7 Октября 2010г. в 10:00 на заседании специализированного ученого совета Д 26.182.01 при Институте электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины о адресу: 03680, г. Киев – 150, МСП, ул. Боженко, 11.

Загрузить автореферат

АННОТАЦИЯ

Полещук М.А. Исследование процесса и разработка технологии электро-шлакового литья корпусов фланцевой арматуры высокого давления.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов. - Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению важной народно- хозяйственной задачи - созданию в Украине эффективного промышленного производства с помощью методов электрошлаковой технологии высоко-качественных заготовок корпусов фланцевых задвижек высокого давления, которые используются для добычи нефти и природного газа фонтанным методом.

На основе исследований, проведенных в работе, были созданы два варианта электрошлаковой технологии производства заготовок корпусов задвижек с фланцами на концах патрубков:

• электрошлаковое литье цельнолитых заготовок из сталей разных классов, в том числе, коррозионностойких. При разработке этой технологии экспериментально исследованы закономерности электрошлакового процесса формообразования и литья заготовок сложной геометрии. Получены зависимости длины качественно формируемой центральной части заготовки от удельной мощности, которая выделяется в шлаковой ванне, что позволяет назначать оптимальные электрические режимы, обеспечивающие выплавку цельнолитых заготовок корпусов фланцевых задвижек всех типоразмеров, которые используются при добыче нефти и природного газа. Механические свойства металла цельнолитых электрошлаковых заготовок превышают требования международной спецификации API для оборудования, работающего при давлении до 70 МПа (КП 517), а их анизотропия вдвое меньше, чем у штампованных. Это обеспечивает повышенную надежность эксплуатации литых электрошла-ковых корпусов задвижек во время работы под высоким давлением.
• электрошлаковое литье заготовок из среднеуглеродистых легированных сталей с приплавлением заранее изготовленных патрубков с фланцами. В процессе создания этой технологии экспериментально исследовано влияние начального расположения торцов патрубков относительно стенки кристаллизатора и электрического контакта между ними на качество соединения и образование галтелей постоянного радиуса по всему периметру. Впервые с помощью специально созданной трехмерной математической модели исследовано распределение тока и выделение теплоты в шлаковой ванне. Адекватность модели реальным процессам при заданных граничных условиях подтверждена экспериментально. Установлено, что с началом приплавления патрубков в объеме шлака происходит перераспределение источников тепловыделения. Вблизи торцов патрубков возникают новые зоны интенсивного тепловыделения, интенсивность которого может превышать 10% зоны в подэлектродной области. Определены зависимости интенсивности источников джоулевой теплоты в этих зонах от глубины шлаковой ванны, напряжения на шлаке и диаметров расходуемых электродов, патрубков и кристаллизатора. Полученные зависимости позволили установить оптимальные технологические режимы процесса ЭШЛП, которые обеспечивают стабильный провар торцов патрубков и приплавление их к заготовке без трещин, несплавлений и шлаковых включений.

Установлено полное соответствие требованиям международной спецификации API (КП 517) механических свойств металла в зоне приплавления патрубков заготовок корпусов задвижек из среднеуглеродистой легированной стали 40Х. После закалки с отпуском заготовок впервые обнаружено повышение на 30-50% ударной вязкости металла вблизи линии сплавления по сравнению с исходным металлом патрубка и литым электрошлаковым металлом. При электрошлаковой сварке такого не наблюдается. Установлено, что причиной этого явления является высокая степень гомогенизации металла вблизи линии сплавления, обусловленная длительным пребыванием металла этой зоны при высокой температуре вследствие более растянутого во времени, чем при электрошлаковой сварке, термического цикла ЭШЛП.

Совместно с «ИФ Элтерм» организовано промышленное производство заготовок корпусов задвижек высокого давления с фланцами на концах патрубков, используемых при добыче нефти и природного газа. На первом этапе методом ЭШЛ серийно изготовляли цельнолитые заготовки Ду 80х70 и Ду 50х70 из сталей 38ХМ и 40ХН2М. Эту технологию можно использовать для выплавки цельнолитых заготовок из высоколегированных сталей, применяемых при изготовлении корпусов задвижек в коррозионностойком исполнении. На втором этапе методом ЭШЛП серийно изготовляли заготовки корпусов трех типов Ду 80х70, Ду 50х70 и Ду 65х35 из стали 40Х. Из этих заготовок «ИФ Элтерм» производит задвижки Ду 50х70 и Ду 80х70 для работы при давлении до 70 МПа, а ГП «ЛІКВО» НАК «Нафтогаз України» задвижки Ду65х35 для давления до 35 МПа. Надежность задвижек с литыми электрошлаковыми корпусами подтверждается их успешной эксплуатацией на газоконденсатных месторождениях Украины в течение ряда лет.

Ключевые слова: оборудование высокого давления для добычи нефти и природного газа, заготовки корпусов заслонок с фланцами, электрошлаковое литье заготовок сложной формы, электрошлаковое литье с приплавлением, механические свойства металла, высокая надежность.