ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Стальную трубу из малоуглеродистой стали размещают на специальном устройстве в вертикальном положении (преимущественно в подвешенном состоянии) и помещают в электропечь. При необходимости к трубе прикладывают дополнительно растягивающие осевые усилия для сохранения при дальнейшей обработке прямолинейности изделия.

Во внутреннее пространство трубы с помощью специальной газоподводящей системы подают газовую смесь, состоящую из неразбавленного природного газа с добавкой 10-20% газообразного аммиака, и нагревают ее до температуры 980-1150 ⁰С. При добавке к природному газу менее 10% аммиака в структуре упрочняемого металла не образуется карбонитридного подслоя, что снижает износостойкость и долговечность изделия в процессе его эксплуатации. При добавке к природному газу более 20% аммиака в структуре упрочняемого металла появляются поры, обусловленные избытком атомарного азота, превышающим предел его растворимости в стали, что снижает качество и износостойкость металла. Нагрев трубы в процессе нитроцементации до температуры ниже 980 ⁰С снижает скорость диффузии углерода в сталь, что приводит к повышению длительности процесса нитроцементации и снижению производительности обработки изделий. Нагрев трубы до температуры выше 1150 ⁰С приводит к расплавлению металла упрочняемой поверхности и образованию эвтектической структуры, снижающей качество изделия и ухудшающей прочностные свойства металла. При нагреве трубы до данной температуры природный газ и аммиак диссоциируют внутри трубы на атомарный углерод, атомарный азот и водород. Атомарный углерод и атомарный азот диффундируют в металл обрабатываемой поверхности трубы, а водород и отработанный газ отводят из трубы с противоположного ее конца наружу и утилизируют.

При насыщении металла внутренней поверхности трубы на заданную глубину и достижении необходимой концентрации углерода и азота в металле трубу вместе с печью охлаждают до температуры 780...850 ⁰С, после чего проводят закалку путем окунания трубы в бак с водой или другой охлаждающей жидкостью с последующим низкотемпературным отпуском при температуре 150...200 ⁰С. Закалка с температуры ниже 780 ⁰С приводит к образованию менее износостойких составляющих структуры нитроцементованного слоя, что снижает долговечность изделия в процессе его эксплуатации. Закалка с температуры выше 850 ⁰С приводит к образованию трещин в высокоуглеродистом нитроцементованном слое, что снижает качество и долговечность труб. Поэтому для предотвращения образования трещин в слое высокоуглеродистого сплава, склонного к самозакаливанию на воздухе при определенных условиях, проводят медленное охлаждение трубы вместе с печью в интервале температур 1150...850 ⁰С.

Таким образом, предлагаемый способ химико-термической обработки металла внутренней поверхности стальных труб по сравнению с прототипом, позволяет повысить более чем в 2 раза износостойкость металла абразивному износу при трении скольжения без смазки; повысить качество изделий за счет снижения кривизны труб; сократить длительность процесса ХТО; снизить эксплуатационные расходы за счет увеличения срока службы труб.

Способ может использоваться при производстве износостойких труб, работающих в условиях абразивного изнашивания, например, при транспортировании по трубопроводам абразивных твердых материалов (песок, щебень, зола, гравийно-песчаные смеси и др.) в различных отраслях промышленности, а также при упрочнении стальных изделий, подверженных интенсивному износу (например, цилиндров штанговых глубинных насосов).