Закалка от температуры 800-1000ºС при обычном нагреве с выдержкой практически не изменяет предела прочности и предела текучести.

Ударная вязкость и относительное сужение достигают наиболее высоких значений после закалки от 840ºС. Дальнейшее повышение температуры закалки ведет к понижению пластичности.

Скоростная термическая обработка позволяет получать механические свойства даже несколько более высокие, чем при обычной термической обработке, однако температура нагрева при скоростной закалке должна быть несколько более высокой.

Гладкие обсадные и другие трубы при скоростной закалке подвергают только наружному струйному охлаждению.

Из стали низколегированной марки 36Г2С путем скоростного нагрева в сочетании со струйным охлаждением можно получать трубы марок Л и М.

Трубы размером 73х9х7000мм из стали 36Г2С химического состава С=0,38%, Mn=0,54%, Si=1,52%, P=0,028%, S=0,023%, Cr=0,09%, Ni=0,10% нагревали под закалку в секционной печи со скоростью 4,6 –5,0 град/сек до температуры 860-870ºС.

Охлаждение водой осуществляли в спреере соплового типа. Длина спреера и давление воды обеспечивали охлаждение труб до комнатной температуры за время прохождения их через спреер.

Скорость нагрева труб в секционных печах под отпуск 5,5-6,5 град/сек. Температура отпуска 660ºС. Охлаждение после отпуска на воздухе.

Все обработанные указанным способом трубы удовлетворяли требованиям стандарта марки М (95%) и марки Л (5%) по всем характеристикам механических свойств, за исключением предела прочности.

У основной массы труб (75% из стали 36Г2С) предел текучести превышал 833,6 Мн/м2 (85 кг/мм2), а характеристики пластичности и ударной вязкости не только соответствовали требованиям стандарта для сталей Л и М, но в большинстве случаев значительно превышали их.

Относительное удлинение для 88% из стали 36Г2С было выше 16%, ударная вязкость для 90% труб выше 8,82 Мдж/м (9кг*м/см2).²

Типичной микроструктурой металла труб после термической обработки является сорбит отпуска. Вследствие недостаточного нагрева труб под закалку иногда наблюдалась структура сорбита с ферритной составляющей по границам аустенитных зерен.

Высокая температура горячей деформации труб приводила к крупнозернистой структуре металла труб (балл 2-3), представляющей собой перлит с ферритной сеткой по границам аустенитных зерен. Такая исходная структура затрудняет аустенизацию стали при скоростном нагреве под закалку. Для улучшения качества термообработанных труб целесообразно горячекатаные трубы перед закалкой подвергать нормализации.

Увеличение давления и расхода охлаждающей воды при одностороннем охлаждении не дает положительного эффекта.

Опытные данные показали, что двустороннее охлаждение в спреере обеспечивает сквозную прокаливаемость концов обсадных труб и дает возможность получать из стали 36Г2С обсадные трубы марки Л и М, а из стали Д трубы марки Е и К.

Уменьшение механических свойств высаженных концов термически обработанных труб объясняется не только изгибом волокон, что имеет место и в трубах просто нормализованных, но также и возможной неполной прокаливаемостью стенок. Однако, как показали исследования, в условиях достаточного нагрева и охлаждения при скоростной термической обработке можно получить трубы, у которых механические свойства тела трубы и высаженных концов будут равномерными и достаточно высокими. Этому в значительной мере способствует нормализация обсадных труб перед окончательной термической обработкой, которая измельчает зерно стали, выросшее в процессе высадки. Более дисперсная структура металла, как известно, ускоряет его аустенизацию при нагреве, что особенно важно при скоростной термической обработке.

Предварительная нормализация повышает прочностные характеристики высаженных концов примерно на 10%, а характеристики пластичности – на 40-60%.

Нагрев токами высокой частоты, закалка в спреере. Установка для закалки состоит из индуктора для нагрева движущейся трубы под закалку. Нагретый участок трубы охлаждается в спреере вращающимся потоком воды, установленным непосредственно за индуктором. Отпуск закаленного участка трубы производится также путем нагрева токами высокой частоты во втором индукторе, находящемся за спреером. Труба при термообработке движется горизонтально со скоростью примерно 1 м/мин.

Для уменьшения осевого искривления труб последние приваривают друг к другу в непрерывную полосу.

Такой термической обработке подвергали обсадные трубы диаметром 168 и 141 мм с толщиной стенки 8-14 мм из стали марки 36Г2С. Скоростной нагрев проводили на частоте 2500 гц.

Температура нагрева под закалку составляла 850-950ºС, температура отпуска 500-725ºС в зависимости от марки стали и толщины стенки трубы.

После термической обработки значительно повышаются не только запас прочности труб, но их пластические свойства. Недостатком такой установки является низкая ее производительность.[2]

5.3.Термическая обработка концов труб

Недостатком муфтовых резьбовых соединений обсадных труб является ослабленное тело трубы в нарезке.

Одним из способов достижения равнопрочности является упрочнение концов самой трубы при помощи термической их обработки.

Технологию упрочнения концов труб ведут путем нагрева всей трубы с последующей закалкой концов в спреерной установке. В этом случае концы труб подвергают закалке, а всю остальную часть трубы – нормализации.

По другой технологии нагревают только концы труб с последующей их закалкой.

При нагреве под закалку только концов труб наблюдаются две переходные зоны: зона перехода от закалочного участка к нормализованному (температура выше Ас3) и зона с градиентом температур критического интервала и высокого отпуска. Вторая переходная зона характеризуется снижением прочностных свойств примерно на 5-12%, по отношению к исходным при одновременном повышении относительного удлинения и относительного сужения.[2]

6.Термомеханическая обработка обсадных труб

В последнее время получают развитие новые технологические процессы комбинированного термомеханического воздействия на структуру и свойства обсадных труб, позволяющие значительно улучшить их эксплуатационные характеристики и обеспечить существенную экономию металла в народном хозяйстве.

На линии для комбинированного высокотемпературного термомеханического упрочнения обсадных труб горячекатаные трубы-заготовки после прокатки на автоматстане поступают на входную сторону раскатных станов и прокатываются здесь до необходимого по технологии размера. Существующие раскатные станы в соответствии с результатами проведенных ранее исследований заменяются более мощными двухвалковыми с осевой выдачей раската для осуществления прокатки с обжатиями по толщине стенки до 20%(вместо 3-5%на существующих станах).

После раскатки трубы подвергают закалке в спрейерных охлаждающих устройствах, совмещенных с оборудованием выходной стороны раскатных станов. Трубы, имеющие температуру на выходе в раскатные станы, более низкую, чем задано по технологии ВТМО, после охлаждения автоматически исключаются от потока высокопрочных труб и сбрасываются в карман. Закаленные трубы с выходной стороны станов поступают на центральный рольганг и перекладывателем через устройство для слива воды направляются на выходной рольганг отпускной печи с шагающими балками (с поперечным перемещением труб). Эта печь (с газовым обогревом) имеет две технологические зоны: нагрева и выдержки. Топливо сжигают в специальных, вынесенных из рабочего пространства надсводовых топках с рециркуляцией разбавленных продуктов сгорания в рабочем пространстве печи. Конструкция шагающих балок предусматривает перекатывание труб не только на рабочем, но и на холостом ходу балок, что обеспечивает равномерный нагрев труб по периметру. Шагающие балки стационарные и не охлаждаются.