способ повышения стойкости стальных трубопроводов к коррозии цементацией

Формула изобретения

Способ цементации стальных труб для трубопроводов, включающий нагрев до температуры 1200-1400°С в углеродсодержащей среде в пламени дуги между двумя графитовыми электродами электродуговой горелки, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев поверхности трубы проводят в течение 5-25 с, при этом к электродам подводят электрический ток 50-250 А, а пламя дуги перемещают по поверхности трубы по винтовой линии виток к витку со скоростью 2-20 мм/с с шагом 0,75-0,8 диаметра пятна нагрева, составляющего 20-25 мм, при этом поверхность трубы располагают на расстоянии 10 мм от концов электродов в зоне действия пламени угольной дуги, а нагретую электрической угольной дугой поверхность трубы на расстоянии 75-100 мм от пламени дуги охлаждают водой, при этом в процессе цементации поддерживают давление в трубе 0,5-0,75 от рабочего давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам повышения стойкости стали к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте.

Известен способ оксидирования стальных изделий, включающий обработку водяным паром, охлаждению до 500°С в среде перегретого пара, а затем на воздухе, отличающийся тем, что с целью повышения коррозионной стойкости покрытия, его сплошности и пластичности, а также интенсификации процесса оксидирование производят термически диссоциированным водяным паром в течение 0,1-1,0 минут (а.с. СССР № 1070211, С23 7/04).

Недостатками способа являются:

1) необходимость получения диссоциированного водяного пара с температурой от 2000 до 3050°С, что требует применения дорогостоящего плазмотрона;

2) сравнительно низкая стойкость образующейся магнетитовой пленки Fe₃ O₄, которая под действием катодной защиты подвергается электрохимическому восстановлению до метагидрооксида железа III [2FeO(OH)] и гидрооксида железа II [Fe(OH)₂], на что уходит не более 5 лет, хотя магнетит и характеризуется пониженной электрохимической активностью.

Известен способ электролизной цементации преимущественно для изделий из алюминиевых и титановых сплавов, включающий выдержку в расплавах карбонатов щелочных металлов при температуре насыщения и заданной плотности тока на катоде, отличающийся тем, что с целью повышения коррозионной стойкости изделий за счет получения карбидов металлов на поверхности изделие выдерживают при 500-600°С и плотности тока на катоде 0,1-1,4 А/м² в расплаве смеси карбонатов лития, натрия и калия (а.с. СССР № 975828, С23С 9/10).

Среди недостатков способа следует отметить:

1) предлагаемый технологический процесс не предусматривает цементации стали, являющейся основным металлом для производства подземных трубопроводов;

2) применение расплава карбонатов щелочных металлов в качестве электролита ограничивает возможности способа и затрудняет обработку крупногабаритных изделий;

3) использование расплавленного электролита при температуре 500-600°С предъявляет требования к герметизации электролизной ванны в целях исключения возможных выбросов ядовитых паров солей лития.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится: 1) способ упрочнения малоуглеродистой стали, включающий нагрев в углеродсодержащей среде до температуры насыщения, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса и сокращения длительности обработки нагрев и выдержку производят в пламени дуги между графитовыми электродами (а.с. СССР № 850735, С23С 11/00).

2) Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев и выдержку производят при 1200-1400°С.

Способ также не лишен недостатков:

1) предлагаемая технология предусматривает обработку только малоразмерных изделий;

2) при эксплуатации трубопровода под давлением возможно растрескивание нанесенного защитного и упрочняющего слоя карбида железа на поверхности трубы, что ускорит коррозионные процессы.

Задачей изобретения является предотвращение коррозионных повреждений наружной поверхности подземного катоднозащищенного трубопровода путем нанесения на его поверхность устойчивого к коррозии и действию кислот и щелочей покрытия.

Поставленная задача достигается способом повышения стойкости стальных трубопроводов к коррозии цементацией, включающий нагрев в углеродсодержащей среде до температуры насыщения, выдержку и охлаждение; с целью упрощения процесса и сокращения длительности обработки нагрев и выдержку производят в пламени дуги между графитовыми электродами при 1200-1400°С, причем нагрев поверхности трубы производят в течение 5-25 с, при этом к электродам подводят электрический ток 50-250 А, а пламя дуги перемещают по поверхности трубы по винтовой линии виток к витку со скоростью 2-20 мм/с с шагом 0,75-0,8 диаметра пятна нагрева, составляющего 20-25 мм, при этом поверхность трубы находится на расстоянии 10 мм от концов электродов в зоне действия пламени угольной дуги, а нагретую электрической угольной дугой поверхность металла на расстоянии 75-100 мм от пламени дуги охлаждают водой, при этом в процессе цементации поддерживается давление в трубе 0,5-0,75 от рабочего давления, создаваемого в процессе ее эксплуатации.

Новые существенные признаки:

1) в целях исключения растрескивание нанесенного защитного и упрочняющего слоя карбида железа на поверхности трубы в процессе ее эксплуатации, цементацию ведут поддерживая давление в трубе 0,5-0,75 от рабочего, создаваемого в процессе ее эксплуатации;

2) для обработки всей наружной (или внутренней) поверхности трубы цементацию ведут методом сканирования, строка за строкой перемещая пламя дуги по поверхности трубы по винтовой линии;

3) нагретую угольной электрической дугой поверхность трубы охлаждают водой в целях интенсификации процесса образования карбидов железа.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.

Получение технического результата изобретения достигается тем, что для осуществления способа нагрев пятна диаметром 20-40 мм на поверхности трубы до температуры 1200-1400°С осуществляют высокотемпературным пламенем электродуговой горелки с двумя графитовыми электродами, установленными под углом 30° друг к другу в течение 5-25 с. Зазор между электродами 4-8 мм. Поверхность трубы находится на расстоянии 10 мм от концов электродов в зоне действия пламени угольной дуги. К электродам подводится электрический ток 50-250 А от сварочного трансформатора. Температура пламени электрической дуги составляет 3000-4000°С. Электродинамическими силами в металл трубы на глубину до 2 мм внедряется атомарный и ионизированный углерод. Пламя дуги перемещается по поверхности трубы по винтовой линии виток к витку со скоростью 2-20 мм/с. В целях интенсификации процесса образования карбида железа, нагретую электрической угольной дугой поверхность металла, на расстоянии 75-100 мм от пламени дуги, охлаждают водой температурой 20°С. Образовавшийся на поверхности трубы плотный слой карбида железа устойчив к коррозии, действию кислот и щелочей и к стресс-коррозии, так как препятствует проникновению в сталь атомарного водорода и имеет прочность 2000 Н/мм².