RU72228U1 - Скважинный электроцентробежный насосный агрегат для добычи нефти, деталь скважинного насосного агрегата, рабочее колесо и направляющий аппарат ступени насоса, шнек, рабочее колесо, направляющая решетка и сепарирующий орган газосепаратора насосного агрегата - Google Patents

Abstract

1. Скважинный насосный агрегат, включающий в себя многоступенчатый погружной центробежный насос и газосепаратор, при этом рабочие колеса, и/или направляющие аппараты ступеней насоса, и/или шнек, и/или рабочее колесо, и/или направляющая решетка, и/или сепарирующий орган газосепаратора выполнены из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающийся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:3. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:при этом рабочие колеса и направляющие аппараты ступеней насоса, шнек, рабочее колесо, направляющая решетка и сепарирующий орган газосепаратора, выполненные из указанного чугуна, подвергнуты каталитическому газовому азотированию.4. Деталь скважинного насосного агрегата, выполненная из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающаяся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:5. Деталь по п.4, отличающаяся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:6. Деталь по п.5, отличающаяся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:при этом деталь �

Description

Технические решения относятся к области гидромашиностроения, металлургии и литейного производства, в частности, к изготовлению деталей погружных скважинных электроцентробежных насосов (ЭЦН), подвергающихся гидроабразивному и коррозионному износу, а именно рабочих органов насосов и газосепараторов, производимых из износо-коррозионностойкого чугуна.

Известен износо-коррозионностойкий чугун с шаровидным графитом, предназначенный для изготовления деталей скважинных центробежных насосов, описанный в заявке RU 2004126782 А, 20.02.2006, который содержит 2-4% алюминия, а также хром, кремний, ванадий, марганец, медь, фосфор, титан, серу, цирконий, ниобий, кальций, редкоземельные металлы, углерод и железо при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,4-4,0,

хром - 0,3-0,6,

кремний - 0,6-1,2,

ванадий - 0,05-0,2,

марганец - 0,5-1,2,

медь - 0,5-2,0,

фосфор - 0,1-0,25,

титан - 0,005-0,05,

сера - 0,01-0,03,

цирконий - 0,01-0,1,

алюминий - 2,0-4,0,

ниобий - 0,003-0,05,

кальций - 0-0,05,

редкоземельные металлы - 0,025-0,06,

железо - остальное.

Этот чугун не содержит значительного количества дорогостоящих легирующих элементов, в частности, никеля и при этом отличается высокой коррозионной стойкостью, однако он не обеспечивает необходимой износостойкости деталей ЭЦН при работе в средах с повышенным содержанием абразивных частиц.

Известен скважинный центробежный насос (см. патент RU 2116515 С1, 27.07.1998), рабочие органы которого выполнены из износостойкого чугуна следующего состава, % масс.:

углерод - 3,0-3,6,

марганец - 0,4 - 0,6,

кремний - 2,7 - 3,0,

хром - 0,03-0,12,

медь - 0,3-0,4,

церий - 0,01-0,02,

железо - остальное.

Описанный чугун обладает высокой стойкостью к гидроабразивному износу, однако не обеспечивает необходимой коррозионной стойкости в среде пластовой жидкости.

Известен скважинный электроцентробежный насосный агрегат, описанный, в частности, в кн. Международный транслятор УСТАНОВКИ ПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ под. ред. В.Ю.Алекперова, В.Я.Кершенбаума, 1999, М., Нефть и газ, стр.92., 294-296, 301-302, рабочие колеса и направляющие аппараты которого, а также шнек, рабочее колесо, направляющая решетка и сепарирующий орган газосепаратора выполнены из износо-коррозионностойкого литейного аустенитного модифицированного чугуна 4Н16Д7ГШХ типа "Нирезист" (ТУ 26-06-1305-95).

Чугун типа "нирезист" обладает требуемой коррозионной и износостойкостью, но детали, выполненные из этого материала имеют высокую себестоимость в связи со значительным содержанием никеля в составе чугуна.

Указанное техническое решение принято за прототип для каждой полезной модели заявленной группы.

Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная группа полезных моделей, состоит в изыскании износо-коррозионностойкого

чугуна для производства деталей скважинных насосных агрегатов для добычи нефти, подвергающихся гидроабразивному и коррозионному износу, в частности, рабочих органов насосов и газосепараторов, содержащего пониженное количество дорогостоящих легирующих элементов, в частности, никеля.

Технический результат, достигаемый при реализации каждого из технических решений заявленной группы полезных моделей, заключается в обеспечении высокой надежности и увеличенного межремонтного периода эксплуатации электроцентробежных насосных агрегатов в скважинах с повышенным содержанием абразивных частиц в пластовой жидкости при одновременном снижении их себестоимости за счет использования при изготовлении деталей насоса и газосепаратора, подвергающихся гидроабразивному и коррозионному износу, чугуна, обладающего высокой коррозионной и износостойкости, и при этом не содержащего значительного количества дорогостоящих легирующих элементов, в частности, никеля.

Скважинный насосный агрегат, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, включает в себя многоступенчатый погружной центробежный насос и газосепаратор. Рабочие колеса и/или направляющие аппараты ступеней насоса и/или шнек и/или рабочее колесо и/или направляющая решетка и/или сепарирующий орган газосепаратора выполнены из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂О₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

при этом рабочие колеса и направляющие аппараты ступеней насоса, шнек, рабочее колесо, направляющая решетка и сепарирующий орган газосепаратора, выполненные из указанного чугуна, подвергнуты каталитическому газовому азотированию.

Деталь скважинного насосного агрегата, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, выполнена из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂О₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное. при этом деталь подвергнута каталитическому газовому азотированию.

Рабочее колесо скважинного центробежного насоса, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, выполнено из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂O₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂O₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное

при этом рабочее колесо подвергнуто каталитическому газовому азотированию.

Направляющий аппарат скважинного центробежного насоса, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, выполнены из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂O₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное

при этом направляющий аппарат подвергнут каталитическому газовому азотированию.

Шнек газосепаратора, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, выполнен из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом 6 отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂О₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное при этом шнек подвергнут каталитическому газовому азотированию.

Рабочее колесо газосепаратора, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, выполнено из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂О₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂O₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное

при этом рабочее колесо подвергнуто каталитическому газовому азотированию.

Направляющая решетка газосепаратора, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, выполнена из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂O₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное

при этом направляющая решетка подвергнута каталитическому газовому азотированию.

Сепарирующий орган газосепаратора (сепарационный барабан), обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, выполнен из износо-коррозионностойкого чугуна. При этом в отличии от прототипа чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, % масс.:

алюминий от 1,2 до 3,2,

окись алюминия Аl₂O₃ от 0,01 до 0,1,

магний от 0,04 до 0,1.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,5-1,2,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, % масс.:

углерод - 3,2-3,9,

кремний - 0,5-1,5,

марганец - 0,4-0,6,

алюминий - 1,5-2,5,

медь - 0,8-2,0,

хром - 0,1-0,2,

молибден - 0,2-0,3,

азот - 0,015-0,05,

магний - 0,04-0,08,

церий - 0,01-0,03,

кальций - 0,05-0,1,

окись алюминия Аl₂О₃ - 0,01-0,1,

фосфор - 0,15-0,25,

сера - не более 0,03,

железо - остальное

при этом сепарирующий орган подвергнут каталитическому газовому азотированию.

Основной особенностью заявленных технических решений является использование коррозионностойкого алюминиевого чугуна, в который дополнительно введена окись алюминия Аl₂О₃. Наличие мелких частиц Аl₂О₃ равномерно распределенных в объеме металлической матрицы, обеспечивает повышение микротвердости и, как следствие, износостойкости чугуна. При этом тугоплавкие частицы Аl₂О₃ играют роль затравок в процессе кристаллизации, что обеспечивает также уменьшение размера графитовых включений и вследствие этого дополнительное повышение износостойкости. При содержании в чугуне включений Аl₂О₃ в количестве менее 0,01% повышения износостойкости чугуна не происходит. При содержании включений более 0,1% происходит коагуляция частиц Аl₂О₃ в более крупные включения, вследствие чего ухудшаются прочностные свойства чугуна.

Введение в состав чугуна алюминия обеспечивает его высокую коррозионную стойкость за счет образования поверхностных окисных пленок. Кроме того, алюминий способствует образованию при азотировании, упрочненного нитридного слоя на поверхностности деталей, что резко повышает износостойкость. Введение алюминия в количестве 1,2-3,2% (предпочтительно - от

1,5 до 2,5%) обеспечивает образование наиболее прочного азотированного слоя. При содержании алюминия менее 1,2% не происходит образования прочного слоя требуемой глубины, кроме того не обеспечивается необходимая коррозионная стойкость чугуна, а повышение содержания алюминия выше 3,2% приводит к снижению механических свойств чугуна (ударной вязкости и пр.) вследствие повышения содержания оксидных неметаллических включений.

Введение магния производится с целью обеспечения компактной формы графитовых включений в отливках. Введение магния в количестве менее 0,04% недостаточно для формирования графитовых включений компактной формы, вследствие чего не обеспечивается требуемая износостойкость. Введение магния в количестве, превышающем 0,08%, приводит к снижению степени компактности формы графитовых включений вследствие эффекта перемодифицирования и ухудшению износостойкости чугуна.

Кроме того, используемый в заявленных технических решениях чугун, может быть дополнительно модифицирован азотом и молибденом. Введение азота обеспечивает повышение износостойкости и коррозионной стойкости, а также позволяет уменьшить продолжительность последующего каталитического газового азотирования, обеспечив при этом более высокие прочностные свойства азотированного слоя. Азот вводят в виде азотированных ферроматериалов (феррохрома, ферромарганца). Содержание азота менее 0,015% не приводит к ощутимому повышению износостойкости и снижению необходимой продолжительности азотирования. Содержание же азота более 0,05

% приводит к охрупчиванию азотированного слоя после азотирования и, соответственно, снижению износостойкости детали.

Содержание молибдена в количестве менее 0,2% (при содержании хрома в пределах 0,1-0,2%) не позволяет обеспечить необходимой глубины прочного поверхностного слоя и, соответственно, повышения износостойкости. Содержание же молибдена более 0,3% также приводит к охрупчиванию азотированного слоя после каталитического газового азотирования и снижению износостойкости.

Аналогичные последствия имеет введение хрома в количестве, отличающемся от заявленного.

Возможность осуществления каждой из полезных моделей, охарактеризованных приведенными выше совокупностями признаков, подтверждается описанием рабочих органов скважинного многоступенчатого центробежного насоса для добычи нефти, выполненных в соответствии с настоящей полезной моделью.

Отливки рабочих колес и направляющих аппаратов ступеней погружных центробежных насосов изготовили методом литья в песчаные формы из чугунов состав которых приведен в Таблице 1.

Окись алюминия вводили путем предварительной термической обработки содержащего алюминий сплава. Предварительная термообработка сплава обеспечивает эффективное прохождение в нем процессов внутреннего окисления и образования на основе этого множества твердых оксидных включений Аl₂O₃. При подобной обработке исключается образование крупных

включений Аl₂О₃, средние по размерам включения удаляются из расплава вместе с счищаемым шлаком перед разливкой чугуна, а мелкие остаются в расплаве в виде взвеси и, находясь в металлической матрице, обеспечивают повышение микротвердости и, как следствие, износостойкости чугуна.

Выплавку чугуна проводили в индукционной и дуговой электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Чушковый чугун, стальной лом, а также легирующие элементы - хром (в виде феррохрома) и медь вводили в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до необходимой температуры вводили марганец (в виде ферромарганца), кремний (в виде ферросилиция), фосфор (в виде феррофосфора), а также алюминий и оксид алюминия (в виде содержащего алюминий сплава, прошедшего предварительную термообработку). Церий (в виде ферроцерия) вводили в расплав за 2-3 мин до разливки чугуна. Магний (в виде железо-кремниево-магниевой лигатуры) и кальций (в виде силикокальция) вводили на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи.

При проведении плавок, результаты которых приведены в Таблице 1 под номерами 4-6 вводили также азот (в виде азотированных ферроматериалов - феррохрома, ферромарганца) и молибден. После механической обработки указанные отливки подвергли каталитическому газовому азотированию в среде аммиака при температуре 570-580°С, продолжительность обработки составила около 8 часов.

В Таблице 2 приведены значения литейных и механических свойств, а также износостойкость и коррозионная стойкость чугуна (нижняя строка

относится к чугуну, описанному в первом аналоге (заявка RU 2004126782)).

Жидкотекучесть чугуна определяли при температуре 1400°С по спиральной пробе в соответствии с ГОСТ 16438-70. Предел прочности при растяжении определяли по ГОСТ 27208-87. Твердость по Бринеллю определяли в соответствии с ГОСТ 9012-59. Коррозионную стойкость в водном растворе хлоридов определяли по потере массы образцов после испытания продолжительностью 14 суток при температуре 70-80°С. Испытания на коррозионную стойкость проводили в водном растворе хлоридов. Испытания на износостойкость проводили на стенде СТИ3-1 при нагрузке 6,5 кг/см² и продолжительности испытаний 6 часов. Износостойкость определяли по изменению размеров образца после проведения испытаний. Абразивная среда состояла из 30% СОЖ и 70% воды с добавлением 10 г/л Аl₂О₃.

Как видно из данных Таблицы 2, предлагаемый чугун имеет более высокую твердость по сравнению с аналогом и, соответственно, детали, выполненные из этого чугуна, имеют более высокую износостойкость при работе в средах с повышенным содержанием абразивных частиц. Применение предлагаемого чугуна для изготовлении деталей погружных центробежных насосов и газосепараторов позволяет увеличить срок службы насосов в эксплуатации на 10-15%.

Таблица 1
№ отл.	Содержание химических элементов, % масс.:
	С		Si	Mn	Al	Сu		Cr	Mo	Mg		Ca	Се		N	Р		S	Fe
1	3,2		1,0	0,6	1,5	2,0		0,9	-	0,07		0,05	0,02		-	0,15		0,018	ост.
2	3,6		0,5	0,5	2,5	1,4		0,5	-	0,1		0,07	0,01		-	0,1		0,015	ост.
3	3,9		1,5	0,4	2,0	1,8		1,2	-	0,05		0,1	0,03		-	0,2		0019	ост.
4	3,9		1,5	0,5	2,5	1,4		0,1	0,3	0,07		0,05	0,01		0,05	0,2		0,017	ост.
5	3,2		1,0	0,4	2,0	2,0		0,2	0,25	0,05		0,1	0,02		0,03	0,15		0,014	ост.
6	3,6		0,5	0,6	1,5	1,8		0,15	0,2	0,1		0,07	0,03		0,015	0,1		0,016	ост.
Таблица 2
№ отл.		Жидкотекучесть при температуре 1400°С, мм					Предел прочности при растяжении, МПа				Твердость, НВ			Скорость коррозии в водном растворе хлоридов, мм/год			Удельный износ пары трения "чугун-чугун" в абразивной среде, мкм/км
1		550					320				245			0,0135			0,0325
2		580					310				240			0,014			0,035
3		600					305				235			0,015			0,037
4		590					340				265			0,0105			0,028
5		560					330				255			0,011			0,0295
6		600					325				250			0,012			0,031
аналог		570					290				220			0,014			0,048

Claims (24)

1. Скважинный насосный агрегат, включающий в себя многоступенчатый погружной центробежный насос и газосепаратор, при этом рабочие колеса, и/или направляющие аппараты ступеней насоса, и/или шнек, и/или рабочее колесо, и/или направляющая решетка, и/или сепарирующий орган газосепаратора выполнены из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающийся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂O₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что чугун содержит, кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂O₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

3. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом рабочие колеса и направляющие аппараты ступеней насоса, шнек, рабочее колесо, направляющая решетка и сепарирующий орган газосепаратора, выполненные из указанного чугуна, подвергнуты каталитическому газовому азотированию.

4. Деталь скважинного насосного агрегата, выполненная из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающаяся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

5. Деталь по п.4, отличающаяся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

6. Деталь по п.5, отличающаяся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом деталь подвергнута каталитическому газовому азотированию.

7. Рабочее колесо скважинного центробежного насоса, выполненное из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающееся тем, что чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

8. Рабочее колесо по п.7, отличающееся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

9. Рабочее колесо по п.7, отличающееся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом рабочее колесо подвергнуто каталитическому газовому азотированию.

10. Направляющий аппарат скважинного центробежного насоса, выполненный из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающийся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂O₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

11. Направляющий аппарат по п.10, отличающийся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

12. Направляющий аппарат по п.10, отличающийся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂O₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом направляющий аппарат подвергнут каталитическому газовому азотированию.

13. Шнек газосепаратора, выполненный из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающийся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

14. Шнек по п.13, отличающийся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

15. Шнек по п.13, отличающийся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом шнек подвергнут каталитическому газовому азотированию.

16. Рабочее колесо газосепаратора, выполненное из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающееся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

17. Рабочее колесо по п.16, отличающееся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

18. Рабочее колесо по п.16, отличающееся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом рабочее колесо подвергнуто каталитическому газовому азотированию.

19. Направляющая решетка газосепаратора, выполненная из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающаяся тем, что чугун содержит, в частности, алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

20. Направляющая решетка по п.19, отличающаяся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

21. Направляющая решетка по п.19, отличающаяся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом направляющая решетка подвергнута каталитическому газовому азотированию.

22. Сепарирующий орган газосепаратора, выполненный из износо-коррозионно-стойкого чугуна, отличающийся тем, что чугун содержит в частности алюминий, окись алюминия и магний при следующем содержании указанных элементов, мас.%:

алюминий 1,2-3,2 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 магний 0,04-0,1

23. Сепарирующий орган по п.22, отличающийся тем, что чугун содержит кремний, марганец, медь, хром, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,5-1,2 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное

24. Сепарирующий орган по п.22, отличающийся тем, что чугун дополнительно содержит азот, молибден и хром, а также кремний, медь, церий, кальций, фосфор и серу при следующем соотношении элементов, мас.%:

углерод 3,2-3,9 кремний 0,5-1,5 марганец 0,4-0,6 алюминий 1,5-2,5 медь 0,8-2,0 хром 0,1-0,2 молибден 0,2-0,3 азот 0,015-0,05 магний 0,04-0,08 церий 0,01-0,03 кальций 0,05-0,1 окись алюминия Al₂О₃ 0,01-0,1 фосфор 0,15-0,25 сера не более 0,03 железо остальное,

при этом сепарирующий орган подвергнут каталитическому газовому азотированию.