SU1268336A1

SU1268336A1 - Method of restoring surfaces

Info

Publication number: SU1268336A1
Application number: SU843816910A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Филиппович Матвиенко; Сергей Ильич Попов; Петр Александрович Григорьев; Глеб Григорьевич Михайлов; Сергей Степанович Каширов; Вячеслав Павлович Шмелев; Эдуард Сергеевич Батюшев; Виктор Иванович Мельник; Елена Михайловна Кривощапова; Федор Николаевич Пестрецов; Василий Иванович Васильев
Original assignee: Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта; Производственное Объединение "Уралтрансгаз"
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1986-11-07

Abstract

Изобретение относитс к способам ремонта, в частности к восстановлению поверхностей трубопроводов в нефтехимической и газовой промышленности методом нанесени покрыти в потоке сгорани природного газа. Целью изобретени вл етс повышение качества восстановленной поверхности путем улучшени физико-механических свойств подсло . Это достигаетс использованием подсло на никелевой основе, в состав которого введены (в мас.%) титан The invention relates to methods of repair, in particular to the restoration of the surfaces of pipelines in the petrochemical and gas industry by applying the coating in a combustion stream of natural gas. The aim of the invention is to improve the quality of the restored surface by improving the physico-mechanical properties of the sublayer. This is achieved using a nickel based sublayer, which contains (in wt.%) Titanium.

Description

toto

О)ABOUT)

00 00 00 О) Изобретение относитс к способам ремонта и может быть использовано при восстановлении поврежденной коррозией поверхности трубопроводов в газовой, нефт ной и химической промьштенности , а также железнодорожных цистерн и резервуаров. Цель изобретени - повышение качества издели при газотермическом нанесении подсло и покрыти в пото ке сгорани природного газа. Установлено, что продукты сгорани природного газа вл ютс агрессивной средой по отношению к металлу восстанавливаемой поверхности и к большинству известных покрытий. При нанесении покрытий использует с осушенный природный газ с минимальным содержанием кислорода. Поэт му при газотермическом способе осно ными процессами, вли ющими на свойства покрытий, вл ютс образование твердых (хрупких) частиц типа карби дов, нитридов и карбонитридов, обра зование активных соединений типа гидридов, вход щих в композицию элементов, и выделение поглощенного при температуре плазмы водорода из покрыти в результате уменьшени ег растворимости в матрице в процессе кристаллизации. Повышение содержани титана в самофлюсующейс композиции необходи мо дл снижени кинетики реакций об разовани гидридов и карбонитри ;ов бора, ухудшающих свойства подсло и его пластичность. При этом извест но, что гидриды бора характеризуютс низкой температурой кипени , обу лавливающей их летучесть. В св зи с этим содержание бора в составе подсло покрыти , положительно вли щего на смачиваемость, существенно снижаетс .00 00 00 O) The invention relates to methods of repair and can be used in restoring the surface of pipelines damaged by corrosion in the gas, oil and chemical industries, as well as railway tanks and tanks. The purpose of the invention is to improve the quality of the product during the gas-thermal application of the underlayer and coating in the natural gas combustion stream. It is established that the products of combustion of natural gas are an aggressive medium with respect to the metal of the surface to be reduced and to most of the known coatings. When applying the coating uses with dried natural gas with a minimum oxygen content. Therefore, in the gas-thermal method, the main processes affecting the properties of coatings are the formation of solid (brittle) particles such as carbides, nitrides and carbonitrides, the formation of active compounds like hydrides, which are included in the composition of elements, and the release of plasma absorbed at the temperature hydrogen from the coating as a result of a decrease in its solubility in the matrix during the crystallization process. Increasing the titanium content in the self-fluxing composition is necessary to reduce the kinetics of the formation of hydrides and carbonitrides, boron compounds, which impair the properties of the sublayer and its plasticity. At the same time, it is known that boron hydrides are characterized by a low boiling point, which causes their volatility. Therefore, the boron content in the composition of the undercoat, which has a positive effect on wettability, is significantly reduced.

Электронно-микроскопическими исследовани ми на микроанализаторе установлено , что в подслое покрыти титан присутствует как в твердом растворе, так и в виде сложных соединений типа борогидридов Til., где ,5-4, образующих сложные комплексы с твердыми неметаллическими включени ми. Это способствует увеличению прочности сцеплени подсло с поверхностью стенки на отрыв. Гид- РИДЫ титана увеличивают адгезию твердых неметаллических частиц (нитридов , карбонитридов и силицидов) кBy electron microscopic studies on a microanalyzer, it was found that in the underlayer of the coating titanium is present both in solid solution and in the form of complex compounds such as boron hydrides Til., Where, 5–4, forming complex complexes with solid non-metallic inclusions. This contributes to an increase in the adhesion strength of the sublayer with the wall surface at tearing. Titanium hydrides increase the adhesion of solid non-metallic particles (nitrides, carbonitrides and silicides) to

На очищенную поверхность из газообразной среды нанос т слой покрыти 0,03-0,05 мм толщиной. Материалом этому покрытию служит механическа смесь 15-40% ферротитана и 60-85% самофлюсующегос сплава на основе никел ПГ-ХН80СР4, механическа смесь представл ет собой порошок.A layer of coating 0.03-0.05 mm thick is applied to the cleaned surface of the gaseous medium. The material used for this coating is a mechanical mixture of 15-40% ferrotitanium and 60-85% of a self-fluxing nickel-based PG-XH80CP4 alloy, the mechanical mixture is a powder.

На промежуточное покрытие (подслой ) нанос т аналогичным образом основное покрытие, т.е. из газообразной среды расплавленным металлом заполн ют объем коррозионной каверны . В качестве материала основ еталлам, в которых они присутствуют , в св зи с чем они вход т в состав некоторых припоев -дл соединени керамических деталей с металлическими. В св зи с тем, что с уменьшением температуры покрыти существенно уменьшаетс растворимость водорода в матрице, роль титана в композиции возрастает в результате его высокой способности св зывать атомарный водород в виде твердого раствора внедрени . Это способствует уменьшению водородной хрупкости металла покрыти . {Гаилучшее сочетание физико-механических свойств подсло , наносимого газотермическим способом, обеспечиваетс при введении в самофлюсующийс сплав совместно с титаном и бором 3,1-5,5 вес. % кремни . Как и титан, кремний повьш1ает устойчивость бора к продуктам ионизации природного газа, но при более высоких температурах столба плазмы, что подтверждаетс результатами испытаний подсло . Сущность газотермического способа ремонта поверхности заключаетс в следующем. После сн ти защитного сло с емкости и обнаружени на ней коррозионных дефектов поверхность зачищают газоабразивным методом с использованием электрокорунда, определенной фракции песка или остроугольной чугунной крошки. Дл меньшего расхода абразивного материала и повторного его использовани газоабразивную обработку поверхности ведут в камере , котора либо прижимаетс к месту зачистки, либо крепитс к емкости. В качестйе установки дл подачи струи воздуха под давлением испрльзуют передвижной компрессор 0-38М. ного покрыти служит металлический порошок и проволока из стали ст. 3 45, СВО 8Г2С и 17Г1СУ. В качестве образцов служат материалы железнодорожных цистерн, резервуаров больших объемов и трубы магистральных газопроводов и продуктопроводов (стали 09Г2С, 16ГФР, 17Г1СУ и . ЮХНДП). Когда коррозионные дефекты запол н ют металлом и толщина стенки ем кости принимает первоначальную вели чину, тогда на восстановленную поверхность нанос т коррозионностойкое покрытие: алюминий либо никельалюминиевый термореагирующий сплав Этот слой наноситс до полного закрыти поверхности и толщина его ко леблетс в пределах 0,08-0,15 мм. Основным требованием, предъ вл емым к восстановленным при ремонте детал м или элементам конструкции, вл етс сохранение прочностных характеристик или физико-механических свойств. Поэтому после нанесени покрытий на материалы емкостей изготавливают образцы дл определени механических свойств, а также провод т металлографические исследо вани по определению качества сцеплени покрыти с основным металлом и сплошности покрыти . Испытани провод т следующим образом. Вырезают участки труб, поврежден ные коррозией, на глубину 30-70% толщины трубы. Трубы, выполненные из сталей 09Г2С, 10ХНДП (материал резервуара емкости) и 17Г1СУ, берут с газопров дов с широким диапазоном толщин ( 5-30 мм). Участки площадью 300x400 - 500 м подготавливают газоструйной обработ кой к нанесению покрыти на установке напылени в плазме продуктов сгорани природного газа. В качестве материала покрыти используют композицию в виде механической смеси порошков ферротитана с содержанием титана не менее 28 вес.% и самофлюсующегос сплава на никелевой основе марки ПГ-ХН80СР4 в соотно шении самофлюсующийс сплав 36 ПГ-ХН80СР4 60-85% и ферротитан марок ТиО и Ти1 15-40 вес.%. Провод т изучение структуры покрыти и его сплошности, определ ют механические свойства материалов труб и резервуаров емкостей без покрыти и с покрытием, нанесенным на участки, поврежденные коррозией (в частности, прочность сцеплени , предел текучести , предел прочнрсти, относительное удлинение), а затем провод т химический анализ состава газов продуктов сгорани при нанесении композиции дл оценки соответстви допускаемым требовани м производственной санитарии . Исследовани структуры и механических свойств, проведенные на стандартных образцах и косых шлифах, показали , что подслой, нанесенный на основе композиции самофлюсующегос сплава ПГ-ХН80СР4 и ферротитана марок ТиО и Ти1 в указанных соотношени х , представл ет собой однородный по структуре материал. На границах материал емкости - подслой - основное покрытие не наблюдаетс пор и других микродефектов, которые могли бы привести к нарушению сплошности материала или витьс концентраторами напр жений. Анализ механических свойств покрыти проводитс на образцах с толщиной подсло композиции 0,03- 0,05 мм в интервале изменени исходного состава композиции по ведущим элементам, вес.%: титан 4,2-13,8; кремний 3,1-5,5; бор 1,5-3,4. Результаты механических свойств покрытий, нанесенных по предлагаемому способу , сравниваютс с результатами аналогичных испытаний покрытий, полученных при нанесении композиции, содержащей указанные элементы в следующих количествах, вес.%: титан 0; 2,9; 3,5; 14,4; кремний 3,0; 5,6; бор 1,3; 3,5; 3,9. В табл. 1 приведены результаты механических испытаний образцов из различных сталей с покрыти ми, нанесенными в продуктах сгорани природного газа (ферротитан с 28,4 вес.% Ti)An intermediate coating (sublayer) is similarly applied to the base coating, i.e. From the gaseous medium, the volume of the corrosion cavity is filled with molten metal. As the base material, etallam, in which they are present, in connection with which they are part of some solders - joining of ceramic parts with metal parts. Since the solubility of hydrogen in the matrix significantly decreases with a decrease in the coating temperature, the role of titanium in the composition increases as a result of its high ability to bind atomic hydrogen in the form of an interstitial solid solution. This helps to reduce the hydrogen embrittlement of the coating metal. {The best combination of the physicomechanical properties of the underlayer, applied by the gas-thermal method, is provided when introduced into the self-fluxing alloy together with titanium and boron 3.1-5.5 wt. % flint. Like titanium, silicon increases boron resistance to natural gas ionization products, but at higher temperatures of the plasma column, which is confirmed by the results of tests of the sublayer. The essence of the gas-thermal surface repair method is as follows. After removing the protective layer from the container and detecting corrosive defects on it, the surface is cleaned using an abrasive gas abrasive method using electrocorundum, a certain fraction of sand or an acute angular cast iron crumb. To reduce abrasive consumption and reuse it, gas abrasive surface treatment is carried out in a chamber that either presses against the stripping site or is attached to a container. As a unit for supplying a jet of air under pressure, a mobile 0-38M compressor is used. metal powder and steel wire st. 3 45, SVO 8G2S and 17G1SU. The samples are railway tank materials, large volumes of tanks, and pipelines of gas and product pipelines (steel 09G2S, 16GFR, 17G1SU, and YuKHNDP). When corrosion defects are filled with metal and the wall thickness of the bone takes the original value, then a corrosion-resistant coating is applied to the restored surface: aluminum or nickel-aluminum thermo-reactive alloy This layer is applied until the surface is completely covered and its thickness is within 0.08-0 15 mm. The main requirement for parts or structural elements repaired during repairs is the preservation of the strength characteristics or physicomechanical properties. Therefore, after coating the container materials, samples are made to determine the mechanical properties, and metallographic studies are carried out to determine the quality of adhesion of the coating to the base metal and the continuity of the coating. The tests are carried out as follows. Pipe sections damaged by corrosion are cut to a depth of 30-70% of the pipe thickness. Pipes made of steel 09G2S, 10HNDP (tank material tank) and 17G1SU, taken from gas pipelines with a wide range of thicknesses (5-30 mm). Areas with an area of 300x400 - 500 m are prepared by gas-jetting for coating on a sputtering unit in the plasma of combustion products of natural gas. The coating material is a composition in the form of a mechanical mixture of ferrotitanium powders with a titanium content of at least 28 wt.% And a self-fluxing nickel-based alloy of the PG-XH80CP4 brand in the ratio of the self-fluxing 36-85-HPH4CP4 alloy of 60-85% and the ferrotitanium of TiO and Ti1 15-40 wt.%. A study of the structure of the coating and its continuity is carried out, the mechanical properties of pipe materials and reservoirs of uncoated containers and coated on areas damaged by corrosion (in particular, adhesion strength, yield strength, tensile strength, elongation), and then the wire are determined. t chemical analysis of the composition of the gases of the combustion products during the application of the composition to assess compliance with permissible industrial hygiene requirements. Studies of the structure and mechanical properties carried out on standard specimens and skews showed that the sublayer deposited on the basis of the composition of the self-fluxing PG-XH80CP4 alloy and the ferrotitanium of the TiO and Ti1 grades in the indicated ratios is a homogeneous structure. At the boundaries of the material of the container - underlayer - the main coating is not observed pores and other microdefects, which could lead to a discontinuity of the material or curved voltage concentrators. The analysis of the mechanical properties of the coating is carried out on samples with a sublayer thickness of the composition of 0.03-0.05 mm in the interval of variation of the initial composition of the composition according to the leading elements, wt.%: Titanium 4.2-13.8; silicon 3.1-5.5; boron 1.5-3.4. The results of the mechanical properties of the coatings applied by the proposed method are compared with the results of similar tests of the coatings obtained by applying a composition containing these elements in the following amounts, wt%: titanium 0; 2.9; 3.5; 14.4; silicon 3.0; 5.6; boron 1,3; 3.5; 3.9. In tab. 1 shows the results of mechanical testing of samples from various steels with coatings deposited in the combustion products of natural gas (ferrotitanium with 28.4 wt.% Ti)

Т а б п и ц а 1T a b p and c a 1

09Г2С О 100 2 489 10 90 456 501 15 85 525 502 30 70 534 500 40 60 527 506 45 55 472 499 10ХНДП О 100 434 502 10 90 477 507 15 85 545 510 30 70 565 508 40 60 531 508 ,6; ,9 376 23 0,69 ,9; ,5; ,5 388 24 0,71 ,3; ,5; .4 397 24 0,70 ,7; ,5; ,7 401 23 0,72 ,6; ,5; ,3 390 24 0,71 ,8; ,5; ,1 383 23 0,68 ,6; ,9 376 23 0,66 ,9; ,5; ,5 401 24 0,70 ,3; ,5; ,4 400 23 0,66 ,7; ,5; ,7 404 24 0,72 ,6; ,5; ,3 399 23 0,70 45 55 485 508 17Г1СУ О 100 444 488 10 90 475 499 15 85 540 501 30 70 548 500 40 60 538 510 45 55 489 500 В табл. 2 приведены результаты механических испытаний образцов из различных марок сталей с покрыти ми, 09G2S O 100 2 489 10 90 456 501 15 85 525 502 30 70 534 500 40 60 527 506 45 55 472 499 10ХНДП О 100 434 502 10 90 477 507 15 85 545 510 30 70 565 508 40 60 531 508, 6; , 9 376 23 0.69, 9; ,five; , 5 388 24 0.71, 3; ,five; .4 397 24 0.70, 7; ,five; , 7 401 23 0.72, 6; ,five; , 3 390 24 0.71, 8; ,five; , 1 383 23 0.68, 6; , 9 376 23 0.66, 9; ,five; , 5 401 24 0.70, 3; ,five; , 4 400 23 0.66, 7; ,five; , 7 404 24 0.72, 6; ,five; , 3 399 23 0.70 45 55 485 508 17Г1СУ О 100 444 488 10 90 475 499 15 85 540 501 30 70 548 500 40 60 538 510 45 55 489 500 Tab. 2 shows the results of mechanical testing of samples of various steel grades with coatings,

Продолжение табл.1 ,8; ,5; ,Г 400 24 0,70 ,6; ,9 376 27 0,51 ,9;Si 5,5;В-3,5 381250,51 ,3;Si- 5,,4 380250,56 Ti-8,7; ,5; B-2,7 374 24 0,61 ,6; ,5; ,3 389 25 0,58 ,8; ,5; ,1 376 23 0,57 нанесенными в продуктах сгорани ;природного газа (ферротитан с 34,6 вес.% Ti). 09Г2С О 100 428 473 10 90 465 479 518 495 30 70 522 501 40 60 510 503 45 55 488 499 10ХНДП О 100 ;420 490 457 503 15 85 507 512 30 70 5)23 507 40 60 517 510 ,0; ,5 370 . 24 0,65 ,5; ,1; ,3 376 24 0,67 ,2; ,1; ,1 390 25 0,69 ,5; ,2; ,8 387, - 24. 0,68 ,8; ,2; ,5 391 23 0,66 ,4; ,3; ,3 390 22 0,63 Si.3,0; ,5 378 22 0,71 ,5; ,1; ,3 388 23 0,79 ,2; ,1; ,1 404 22 0,70 ,5; ,2; ,8 389 23 0,74 ,8; ,2; ,5 398 24 0,70Continuation of table.1, 8; ,five; , G 400 24 0,70, 6; , 9 376 27 0.51, 9; Si 5.5; B-3.5 381250.51, 3; Si-5; 4 380250.56 Ti-8.7; ,five; B-2.7 374 24 0.61, 6; ,five; , 3 389 25 0.58, 8; ,five; , 1 376 23 0.57 applied in combustion products; natural gas (ferrotitanium with 34.6 wt.% Ti). 09G2S O 100 428 473 10 90 465 479 518 495 30 70 522 501 40 60 510 503 45 55 488 499 10ХНДП О 100; 420 490 457 503 15 85 507 512 30 70 5) 23 507 40 60 517 510, 0; 5 370. 24 0.65, 5; ,one; , 3 376 24 0.67, 2; ,one; , 1 390 25 0.69, 5; , 2; , 8 387, - 24. 0,68, 8; , 2; , 5, 391, 23 0.66, 4; , 3; , 3 390 22 0.63 Si.3.0; 5 378 22 0.71, 5; ,one; , 3 388 23 0.79, 2; ,one; , 1 404 22 0.70, 5; , 2; , 8 389 23 0.74, 8; , 2; , 5 398 24 0.70

11 А5 55 468506 17Г1СУ О 100 456485 10 90 485501 15 85. 511508 30 70 534505 40 60 522500 45 55 493501 11 A5 55 468506 17G1SU About 100 456485 10 90 485501 15 85. 511508 30 70 534505 40 60 522500 45 55 493501

Из результатов проведенных механических испытаний образцов с покрытием следует, что состав композиции 5 из самофлюсующегос сплава ПГ-ХН80СР4 (60-85 вес.%) и ферротитана (1540 вес,%, марок ТиО и Ти1 с содержанием титана 28-35%) обеспечивает наилучшие показатели механических 5° свойств, удовлетвор к цие требовани м эксплуатации. В частности, указанный состав композиции обеспечивает требовани по прочности сцеплени на отрыв, котора должна быть не ниже 55 490 МПа (50 кгс/мм). Поэлементный состав композиции должен находитьс в пределах, вес.%: титан 4,2-13,8;From the results of mechanical testing of coated samples, it follows that the composition of composition 5 from self-fluxing PG-XH80CP4 alloy (60-85 wt.%) And ferrotitanium (1540 wt.%, TiO and Ti1 grades with a titanium content of 28-35%) provides the best indicators of mechanical 5 ° properties, satisfying the requirements of operation. In particular, the composition of the composition provides the requirements for adhesion strength at tearing, which should not be lower than 55,490 MPa (50 kgf / mm). The elemental composition of the composition should be in the range, wt.%: Titanium 4.2-13.8;

1212

12683361268336

Продолжение табл. 2Continued table. 2

кремний 3,1-5,5; бор 1,5-3,4. Примеси вход щие в состав исходных материалов , регламентируютс требовани ми ГОСТа. Оптимальный состав композиции соответствует химсоставу, определ емому соотношением ферротитана в количестве 30 вес.% и самофлюсующего- с сплава 70 вес.%.silicon 3.1-5.5; boron 1.5-3.4. Impurities included in the starting materials are regulated by the requirements of GOST. The optimal composition of the composition corresponds to the chemical composition, determined by the ratio of ferrotitanium in the amount of 30 wt.% And self-fluxing alloy with 70 wt.%.

Анализ состава продуктов сгорани природного газа при нанесении покрыти на основе предлагаемой композиции показал, что он не содержит вредных ( довитых) компонентов (гидрида бора) и удовлетвор ет требовани м эксплуатации участка плазменного нанесени покрытий. ,4; ,3; ,3 389 21 0,68 ,0; ,5 372 26 0,61 ,5; ,1; ,3 372 25 0,62 ,2; ,1; ,1 399 23 0,67 ,5; ,2; ,8 389 24 0,70 ,8; ,2; ,5 387 25 0,65 ,4; ,3; ,3 397 23 0,65An analysis of the composition of the products of combustion of natural gas during coating on the basis of the proposed composition showed that it does not contain harmful (poisonous) components (boron hydride) and satisfies the requirements for operating a plasma coating site. ,four; , 3; , 3 389 21 0.68, 0; , 5, 372 26 0.61, 5; ,one; , 3 372 25 0.62, 2; ,one; , 1 399 23 0.67, 5; , 2; , 8 389 24 0.70, 8; , 2; , 5 387 25 0.65, 4; , 3; 3 397 23 0.65

n1 fiH J f)1 n1 fiH J f) 1

Claims

Claims of the invention on products with gas-thermal. .:; iip

1, Method of reducing natural gas fiery combustion, n sublayer

After their corrosive treatment, 4.2-13.8 wt.% of titanium was introduced, 1.5 s, at which 53.4 wt.% boron and 3.1-5.5 wt.% were worn.

ness pre-applied under-silicon.

nickel based layer containing

2. The method according to claim 1, about tons of l and h kg, chromium, titanium and iron, and then yasch and so that

the sublayer is applied to the coating, the required sublayer is used mechanical mixture

mine to give the product the required yuz 15-40 wt.% ferrotitanium grades

properties, distinguished with TIO and Ti1 and 60-85 wt.% self-fluxing, in order to increase the quality of the 11G-XH80CP4 alloy.

sepia sublayer and noKpi rrHH in flux