pipe of the tubing string has no protective coating. Taking into account the fact that the zinc coating belongs to the tread type - that is, it protects the base metal from corrosion due to its own dissolution, this means that, being in contact with the steel surface, zinc forms a galvanic couple, in which it serves as a sacrificial anode. Therefore, the layout of the tubing string (tubing) with alternating pipes with a surface of different materials is undesirable. In the presented case, there is an alternation of the steel and galvanized pipe surface, which will inevitably lead to the fact that accelerated dissolution of zinc will begin at the contact boundary of dissimilar metals and the corrosion process will develop.
Из описания изобретение по патенту RU2284368, МПК: C23C 10/52, F16L 58/08, известен способ создания защитного диффузионного покрытия наружной и внутренней поверхности трубы и ее резьбовых участков, а также насосно-компрессорная труба (НКТ), полученная этим способом. В описании патента речь идет о трубах нефтяного сортамента, а именно о насосно-компрессорных трубах диаметром 60-114 мм и обсадных трубах диаметром 114-508 мм. Способ включает в себя обработку резьбовых участков и примыкающих к ним поверхностей трубы путем изотермической выдержки в диффузионной смеси, содержащей металлический порошок и порошок инертного наполнителя, после чего проводят охлаждение на воздухе. В данном способе используют диффузионную смесь, содержащую металлический порошок, состоящий из смеси порошков цинка, меди и алюминия зернистостью 0,1-0,5 мм, при следующем содержании компонентов в диффузионной смеси, (мас.%): цинк 25-40, медь 0,045-0,075, алюминий 0,175-0,225, инертный наполнитель – остальное. Изотермическую выдержку проводят в течение 1,0-3,0 ч при температуре 440±10°С с получением защитного покрытия толщиной 30-80 мкм, содержащего следующие компоненты, (мас.%): железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-0,6, алюминий 0,2-0,3, при этом покрытие имеет микротвердость, определенную по методу восстановленного отпечатка четырехгранной пирамиды в пределах 4500-5250 МПа.From the description of the invention according to patent RU2284368, IPC: C23C 10/52, F16L 58/08, a method is known for creating a protective diffusion coating of the outer and inner surface of the pipe and its threaded sections, as well as tubing (tubing) obtained by this method. The description of the patent refers to oil country pipes, namely tubing with a diameter of 60-114 mm and casing pipes with a diameter of 114-508 mm. The method includes processing the threaded sections and adjacent surfaces of the pipe by isothermal soaking in a diffusion mixture containing metal powder and inert filler powder, after which air cooling is carried out. In this method, a diffusion mixture is used containing metal powder, consisting of a mixture of powders of zinc, copper and aluminum with a grain size of 0.1-0.5 mm, with the following content of components in the diffusion mixture, (wt.%): zinc 25-40, copper 0.045-0.075, aluminum 0.175-0.225, inert filler - the rest. Isothermal exposure is carried out for 1.0-3.0 h at a temperature of 440±10°C to obtain a protective coating with a thickness of 30-80 microns, containing the following components (wt.%): iron 6-15, zinc 84.1- 93.4, copper 0.4-0.6, aluminum 0.2-0.3, while the coating has a microhardness determined by the method of reconstructed imprint of a tetrahedral pyramid in the range of 4500-5250 MPa.
Недостатком данного способа является невозможность получения плотного равномерного покрытия на всей поверхности трубы, поскольку способ предусматривает обработку только резьбовых участков и примыкающих к ним поверхностей трубы, а не всей трубы целиком. Использование в указанном способе относительно крупных металлических порошков зернистостью 0,1-0,5 мм может приводить к получению неровного и пористого покрытия, что также снижает показатели коррозионной стойкости. Кроме того, технология нанесения данного покрытия предусматривает выдержку в течение 1-3 часов при температуре 430-450°С. Однако данная температура для углеродистых сталей является критичной в плане перехода перлита в аустенит, который происходит уже при превышении температуры 427оС. Таким образом, при нанесении термодиффузионного покрытия данным способом возможно изменение микроструктуры стали обрабатываемой трубы, которое может приводить к потере ее прочности, что повышает риск аварийности при эксплуатации труб нефтепромыслового сортамента.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a dense uniform coating on the entire surface of the pipe, since the method involves processing only the threaded sections and adjacent surfaces of the pipe, and not the entire pipe. The use of relatively large metal powders with a grain size of 0.1-0.5 mm in this method can lead to an uneven and porous coating, which also reduces the corrosion resistance. In addition, the technology of applying this coating provides exposure for 1-3 hours at a temperature of 430-450°C. However, this temperature for carbon steels is critical in terms of the transition of perlite to austenite, which occurs already when the temperature exceeds 427 ° C. Thus, when applying a thermal diffusion coating in this way, it is possible to change the microstructure of the steel of the treated pipe, which can lead to a loss of its strength, which increases the risk of accidents in the operation of oilfield tubular goods.
Уровень техники включает в себя патент RU2738218, МПК: C23C 26/00, опубликованный 09.12.2020, из которого известен «Способ нанесения цинкового покрытия на металлические изделия термодиффузионным цинкованием», включающий загрузку обрабатываемых деталей в герметичный контейнер. Затем проводят загрузку в контейнер насыщающей цинкосодержащей смеси, заполнение полости контейнера инертным газом и нагрев. В качестве насыщающей цинкосодержащей смеси загружают двухкомпонентную цинковую смесь, при этом первый компонент в виде порошка цинка игольчатой формы размером 3-5 мкм загружают непосредственно в контейнер, а второй компонент в виде порошка цинка шаровой формы размером 20-25 мкм загружают в капсулу с разрушающимися при температуре 400±20°С стенками, капсулу помещают в контейнер одновременно с обрабатываемыми изделиями, после чего в контейнер загружают флюс – хлорид цинка, подают инертный технологический газ и активирующее вещество, интенсифицирующее процесс адгезии. Процесс цинкования проводят в два этапа, сначала при нагреве до температуры 350-380°С с обеспечением формования на изделиях внутреннего слоя цинка за счет адгезии цинка игольчатой формы к поверхности обрабатываемой детали, а затем после нагрева до температуры 400±20°С и разрушения материала капсулы происходит освобождение упомянутого порошка цинка шаровой формы, обеспечивающего образование внешнего слоя покрытия.The prior art includes patent RU2738218, IPC: C23C 26/00, published on 12/09/2020, from which the “Method of applying zinc coating on metal products by thermal diffusion zinc plating” is known, including loading the workpieces into a sealed container. Then, a saturating zinc-containing mixture is loaded into the container, the cavity of the container is filled with an inert gas and heated. As a saturating zinc-containing mixture, a two-component zinc mixture is loaded, while the first component in the form of a zinc needle-shaped powder 3-5 μm in size is loaded directly into the container, and the second component in the form of a ball-shaped zinc powder 20-25 μm in size is loaded into a capsule with collapsing at at a temperature of 400±20°C with walls, the capsule is placed in the container simultaneously with the workpieces to be processed, after which the flux – zinc chloride is loaded into the container, an inert process gas and an activating agent that intensifies the adhesion process are supplied. The galvanizing process is carried out in two stages, first when heated to a temperature of 350-380°C with the formation of an inner layer of zinc on the products due to the adhesion of zinc needle-shaped to the surface of the workpiece, and then after heating to a temperature of 400±20°C and destruction of the material the capsule releases said spherical zinc powder, which provides the formation of the outer layer of the coating.
Недостатком указанного технического решения является необходимость при каждом осуществлении способа изготавливать новую специальную капсулу со стенками, разрушающимися при нагревании до температуры 400±20°С. При этом для надежного обеспечения освобождения цинкового порошка из указанной капсулы приходится нагревать контейнер в печи с выдержкой при температуре выше 420 °С, что может повлиять на изменение микроструктуры стали обрабатываемых труб и снижение их прочности. The disadvantage of this technical solution is the need for each implementation of the method to produce a new special capsule with walls that collapse when heated to a temperature of 400±20°C. At the same time, to reliably ensure the release of zinc powder from this capsule, it is necessary to heat the container in a furnace with holding at a temperature above 420 ° C, which can affect the change in the microstructure of the steel of the treated pipes and reduce their strength.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Предложенное техническое решение направлено на преодоление недостатков аналогов, известных из уровня техники, а также на решение задачи по расширению арсенала средств, позволяющих наносить защитные термодиффузионные цинковые покрытия на длинномерные стальные трубы нефтяного сортамента, включая их наружную и внутреннюю поверхность полностью, а также на резьбовые участки труб.The proposed technical solution is aimed at overcoming the shortcomings of analogues known from the prior art, as well as at solving the problem of expanding the arsenal of tools that allow applying protective thermal diffusion zinc coatings on long steel oil country pipes, including their entire outer and inner surfaces, as well as on threaded sections. pipes.
Техническим результатом заявленного изобретение является сокращение длительности выдержки труб в диапазоне температур термодиффузионного цинкования при получении покрытий заданной толщины с улучшенными показателями коррозионной стойкости, равномерности и плотности покрытия на всей поверхности трубы, а также снижение энергозатрат и повышение производительности при обеспечении высокой прочности труб, обработанных заявленным способом.The technical result of the claimed invention is to reduce the duration of exposure of pipes in the temperature range of thermal diffusion galvanizing when obtaining coatings of a given thickness with improved corrosion resistance, uniformity and density of the coating on the entire surface of the pipe, as well as reducing energy costs and increasing productivity while ensuring high strength of pipes processed by the claimed method .
Для решения поставленной задачи предложен способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия на стальные трубы, включающий загрузку труб в контейнер, загрузку насыщающей смеси, содержащей двухкомпонентный порошок цинка, активирующее вещество и флюс, герметичное закрытие контейнера, его вакуумирование, заполнение полости контейнера неокислительным газом, нагрев и выдержку при заданной температуре, последующее охлаждение контейнера и извлечение труб. При этом первый компонент двухкомпонентного цинкового порошка, имеющего частицы игольчатой формы размером 3-8 мкм, загружают во внутреннюю полость труб, а второй компонент двухкомпонентного цинкового порошка, имеющего частицы шаровой формы размером 8-25 мкм, загружают непосредственно в контейнер, выдержку проводят при температуре 300-425оС, при этом в качестве флюсов в насыщающую смесь вводят один или несколько третичных аминов, в качестве активирующего вещества используют наполнитель, содержащий один или несколько компонентов, выбранных из группы, включающей кремнезем, волластонит, технический углерод, оксид алюминия и сплавы меди, при следующем соотношении компонентов (в масс. %):To solve this problem, a method is proposed for applying a thermal diffusion zinc coating on steel pipes, including loading pipes into a container, loading a saturating mixture containing two-component zinc powder, an activating agent and a flux, hermetically closing the container, evacuating it, filling the cavity of the container with a non-oxidizing gas, heating and holding at a given temperature, subsequent cooling of the container and removal of the pipes. At the same time, the first component of the two-component zinc powder having needle-shaped particles 3-8 µm in size is loaded into the inner cavity of the pipes, and the second component of the two-component zinc powder having spherical particles 8-25 µm in size is loaded directly into the container, exposure is carried out at a temperature 300-425 ° C, while one or more tertiary amines are introduced into the saturating mixture as fluxes, a filler containing one or more components selected from the group including silica, wollastonite, carbon black, aluminum oxide and alloys is used as an activating agent copper, with the following ratio of components (in wt.%):
двухкомпонентный порошок цинка – остальное.two-component zinc powder - the rest.
В соответствии с заявленным изобретением способ нанесение термодиффузионного цинкового покрытия осуществляют преимущественно для нанесения покрытия на стальные насосно-компрессорные трубы (НКТ), линейные или бурильные стальные трубы длиной до 8,0-12 м, при этом трубы перед загрузкой в контейнер подвергают очистке путем механической обработки со стороны их внешней и внутренней поверхности.In accordance with the claimed invention, the method of applying a thermal diffusion zinc coating is carried out mainly for coating steel tubing pipes (tubing pipes), linear or drilling steel pipes up to 8.0-12 m long, while the pipes are subjected to mechanical cleaning before loading into a container. processing from their external and internal surface.
Для получения равномерного и качественного слоя покрытия перед загрузкой в контейнер осуществляют сборку труб в оснастку с опорными поверхностями, обеспечивающую возможность регулярного размещения труб, а в контейнер трубы помещают вместе с упомянутой оснасткой.To obtain a uniform and high-quality coating layer, before loading into the container, the pipes are assembled into equipment with supporting surfaces, which ensures the possibility of regular placement of pipes, and the pipes are placed in the container together with the above equipment.
В соответствии с заявленным способом в состав флюса могут дополнительно вводить один или несколько компонентов, выбранных из группы, содержащей, мочевину или ее производные, пиперазин или его производные, аммонийные соли жирных кислот, хлориды, фториды, бромиды, йодиды, сульфаты и сульфанаты жирных кислот, а также хлориды алюминия и лития.In accordance with the claimed method, one or more components selected from the group containing urea or its derivatives, piperazine or its derivatives, ammonium salts of fatty acids, chlorides, fluorides, bromides, iodides, sulfates and sulfonates of fatty acids can additionally be introduced into the flux composition. , as well as aluminum and lithium chlorides.
В качестве неокислительного газа при осуществлении заявленного способа, предпочтительно, используют газ, выбранный из группы, включающей аргон, азот или углекислый газ, которым после операции вакуумирования заполняют контейнер под давлением 0,1 – 8 атм.As a non-oxidizing gas in the implementation of the claimed method, it is preferable to use a gas selected from the group including argon, nitrogen or carbon dioxide, which, after the evacuation operation, fills the container under a pressure of 0.1 - 8 atm.
После извлечения труб из контейнера выполняют пассивацию термодиффузионного покрытия путем нанесения полимерного слоя. Пассивация позволяет реализовать синергетический эффект защиты при повреждении полимерного слоя. В случае повреждения полимерного слоя цинк из железоцинкового интерметаллида образует труднорастворимые вещества, препятствующие развитию подпленочной коррозии на границе раздела фаз железоцинковый интерметаллид - полимерный слой. After removing the pipes from the container, the thermal diffusion coating is passivated by applying a polymer layer. Passivation makes it possible to realize a synergistic protection effect in case of damage to the polymer layer. In case of damage to the polymer layer, zinc from the iron-zinc intermetallic compound forms sparingly soluble substances that prevent the development of under-film corrosion at the interface between the iron-zinc intermetallic compound and the polymer layer.
Кроме того, для труб нефтяного сортамента актуальной является проблема образования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на внутренней поверхности. Пассивация внутренней поверхности труб, имеющих термодиффузионное цинковое покрытие, нанесением гладкого полимерного слоя помогает на 30-40% снизить массу АСПО.In addition, for oil country pipes, the problem of the formation of asphalt, resin and paraffin deposits (ARPD) on the inner surface is relevant. Passivation of the inner surface of pipes with a thermal diffusion zinc coating by applying a smooth polymer layer helps to reduce the weight of paraffin deposits by 30-40%.
Пассивацию диффузионного покрытия на основе цинка могут выполнять как на внутренней, так и на наружной поверхности оцинкованной трубы, но предпочтительно выполнять пассивацию именно на внутренней поверхности трубы, которая подвергается наибольшему воздействию коррозионной среды. Операцию пассивации выполняют путем нанесения слоя полимерной композиции при последующем горячем отверждении. Для нанесения полимерного слоя используют эпоксидные краски или эпоксиноволачные фенольные двухкомпонентные полимерные композиции.The passivation of the zinc-based diffusion coating can be performed on both the inner and outer surfaces of the galvanized pipe, but it is preferable to passivate on the inner surface of the pipe, which is most exposed to the corrosive environment. The passivation operation is performed by applying a layer of polymer composition during subsequent hot curing. To apply the polymer layer, epoxy paints or epoxy novolac phenolic two-component polymer compositions are used.
В результате осуществления заявленного способа в качестве готового продукта получают насосно-компрессорные трубы (НКТ), на наружной и внутренней поверхности которых выполнено термодиффузионное цинковое покрытие толщиной 20-140 мкм, предпочтительно 40-70 мкм, с микротвердостью 2500-3800 МПа, которое включает в себя интерметаллиды железа и цинка переменного состава от Fe13Zn до Fe4Zn, образующие слои гамма фазы (γ-фаза) и дельта фазы (δ-фаза), обеспечивающие коррозионную стойкость покрытия. As a result of the implementation of the claimed method, tubing pipes (tubing pipes) are obtained as a finished product, on the outer and inner surfaces of which a thermal diffusion zinc coating is made with a thickness of 20-140 microns, preferably 40-70 microns, with a microhardness of 2500-3800 MPa, which includes intermetallics of iron and zinc of variable composition from Fe 13 Zn to Fe 4 Zn, forming layers of the gamma phase (γ-phase) and delta phase (δ-phase), providing corrosion resistance of the coating.
В результате осуществления заявленного способа термодиффузионное цинковое покрытие заданной толщины с улучшенными показателями коррозионной стойкости, равномерности и плотности покрытия может быть получено на стальных насосно-компрессорных трубах и на иных стальных трубах нефтяного сортамента на всей внешней и внутренней поверхности трубы при длине корпуса трубы до 8-12 м и при внутреннем диаметре не менее 45 мм и не более 1000 мм, что определяется возможностями существующего оборудования.As a result of the implementation of the claimed method, a thermal diffusion zinc coating of a given thickness with improved indicators of corrosion resistance, uniformity and density of the coating can be obtained on steel tubing pipes and on other steel pipes of oil country gauge on the entire outer and inner surface of the pipe with a pipe body length of up to 8 12 m and with an internal diameter of at least 45 mm and not more than 1000 mm, which is determined by the capabilities of existing equipment.
Для дополнительного повышения показателей коррозионной стойкости и долговечности в тяжелых условиях эксплуатации насосно-компрессорные трубы дополнительно снабжаются пассивирующим слоем полимерного покрытия, полученного в результате горячего отверждения эпоксидных или эпоксиноволачных фенольных двухкомпонентных полимерных композиций. Пассивирующий слой располагают сверху на термодиффузионном цинковом покрытии, предпочтительно на внутренней поверхности трубы. To further improve corrosion resistance and durability in severe operating conditions, tubing is additionally provided with a passivated polymer coating layer obtained as a result of hot curing epoxy or epoxy novolac phenolic two-component polymer compositions. The passivation layer is placed on top of the thermal diffusion zinc coating, preferably on the inner surface of the pipe.
Насосно-компрессорная труба для соединения в колонну снабжается резьбовыми участками, расположенными на концах трубы, при этом толщина термодиффузионного цинкового покрытия на резьбовых поверхностях резьбовых участков трубы предпочтительно составляет 20-25 мкм, что определяется требованиями к резьбовым соединениям деталей.The tubing for connection to the column is provided with threaded sections located at the ends of the pipe, while the thickness of the thermal diffusion zinc coating on the threaded surfaces of the threaded sections of the pipe is preferably 20-25 microns, which is determined by the requirements for threaded connections of parts.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Возможность осуществления изобретения иллюстрируется примерами 1-8 и фигурой 1. На фигуре 1 показана структура полученного покрытия.The possibility of carrying out the invention is illustrated by examples 1-8 and figure 1. Figure 1 shows the structure of the resulting coating.
Пример №1Example #1
Заявленный способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия осуществляли путем нанесения покрытия на стальные трубы длиной 8,5 метров диаметром 60 мм. Партию труб в количестве 50 шт. предварительно подвергли механической (абразивной) обработке со стороны внешней и внутренней поверхности труб, затем во внутреннюю полость каждой трубы загрузили первый компонент насыщающей смеси в виде порошка цинка с частицами игольчатой формы размером 3-8 мкм, смешанного с наполнителем в виде технического углерода (сажи) в количестве 25 мас.%. Трубы, загруженные первым компонентом насыщающей смеси, собрали в оснастку, снабженную опорными поверхностями, фиксирующими трубы в заданном положении и препятствующими их непосредственному контакту между собой, а также перемещению труб относительно друг друга при движении контейнера. В полученной сборке минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями труб составляет 3-5 мм. В контейнер загрузили трубы вместе с оснасткой. The claimed method of applying thermal diffusion zinc coating was carried out by coating steel pipes with a length of 8.5 meters and a diameter of 60 mm. A batch of pipes in the amount of 50 pcs. previously subjected to mechanical (abrasive) treatment from the outer and inner surfaces of the pipes, then the first component of the saturating mixture was loaded into the inner cavity of each pipe in the form of zinc powder with needle-shaped particles 3-8 μm in size, mixed with a filler in the form of carbon black (soot) in the amount of 25 wt.%. The pipes loaded with the first component of the saturating mixture were assembled into a fixture equipped with support surfaces that fix the pipes in a given position and prevent them from direct contact with each other, as well as the movement of the pipes relative to each other when the container moves. In the resulting assembly, the minimum distance between the treated pipe surfaces is 3-5 mm. Pipes were loaded into the container along with equipment.
Затем непосредственно в контейнер загрузили второй компонент насыщающей смеси, содержащей цинковый порошок, имеющий частицы шаровой формы размером 8-25 мкм, смешанный с наполнителем в виде технического углерода в количестве 25 мас.%. В качестве флюса в насыщающую смесь ввели уротропин в количестве не более 1 мас.% от состава насыщающей смеси. Уротропин представляет собой третичный амин. После введения флюса контейнер закрыли, произвели герметизацию шва крышки контейнера и осуществили вакуумирование контейнера. Затем в полость контейнера под давлением 4 атм закачали неокислительный защитный газ, инертный по отношению к компонентам насыщающей смеси. В качестве неокислительного газа выбрали азот. Контейнер разместили в печи и нагрели до температуры 380 оС. Нагретый контейнер выдержали в печи в интервале температур 380 - 400 оС в течение 3 часов.Then, the second component of the saturating mixture was loaded directly into the container, containing zinc powder having spherical particles 8-25 μm in size, mixed with a filler in the form of carbon black in an amount of 25 wt.%. Urotropine was introduced into the saturating mixture as a flux in an amount of not more than 1 wt.% of the composition of the saturating mixture. Urotropin is a tertiary amine. After the introduction of the flux, the container was closed, the seam of the container lid was sealed, and the container was evacuated. Then, a non-oxidizing protective gas, inert with respect to the components of the saturating mixture, was pumped into the cavity of the container under a pressure of 4 atm. Nitrogen was chosen as the non-oxidizing gas. The container was placed in an oven and heated to a temperature of 380 ° C. The heated container was held in the oven at a temperature range of 380°-400 ° C for 3 hours.
Затем контейнер извлекли из печи, произвели охлаждение контейнера и его вскрытие. Посредством промышленного пылесоса удалили из контейнера остатки цинк-насыщающей смеси, после чего извлекли трубы. Произвели контроль качества защитного покрытия, полученного на наружной и внутренней поверхности труб. Полученное покрытие на основе цинка состоит из железоцинковых интерметаллидов, образующих тонкий слой гамма фазы (γ-фаза) и более широкий слой плотной дельта фазы (δ-фаза) толщиной, приблизительно, 60 мкм при микротвердости поверхности покрытия 3800 МПа, (HV400) с удовлетворительной сплошностью и плотностью без каких-либо разрывов и пор. Покрытие имеет равномерную толщину по всей длине трубы на внешней и внутренней поверхности. Полученное покрытие показано на фиг. 1. По структуре это покрытие состоит из интерметаллидного соединения на основе δ-фазы, содержащей 7-11,5% Fe - остальное Zn и внутреннего тонкого слоя γ-фазы, содержащей 28% Fe - остальное Zn.Then the container was removed from the oven, the container was cooled and opened. Using an industrial vacuum cleaner, the remnants of the zinc-saturating mixture were removed from the container, after which the pipes were removed. The quality control of the protective coating obtained on the outer and inner surfaces of the pipes was carried out. The resulting zinc-based coating consists of iron-zinc intermetallic compounds forming a thin layer of gamma phase (γ-phase) and a wider layer of dense delta phase (δ-phase) with a thickness of approximately 60 μm at a surface microhardness of 3800 MPa, (HV400) with a satisfactory solidity and density without any gaps and pores. The coating has a uniform thickness along the entire length of the pipe on the outer and inner surfaces. The resulting coating is shown in Fig. 1. According to the structure, this coating consists of an intermetallic compound based on the δ-phase containing 7-11.5% Fe - the rest is Zn and an inner thin layer of the γ-phase containing 28% Fe - the rest is Zn.
Для дополнительного повышения эксплуатационной стойкости на внутреннюю поверхность полости трубы, на первые два витка резьбы и на фаску трубы нанесли полимерный слой, пассивирующий термодиффузионное цинковое покрытие. Пассивирующий слой полимерного покрытия получен в результате горячего отверждения эпоксиноволачной фенольной двухкомпонентной полимерной композиции.To further increase the operational stability, a polymer layer was applied to the inner surface of the pipe cavity, to the first two threads, and to the chamfer of the pipe, which passivates the thermal diffusion zinc coating. The passivation layer of the polymer coating was obtained as a result of hot curing of an epoxy novolac phenolic two-component polymer composition.
Для получения эпоксиноволачной фенольной полимерной композиции в качестве основы использовали лакокрасочный материала из серии «Majorpack» в виде краски красная глянцевая или белая глянцевая. В качестве второго компонента двухкомпонентной полимерной композиции использовали - отвердитель для лакокрасочного материала серии «Majorpack»: красная глянцевая или белая глянцевая, - при соотношении основы и отвердителя от 4:1 до 10:1.To obtain an epoxy novolac phenolic polymer composition, a paint and varnish material from the Majorpack series was used as a base in the form of glossy red or white glossy paint. As the second component of the two-component polymeric composition, a hardener for paint and varnish material of the Majorpack series was used: red glossy or white glossy, at a ratio of base and hardener from 4:1 to 10:1.
Режим осуществления заявленного способа согласно примеру 1 представлен в таблице 1. Дополнительно в таблице 1 так же представлены и сведения о примерах 2-7 осуществления заявленного способа, которые включали в себя такую же последовательность действий, как в примере 1. Режимы осуществления примеров 2-7 характеризуются различными параметрами температуры и длительности выдержки контейнера с обрабатываемыми изделиями в печи. The mode of implementation of the claimed method according to example 1 is presented in table 1. Additionally, table 1 also provides information on examples 2-7 of the implementation of the claimed method, which included the same sequence of actions as in example 1. Modes for implementing examples 2-7 are characterized by different parameters of temperature and duration of exposure of the container with the processed products in the furnace.
Из сведений, представленных в таблице 1, видно, что на сокращение длительности выдержки труб в диапазоне температур термодиффузионного цинкования 300-425оС при получении покрытий заданной толщины 60 мкм (с высокими показателями качества) оказывало влияние совместное использование нового флюса - третичного амина и наполнителя, выбранного из группы, включающей кремнезем, волластонит, технический углерод, оксид алюминия и сплавы меди. В этих условиях диффузия паров цинка обеспечила получение равномерного, плотного покрытия заданной толщины как на внутренней, так и на наружной поверхности стальных труб, включая резьбовые участки. Отметим, что в примере 2 покрытие наносили на партию труб минимального диаметра (внутренний диаметр труб составлял 45 мм при длине трубы до 12 метров). Кроме того, в примерах 3-7 к основе флюса в виде третичного амина был добавлен дополнительный компонент – мочевина, пиперазин и другие в количестве 0,1-0,3 мас.%, что привело к некоторому незначительному повышению скорости образования покрытия. From the information presented in Table 1, it can be seen that the reduction in the exposure time of pipes in the temperature range of thermal diffusion galvanizing of 300-425 ° C when obtaining coatings of a given thickness of 60 microns (with high quality indicators) was influenced by the joint use of a new flux - a tertiary amine and a filler selected from the group consisting of silica, wollastonite, carbon black, alumina and copper alloys. Under these conditions, zinc vapor diffusion provided a uniform, dense coating of a given thickness both on the inner and outer surfaces of steel pipes, including threaded sections. Note that in example 2, the coating was applied to a batch of pipes of the minimum diameter (the inner diameter of the pipes was 45 mm with a pipe length of up to 12 meters). In addition, in examples 3-7, an additional component was added to the flux base in the form of a tertiary amine - urea, piperazine and others in an amount of 0.1-0.3 wt.%, which led to some slight increase in the rate of coating formation.
Интенсификация процесса диффузионного насыщения поверхности стальных труб в заявленном способе газового термодиффузионного цинкования достигнута за счет замены традиционных активаторов комплексами неорганических и органических веществ, которые при рабочих температурах разлагаются, активируя атомы цинка и способствуют увеличению скорости насыщения поверхности изделий коррозионностойкой δ-фазой.The intensification of the process of diffusion saturation of the surface of steel pipes in the claimed method of gas thermal diffusion galvanizing is achieved by replacing traditional activators with complexes of inorganic and organic substances that decompose at operating temperatures, activating zinc atoms and contribute to an increase in the rate of saturation of the surface of products with a corrosion-resistant δ-phase.
Пример 8 в таблице 1 соответствует прототипу по патенту RU2738218. Сравнение с прототипом показывает, что время выдержки, необходимое для получения покрытия заданной толщины 60 мкм, сократилось с 3,5 часов в прототипе до 3 часов в заявленном способе, то есть время выдержки при нагреве под термодиффузионное цинкование сократилось на 14%, что соответствует повышению производительности заявленного способа и сокращению энергозатрат, поскольку сократилась длительность работы электронагревателей печи, обеспечивающей нагрев контейнера и выдержку при выбранной температуре. Example 8 in table 1 corresponds to the prototype according to patent RU2738218. Comparison with the prototype shows that the exposure time required to obtain a coating of a given thickness of 60 μm was reduced from 3.5 hours in the prototype to 3 hours in the claimed method, that is, the exposure time during heating for thermal diffusion galvanizing was reduced by 14%, which corresponds to an increase the performance of the claimed method and the reduction of energy consumption, since the duration of the operation of the electric heaters of the furnace, which provides heating of the container and holding at the selected temperature, has been reduced.
Кроме того, преимуществом технологии нанесения ТДЦ покрытия согласно заявленному способу по отношению к прототипу и известным аналогам является возможность формирования термодиффузионного покрытия при более низких температурах (ниже 425 оС). Как видно из таблицы 1 понизился предпочтительный диапазон температур для осуществления выдержки при термодиффузионном цинковании труб, что обеспечивает повышение качества обработки стальных труб, так как при указанной более низкой температуре нанесения термодиффузионного покрытия гарантированно не происходит разупрочнения высокоуглеродистых сталей, когда трубы поступают для нанесения покрытия после термической обработки. Как известно, температура нагрева и выдержки при температуре выше 427 оС для углеродистых сталей является критичной, поскольку соответствует переходу перлита в аустенит, что влечет за собой изменение микроструктуры стали и снижение показателей прочности. Таким образом, использование заявленного способа гарантирует сохранение группы прочности стальных трубы нефтепромыслового сортамента после нанесения на них ТДЦ покрытия.In addition, the advantage of the technology for applying TDC coating according to the claimed method in relation to the prototype and known analogues is the possibility of forming a thermal diffusion coating at lower temperatures (below 425 about C). As can be seen from Table 1, the preferred temperature range for exposure to thermal diffusion galvanizing of pipes has decreased, which provides an improvement in the quality of processing of steel pipes, since at the indicated lower temperature for applying thermal diffusion coating, no softening of high-carbon steels is guaranteed when the pipes are supplied for coating after thermal processing. As is known, the temperature of heating and holding at temperatures above 427 ° C for carbon steels is critical, since it corresponds to the transition of pearlite to austenite, which entails a change in the microstructure of the steel and a decrease in strength indicators. Thus, the use of the claimed method guarantees the preservation of the strength group of steel pipes of the oil country after the application of TDC coating on them.
Испытание на коррозионную стойкость труб, полученных в соответствии с примером 1, показало повышение их коррозионной стойкости в среде, содержащей сероводород и углекислый газ при давлении до 2 атмосфер и температуре 80оС. Выдержка в указанных условиях показала, что стойкость трубы с покрытием составила 1500 дней без коррозионного повреждения.A test for corrosion resistance of pipes obtained in accordance with example 1 showed an increase in their corrosion resistance in an environment containing hydrogen sulfide and carbon dioxide at a pressure of up to 2 atmospheres and a temperature of 80 ° C. Holding under these conditions showed that the resistance of the coated pipe was 1500 days without corrosion damage.
Таблица 1:Table 1:
ние, атм nie, atm
(третичный амин)(tertiary amine)
час hour
ТДЦ по-крытия на теле трубы, мкмTDC coating on the pipe body, microns
ТДЦ по-крытия на резьбе, мкмTDC coating on thread, µm
(первичный амин)Urea
(primary amine)
(вторичный амин)Piperazine
(secondary amine)
(аммонийная соль жирной кислоты)Tetrabutyl ammonium stearate
(ammonium salt of fatty acid)
хлорид цинкаPrototype:
zinc chloride
Claims (16)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/050327 WO2023200359A1 (en) | 2022-04-13 | 2022-10-13 | Method of applying a zinc thermal diffusion coating to steel pipes |
| CA3236537A CA3236537A1 (en) | 2022-04-13 | 2022-10-13 | Method of applying thermodiffusion zinc coating to steel pipes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785211C1 true RU2785211C1 (en) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1107899A (en) * | 1994-03-01 | 1995-09-06 | 陶锦伯 | Vacuum solid zincing method |
| CN1330167A (en) * | 2001-07-22 | 2002-01-09 | 韩丽君 | Powder zincification process of metal and its product |
| RU2186150C2 (en) * | 2000-09-28 | 2002-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина | Steel product zinc plating method |
| RU2424351C2 (en) * | 2009-08-17 | 2011-07-20 | Виктор Иванович Кубанцев | Procedure for application of zinc coating and installation for its implementation |
| RU2595075C1 (en) * | 2015-09-29 | 2016-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Полимерпром" | Thermodiffusion zinc coating method |
| RU2685841C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Волнар" | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products |
| RU2738218C1 (en) * | 2019-08-22 | 2020-12-09 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОВАЦИНК" | Method of applying anticorrosion intermetallic coating by thermodiffusion zinc coating |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1107899A (en) * | 1994-03-01 | 1995-09-06 | 陶锦伯 | Vacuum solid zincing method |
| RU2186150C2 (en) * | 2000-09-28 | 2002-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина | Steel product zinc plating method |
| CN1330167A (en) * | 2001-07-22 | 2002-01-09 | 韩丽君 | Powder zincification process of metal and its product |
| RU2424351C2 (en) * | 2009-08-17 | 2011-07-20 | Виктор Иванович Кубанцев | Procedure for application of zinc coating and installation for its implementation |
| RU2595075C1 (en) * | 2015-09-29 | 2016-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Полимерпром" | Thermodiffusion zinc coating method |
| RU2685841C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Волнар" | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products |
| RU2738218C1 (en) * | 2019-08-22 | 2020-12-09 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОВАЦИНК" | Method of applying anticorrosion intermetallic coating by thermodiffusion zinc coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4350719A (en) | Diffusion coating and products therefrom | |
| US5478413A (en) | Environmentally friendly coating compositions | |
| US4904501A (en) | Method for chromizing of boiler components | |
| EP3351598A1 (en) | Composition, pipe threaded joint provided with solid lubricating coating formed from composition, and method for manufacturing pipe threaded joint | |
| US6150033A (en) | Environmentally friendly coating compositions, bonding solution, and coated parts | |
| CN102719118B (en) | A kind of antirusting paint | |
| US4141760A (en) | Stainless steel coated with aluminum | |
| CN112126892A (en) | Multi-element alloy co-permeation agent for improving wear resistance of steel and application thereof | |
| RU2785211C1 (en) | Method for applying thermodiffusion zinc coating onto steel pipes and steel pipe with said coating | |
| Xiang et al. | Effects of pack composition on the formation of aluminide coatings on alloy steels at 650 C | |
| CN114318215A (en) | Manufacturing method of stay cable threaded anchorage powder zinc-aluminum multi-element alloy anticorrosive coating | |
| EP3561144A1 (en) | Method of depositing a zinc layer on the surface of steel elements and a unit for deposition of a zink layer on the surface of steel elements | |
| WO2023200359A1 (en) | Method of applying a zinc thermal diffusion coating to steel pipes | |
| US10801099B2 (en) | Coating compositions, methods and articles produced thereby | |
| US3958046A (en) | Coating for corrosion resistance | |
| CN114481012B (en) | Multielement alloy co-permeation agent for steel member and corrosion prevention process thereof | |
| CN111117312A (en) | Preparation method of metal piece surface coating resistant to 500 ℃ high temperature and seawater corrosion for long time | |
| JPS61253358A (en) | Surface treatment of sintered mechanical parts | |
| US4308160A (en) | Protecting metals | |
| JPS6241627B2 (en) | ||
| RU2284368C1 (en) | Method of forming protective diffusion coat on external and internal surfaces of tube and its threaded parts and oil well tubing | |
| CN111893430B (en) | Solid diffusion surface anti-corrosion treatment method for carbon steel clamping and pressing pipe fitting | |
| US9909019B2 (en) | Diffusion coatings for metal-based substrate and methods of preparation thereof | |
| Rohr et al. | Diffusion coatings for high temperature corrosion protection of 9-12% Cr steels | |
| EP2871258A1 (en) | Composition of powder mixture for thermal diffusion galvanizing of products made of aluminum alloys, preparation method thereof and method for thermal diffusion galvanizing of products made of aluminum alloys |