Трубы из нержавеющей стали

Технология термической обработки труб

 

В настоящее время большую часть горячекатаных стальных труб изготовляют на металлургических заво­дах как полуфабрикат без какой-либо термической обра­ботки после прокатки. В ряде случаев такие трубы не обладают необходимыми эксплуатационными свойства­ми и их подвергают упрочняющей термической обработ­ке при изготовлении деталей и конструкций на машино­строительных заводах. Имеется тенденция осуществле­ния упрочняющей термической обработки труб непос­редственно на металлургических заводах. Это дает большие экономические выгоды, так как позволяет не только получать готовые трубы с требуемыми эксплуа­тационными свойствами, но и во многих случаях снижать расход металла путем повышения их прочности.

Механические свойства горячека­таных труб обще­го назначения из углеродистых и не­которых легиро­ванных сталей (20Х, 40Х, ЗОХГСА, 15ХМ, ЗОХМА и 12ХН2) предусмот­рены ГОСТ 8731 - 66, а труб из дру­гих сталей — техни­ческими услови­ями.

Трубы, предназначенные для обработки в камерных печах, укладывают на бугеля рядами. Собранный пакет с помощью загрузочной машины помещают в печь. Ско­рость нагрева не ограничивается. В зависимости от тем­пературы нагрева (700 - 900°С), числа рядов в пакете и толщины стенки труб продолжительность периода подъ­ема температуры может изменяться от 20 мин (одноряд­ная укладка при толщине стенки менее 1 мм) до 160 мм четырехрядная укладка труб с толщиной стенки более 12 мм). Продолжительность выдержки в зависимости от количества рядов и толщины стенки труб можно опреде­лить, пользуясь рис. 7.7. При обработке толстостенных труб с толщиной стенки более 10 - 12 мм про­должительность выдержки достигает 6 - 8 ч и более.

 

Трубы общего назначения из углеродистых и легированных сталей

Горячекатаные трубы

Обычно требуемые в состоянии поставки механичес­кие свойства горячекатаных труб обеспечиваются химическим составом стали и технологическим процессом прокатки. При несоответствии этих свойств требованиям ГОСТа или технических условий проводят термическую обработку: отжиг, нормализацию, отпуск. Для повышения механических свойств труб из углеродистых сталей применяют нормализацию. В случае завышенных меха­нических свойств и твердости после прокатки трубы подвергают отжигу или отпуску. табл. 7.1 приводятся температурные режимы тер­мической обработки горячекатаных труб из некоторых конструкционных сталей.

Холоднокатаные и холоднотянутые трубы

Холоднокатаные и холоднотянутые трубы подвергают термической обработке в процессе изготовления, когда они имеют промежуточные размеры, и в готовом виде.

Исходной заготовкой при получении холоднокатаных и холодяотянутых труб служат передельные горячеката­ные. Передельные трубы из низкоуглеродистых и нержа­веющих аустенятных сталей, как правило, обладают не­обходимой пластичностью после горячей прокатки и по­тому не нуждаются в термической обработке перед хо­лодной прокаткой и протяжкой.

Готовые холоднокатаные и холоднотянутые трубы из углеродистых и легированных сталей должны иметь рег­ламентированные механические свойства (ГОСТ 8733 - 66). С этой целью проводят окончательную термическую обработку.

 

Трубы из нержавеющей стали

 

Горячекатаные трубы из нержавеющей стали (ГОСТ 9940 - 62) подвергают термической обработке в случае получения неудовлетворительных результатов при испытаниях механических свойств или на межкристаллитную коррозию. Трубы из высокохромистых сталей Х28 и Х25Т отжигают при 800 - 830° С с охлаждением в воде. Для труб из хромоникелевых сталей типа Х18Н9 применяют закалку с нагревом до 1030 - 1080° С ч ох­лаждением в воде или на воздухе (тонкостенные трубы).

Термической обработке подвергают также все бес­шовные холоднокатаные, холоднотянутые и теплокатаные трубы из нержавеющих сталей (ГОСТ 9941-62). Режимы промежуточной и окончательной термической обработок в основном одинаковые.

Трубы из сталей типа 1Х13, 2Х13, Х17 и ОХ17Т отпускают при 766 - 780°С. Трубы из хромониклевых сталей типа Х18Н9 подвергают закалке с нагревом до 1000 - 1150°С. Температура закалки в указанном интер­вале определяется маркой стали и способом изготовле­ния труб. Холоднокатаные трубы следует нагревать при­мерно на 100°С выше, чем холоднотянутые. Это объясня­ется тем, что степень деформации при прокатке труб больше, чем при протяжке, и прочностные свойства, у катаных труб, после рекристаллизационного нагрева по­лучаются выше, чем у тянутых. Требования же по механическим свойствам, предъявляемые к трубам обоих типов, одинаковые и достигаются при нагреве холодно­катаных труб до 1100 - 1150°С и холоднотянутых до 1000 - 1050°С с последующим охлаждением на воздухе. Теплокатаные трубы из стали Х18Н10Т рекомен­дуется нагревать до 1050 - 1070°С с охлаждением на воздухе.

Электросварные трубы из стали Х18Н9Т в результате структурных изменений, происходящих в зоне сварного шва, приобретают склонность к межкристаллитной кор­розии. Повышение коррозионной стойкости таких труб достигается печным нагревом до 1150°С с последующим охлаждением в воде. Такие же результаты получаются при нагреве т. в. ч. до 1250 - 1300°С с выдержкой 5 - 6 сек и охлаждением в воде. Стабилизирующий отжиг при 870—920°С в течение 2 ч в дополнение к этому уст­раняет коррозионное растрескивание труб в хлоридах.

 

Котельные трубы

Котельные трубы изготовляют из сталей 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФБ, 12Х2МФСР, Х18Н12Т и др.

Одним из основных факторов, определяющих жаро­прочность и, следовательно, долговечность котельных труб, является структура металла. Критерием оценки жаропрочности для труб из аустенитных сталей типа Х18Н10Т и Х18Н12Т является величина аустенитного зерна. Установлено, что наибольшей длительной прочностью при 550 - 600°С обладают стали с зерном 6 - 4-го балла. Однако получение стали с величиной зерна, регламентированной в таких узких пределах, в промышленных условиях вызывает серьезные затруднения, так как для этого требуется нагрев в узком интервале температур и точное соблюдение продолжительности выдержки. При термической обработке холоднокатаных труб из сталей Х18Н10Т и Х18Н12Т в проходных роликовых печах скоростного нагрева удается получить регламентированную величину зерна в пределах 7- 3-го балла.

Оптимальная макроструктура, обеспечивающая наи­более высокую жаропрочность котельных труб из стали 12Х1МФ перлитного класса, должна состоять из ферри­та и отпущенных продуктов распада аустенита с кар­бидными выделениями по границам и внутри ферритных зерен. Такая структура получается после нормализации от 980°С и отпуска про 740 - 760°С в течение 3 ч. Повы­шение температуры до 800 - 830°С приводит к коагуля­ции карбидных частиц, и в результате предел длитель­ной прочности снижается. Отжиг также дает снижение свойств вследствие образования более грубодисперсной структуры.

В литературе приводятся сведения, основанные на экспериментах и статистических данных, о том, что сталь 12Х1МФ мартеновской выплавки несколько более устойчива против отпуска, чем сталь электровыплавки. Поэтому одинаковые результаты по структуре получа­ются, если нормализованные трубы мартеновской стали отпускать при 720 - 750°С в течение 3 ч, а трубы из электростали — при 700 - 730°С в течение 1 ч.

 

Подшипниковые трубы

 

Трубы из шарикоподшипниковой стали в состоянии поставки должны иметь не только определенные механические свойства (ГОСТ 800 - 55), но и структуру зернистого перлита. Участки пластинчатого перлита и карбидная сетка недопустимы. Для получения требуемой микроструктуры горячекатаные трубы подвергают отжигу. Твердость отожженных труб должна быть в пределах 179 - 207 НВ. Холоднокатаные трубы поставляют неотожженными, если твердость их не превосходит 269 НВ. В случае более высокой твердости необходим отжиг или — высокий отпуск.

Для предотвращения окалинообразования и обезуглероживания практикуют отжиг подшипниковых труб в печах с защитной атмосферой.

При необходимости снижения твердости холоднокатаных труб до нормы, предусмотренной ГОСТом (269 НВ), можно применить индукционный нагрев. Как показали опыты, требуемая стандартом твердость достигается уже при нагреве т. в. ч. до 600°С.

Для устранения карбидной сетки в трубах из шарикоподшипниковой стали применяют нормализацию с нагревом до 850 - 870°С. Ускоренное охлаждение, необходимое для предотвращения карбидной сетки, достигается обдувкой труб с помощью вентиляторов или водяным охлаждением с помощью спрейеров, устанавливаемых в посредственно за печью. Использование проходных роликовых печей для нормализации может оказаться экономически невыгодным, так как такой обработке подвергается незначительная часть всех труб, а перестройка режима вызывает длительные горячие простои печи.

 

Нефтяные трубы

К нефтяным трубам относятся бурильные, обсадные (для предохранения скважин от обрушения) и насосно - компрессорные (для транспортировки нефтепродуктов на поверхность). Особенность конфигурации таких труб — утолщение концов, что необходимо для повышения их прочности в местах резьбовых соединений.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации (глубина бурения, характер породы и др.) к нефтяным трубам предъявляют различные требования по прочности. Для бурильных и насоснокомпрессорных труб ГОСТ 631- 63 и 633 - 63 предусмотрено пять категорий прочности имеющих условные обозначения: Д, К, Е, Л, М, а для обсадных труб (ГОСТ 632 - 64) - семь категорий: С, Д, К, Е, Л, М, Р. В соответствии с этим минимальной значение предела текучести изменяется от 320 Мн/м² (32 кГ/мм²) для категории С до 1100 Мн/м² (110 кГ/мм²) - для категории Р.

Химический состав сталей для труб нефтяного сор­тамента не оговорен ГОСТами. Наиболее часто в отечественной промышленности для этих труб применяют стали марок 35, 45, 36Г2С, 38ХА, ЗОХГС, 38ХНМА, 40ХГР и др. В зависимости от химического состава ста­ли и требуемых свойств трубы подвергают различным видам упрочняющей термической обработки: нормали­зации, закалке с отпуском и нормализации с отпуском.