Введение к работе
. Актуальность проблемы.
Развитие таких отраслей промышленности, как нефтяная, газовая, химическая, горнодобывающая неизбежно связано с проблемой повышения надежности и долговечности оборудования.
Усложнение условий эксплуатации по мере развития нефтедобывающей отрасли связанных с увеличением пластовых давлений до 1500 атмосфер и температур до 250С, абразивным износом, возрастанием глубины скважин, началом освоения месторождений, продукция которых содержит значительное количество агрессивных компонентов (сероводорода, углекислого газа и др.) ведет к необходимости использования особых коррозионно- и износостойких материалов на основе никеля и кобальта для труб, фланцев, вентилей и другого нефтяного и химического оборудования, а также оборудования контроля технологического процесса.
Изготовление из таких материалов деталей нефтехимического оборудования целиком, вызывает ряд проблем, обусловленных особыми физико-химическими свойствами этих сплавов (химическая сегрегация легирующих элементов, плохая деформируемость ), а также их высокой стоимостью, особенно, для крупногабаритных узлов.
В связи с этим, одним из наиболее перспективным и широко применяемых в нефтехимическом машиностроении и обогатительной технике, в частности, при производстве корпусных деталей фонтанной арматуры, является использование защитных покрытий, нанесенных на поверхности корпуса, изготовленного из конструкционной стали.
Данная работа посвящена исследованию процесса нанесения защитных покрытий из гранул сплавов на никелевой и кобальтовой основе методом горячего изостатического прессования (ГИП), который позволяет соединять разнородные по химическому составу и структуре материалы монолит-порошок в твердой фазе. В результате исследования и разработки технологии были получены биметаллические корпусные детали фонтанной арматуры с илакирующе- силовым слоем различной толщины (от 4 до 10 и более мм.) из коррозионно-стойкого сплава на никелевой основе, нанесенного как на внешние, так и на внутренние поверхности деталей из конструкционной стали, с габаритными размерами от 250 до 750 мм., а также биметаллические детали конусных дробилок, тина «броня», из износостойкого гранулируемого материала на
основе кобальта, нанесенного на конструкционную низко углеродистую сталь.
Сочетание свойств отдельных составляющих биметаллических корпусных деталей с функционально-градиентными свойствами позволяет решить проблемы эксплуатационного характера-иредотвратить коррозионное воздействие и износ основного материала, сохранить высокую коррозионную стойкость к воздействию окружающей среды и значительно снизить стоимость таких деталей по сравнению с деталями такого же типа, изготовленных целиком из антикоррозионных материалов.
Закономерности, полученные в результате исследования являются общими для биметаллических деталей типа корпус, полученных из различного класса материалов- монолитной конструкционной стали с защитным покрытием из гранул методом горячего изостатического прессования.
Цель работы.
Целью данной работы является разработка технологии изготовления методом ГИП биметаллических корпусных деталей из комбинации «конструкционная сталь-покрытие из гранул коррозионпостойких и износостойких материалов» с плакировкой, как внешних, так и внутренних поверхностей для применения в критических узлах запорно-регулирующей фонтанной арматуры и обогатительной техники.
Основные задачи работы.
Необходимость получения корпусных деталей с плакировкой из гранулированных сплавов, надежно защищающей материал конструкционной стали от воздействия коррозии и износа, определяет круг задач, необходимых для решения данной проблемы.
Основными задачами работы явились:
1. Изучение влияния параметров ГИП (температура, давление, время выдержки) на физико-химические свойства соединения «конструкционная сталь фсрритного класса-гранулы никелевого сплава» после горячего изостатического прессования и термической обработки.
1 Ні\'К'міч ч'Сітк-нич м.ірі.і м.ііоі'іі.і іип и пр.чкччс І Mil і. |< І І ІІІ'ІІІІ.ІМІІ (> 11 iilkci МІМНЧСі.МІМИ ІІКЧІСІИ.ІММ II «ЧІСПІч.І К.І'К'С І 11.1 U4II.I ОЧЛІШІСНІГІ
-
Оценка влияния деформации корпуса її процессе І ИИ на свойства материала.
-
Изучение закономерностей кинетики формоизменения полых корпусных деталей из материалов с различными соотношениями толщины стенки корпуса и плакировки.
-
Обоснование и разработка конструкции пластически деформируемого инструмента (капсулы), с учетом того, что корпус будущей детали является внешней частью капсулы, обеспечивающей получение деталей с плакирующе- силовым слоем из гранул нанесенного на внешние и внутренние поверхности деталей сложной конфигурации при условии сохранения внешней геометрии корпуса. Разработка схемы соединения отдельных элементов корпуса в целиковое изделие через «порошковый каркас».
-
Разработка комплексной технологии изготовления биметаллических корпусных деталей из конструкционных сталей ферритного класса с антикоррозионными и износостойкими покрытиями методом ГИП.
Научная новизна.
1.Обосновано влияние технологических параметров на структуру и свойства зоны соединения при плакировании конструкционной стали гранулами никелевого сплава и выявлен характер разрушения биметаллического соединения.
2. Определены закономерности образования зоны соединения в процессе ГИП для различного класса материалов основы и плакировки с отношением прочности 1/1... 10/1. Установлены две схемы образования соединения монолит-гранулы, определяющие качество получаемого биметалла.
3.Определена кинетика формоизменения при плакировании полых биметаллических корпусных деталей с различным соотношением толщины стенки и плакирующего слоя. Выявлены особенности, характерные для формоизменения толстостенных корпусов.
4.Показана принципиальная возможность пластической деформации при горячем изостатическом прессовании и разработана
схема, позволяющая осуществить деформацию деталей в газостате. Исследована зависимость свойств от величины накопленной деформации.
5.Разработана и изучена схема соединения отдельных (литых или деформированных) элементов корпуса в целиковое изделие за счет использования в конструкции, порошковых прослоек, обеспечивающих качество соединения между отдельными элементами.
Практическая значимость.
На основании результатов исследований разработана технология производства биметаллических корпусов, (сталь 30 ХМЛ(А)-гранулы сплава ЭП 74ІНП), прошедших натурные испытания на Астраханском месторождении нефти и газа в г. Аксарайске. Освоена вся номенклатура корпусных деталей фонтанной армапры с плакировкой из гранулируемого сплава на никелевой основе методом ГИП, с размерами от 250 мм. до 750 мм. Проведение натурных испытаний не показало каких-либо отклонений от исходного состояния биметаллического корпуса.
Па основании разработанной технологии изготовлены
биметаллические детали конусной дробилки типа «броня» (сталь 45-
гранулы сплава Стеллит-12), используемые в обогатительной
технике, ресурс работы которых в 4-5 раз превысил ресурс
эксплуатации деталей, изготовленных из обычных
инструментальных сталей.
Публикации и апробация работы.
Основные положения работы представлены в 7 печатных работах.
По материалам диссертационной работы сделано 5 докладов на отраслевых и международных конференциях
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка использованной литературы.