RU2034050C1

RU2034050C1 - Straight seam electric welded pipes thermal treatment method

Info

Publication number: RU2034050C1
Authority: RU
Inventors: А.Б. Калинин; А.А. Конышев; Б.Ф. Антипов; И.В. Ефимов; Н.В. Пейганович; Г.А. Каспирович; С.В. Киселев; А.А. Антонов
Original assignee: Выксунский металлургический завод
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: tube production. SUBSTANCE: they exercise local heating up to exceeding Ac₃ temperature of welding connection processing zone, that is equal to four time thickness of pipe wall, and also exercise heating of pipe sections by width of ± 100 dgr away from seam axis to temperature of 650 - 700 C and following cooling by air. In the case, Zone of heating up to temperature, that exceeds Ac₃, is increased beyond limits of production zone by additional value, that is proportional to decrease of pipe thickness. Between operations of welded connection heating and its cooling by air they introduce additional operation - cooling in steam medium down to temperature of no more than 650 C on outer surface. EFFECT: removal of nonuniform strength, that appears between pipe metal and metal of tempering zone during heating, and increase of pipe quality. 1 tbl

Description

Изобретение относится к трубной промышленности и может быть использовано при термообработке труб, сваренных токами высокой частоты. The invention relates to the pipe industry and can be used in the heat treatment of pipes welded by high frequency currents.

Известен способ термической обработки сварных изделий, в том числе и сварных труб, включающий локальный нагрев сварного соединения с целью его первичной перекристаллизации (Автоматическая сварка, 1966, N 1, с. 13-14). A known method of heat treatment of welded products, including welded pipes, including local heating of the welded joint for the purpose of its primary recrystallization (Automatic welding, 1966, No. 1, p. 13-14).

Указанный способ не позволяет получить высокие механические свойства сварного соединения и гарантировать его качество из-за потери металлом пластичности и возникновения высокого уровня напряжения, что приводит к образованию в зоне термического влияния трещин при испытании на сплющивание и гидроиспытании. The specified method does not allow to obtain high mechanical properties of the welded joint and to guarantee its quality due to the loss of metal ductility and the emergence of a high level of stress, which leads to the formation of cracks in the heat affected zone during the flattening test and hydraulic testing.

Это объясняется наличием химической неоднородности в металле, которая при сварке и термообработке даже в условиях охлаждения на воздухе обуславливает образование в этой зоне мартенситно-бейнитной структуры с пониженной пластич- ностью и ударной вязкостью. This is explained by the presence of chemical inhomogeneity in the metal, which during welding and heat treatment even under cooling in air causes the formation of a martensitic-bainitic structure in this zone with reduced ductility and impact strength.

Известны также способы термообработки труб, в которых эти недостатки ликвидируются последующим отпуском трубы [1-3]
Однако приведенные способы предусматривают объемную термообработку труб, что сопряжено с дополнительными энергозатратами и низкой производительностью. Это объясняется последовательным проведением операции локальной термообработки сварного соединения и объемной термообработки труб.There are also known methods of heat treatment of pipes, in which these shortcomings are eliminated by subsequent tempering of the pipe [1-3]
However, the above methods involve volumetric heat treatment of pipes, which is associated with additional energy consumption and low productivity. This is explained by the sequential operation of the local heat treatment of the welded joint and volumetric heat treatment of pipes.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ термообработки, заключающийся в нормализации сварного соединения и околошовной зоны с одновременным отпуском секторов труб, лежащих по обе стороны от шва в пределах ±100^о [4]
Недостаток способа заключается в том, что нагреву подвергается практически 1/3 часть трубы ( ±100^о от оси шва), что приводит к снижению механических свойств трубы в зоне отпуска, неравнопрочности между основным металлом трубы и металлом в зоне отпуска, а также к повышенному расходу электроэнергии для нагрева участка трубы заданной ширины и снижением производительности, связанным с необходимостью нагрева участка трубы по заданной ширине. Кроме того, мартенситно-бейнитная структура в зоне нагрева, равная 4S, сохраняется.Closest to the proposed technical essence is the heat treatment method, which consists in normalizing the welded joint and the heat-affected zone with simultaneous tempering of pipe sectors lying on both sides of the weld within ± 100 ^° [4]
The disadvantage of this method is that almost 1/3 of the pipe (± 100 ^о from the weld axis) is subjected to heating, which leads to a decrease in the mechanical properties of the pipe in the tempering zone, unevenness between the base metal of the pipe and the metal in the tempering zone, as well as to increased energy consumption for heating a pipe section of a given width and a decrease in productivity associated with the need to heat a pipe section along a given width. In addition, the martensitic-bainitic structure in the heating zone, equal to 4S, is preserved.

Техническим результатом изобретения является устранение неравнопрочности между металлом трубы и металлом зоны отпуска, а также повышение качества труб. The technical result of the invention is to eliminate the unevenness between the pipe metal and the metal of the tempering zone, as well as improving the quality of the pipes.

Предлагаемое техническое решение позволяет за счет расширения зоны нагрева, в зависимости от толщины стенки трубы, а также за счет использования водовоздушной среды в начальный момент охлаждения избежать образования структур мартенсита и верхнего бейнита, обеспечив этим самым оптимальные значения прочности и пластичности сварного шва. The proposed technical solution allows avoiding the formation of martensite and upper bainite structures by expanding the heating zone, depending on the pipe wall thickness, and also by using a water-air medium at the initial cooling moment, thereby ensuring optimal values of strength and ductility of the weld.

Объясняется это тем, что предложенные приемы позволяют снизить скорость охлаждения за счет теплообмена в металле и поддержать ее на таком уровне, который позволяет получить взамен структур мартенсито-бейнитных ферритно-перлитную или промежуточную (в зависимости от расхода пара) структуры с более высокой пластичностью. This is explained by the fact that the proposed techniques allow to reduce the cooling rate due to heat transfer in the metal and maintain it at a level that allows to obtain structures with higher ductility (depending on the steam flow) instead of martensite-bainitic structures or ferrite-pearlite.

Для определения исходной величины h проводится сварка контрольных образцов из металла данной плавки с шириной зоны нагрева, подсчитанной по указанной формуле, где h изначально ширина зоны нагрева (28 мм для стана ТЭСА 140-245). Если контрольные образцы не выдерживают испытания на сплющивание, то из них готовятся шлифы и уточняется ширина зон с ликвацией. Далее h берется как максимальная ширина присутствующей в сваренном металле ликвационной зоны. Затем по формуле уточняется ширина зоны нагрева и индукторы раздвигаются на нужную ширину. To determine the initial value of h, control samples are welded from the metal of this melting with the width of the heating zone calculated according to the specified formula, where h is initially the width of the heating zone (28 mm for the TESA 140-245 mill). If control samples do not withstand flattening tests, then thin sections are prepared from them and the width of zones with segregation is specified. Next, h is taken as the maximum width of the segregation zone present in the welded metal. Then, according to the formula, the width of the heating zone is specified and the inductors are moved apart to the desired width.

Способ осуществляется путем нагрева сварного соединения до температуры выше А_с3 по ширине Н h +

с осью симметрии по центру шва. Полученное физическое значение ширины Н в зависимости от толщины стенки трубы регулируется путем раздвижки индукционных нагревателей влево-вправо в шахматном порядке от оси с пере- крытием центральной зоны, под которой располагается собственно сварной шов.The method is carried out by heating the welded joint to a temperature above A _s3 across the width H h +

with the axis of symmetry in the center of the seam. The obtained physical value of the width H, depending on the thickness of the pipe wall, is regulated by sliding the induction heaters left and right in a checkerboard pattern from the axis with overlapping the central zone under which the weld itself is located.

По окончании нагрева трубы подают в камеру, оборудованную форсунками для подачи пара на поверхность сварного соединения. При этом наружную поверхность сварного соединения охлаждают в водовоздушной среде до не более 650^оС. После этого трубы передают на воздух для дальнейшего охлаждения.At the end of heating, the pipes are fed into a chamber equipped with nozzles for supplying steam to the surface of the welded joint. In this case, the outer surface of the welded joint is cooled in a water-air medium to not more than 650 ^° C. After this, the pipes are transferred to air for further cooling.

Конкретный пример осуществления этого способа термической обработки труб приведен на основании промышленных экспериментов, выполненных на действующем оборудовании трубоэлектросварочного агрегата ТЭСА 140-245, установленном на Выксунском металлургическом заводе в цехе по производству электросварных обсадных труб. A specific example of the implementation of this method of heat treatment of pipes is given on the basis of industrial experiments performed on the existing equipment of the TESA 140-245 pipe-welding unit installed at the Vyksa Metallurgical Plant in the workshop for the production of electric-welded casing pipes.

Опытная партия труб размером 146 х 7,7 мм из стали 22ГЮ в количестве 620 шт. была выпущена с применением предлагаемого способа. После сварки ТВЧ на ТЭСП 140-245 непрерывная труба подавалась в установку локальной термообработки, включающую пять последовательно расположенных плоских индукторов. При величине постоянной технологической зоны нагрева 28 мм полную ширину зоны нагрева определяли как
H 28 +

44 мм.An experimental batch of pipes measuring 146 x 7.7 mm from steel 22GU in an amount of 620 pcs. was released using the proposed method. After welding the high frequency current at TESP 140-245, a continuous pipe was supplied to a local heat treatment unit, including five consecutive flat inductors. With a value of the constant technological heating zone of 28 mm, the total width of the heating zone was determined as
H 28 +

44 mm.

Исходя из этого 4 и 5 индукторы (по ходу движения трубы) сместили в шахматном порядке относительно осевой линии на 8 мм в каждую сторону, таким образом полную ширину зоны нагрева обеспечили 44 мм. Нагрев осуществлялся до 900^оС. На выходе труб из индукторов установил камеру водовоздушного охлаждения, длина которой 8 мм, количество форсунок 240. Охлаждение труб в указанной камере осуществляли в паровой среде при температуре пара 120-130^оС и давлении 1,5 кгс/см². Температура поверхности шва на выходе из водовоздушной камеры составила 620-630^оС. После этого трубы охлаждали на воздухе.Based on this 4 and 5, the inductors (along the pipe) were staggered relative to the center line by 8 mm in each direction, so that the full width of the heating zone was provided by 44 mm. Heating was carried out to 900 ° ^C. At the outlet pipes of the water-air chamber inductors installed cooling, whose length is 8 mm, the number of nozzles 240. The cooling tubes in said chamber performed in the vapor medium at a steam temperature ^of 120-130 C and a pressure of 1.5 kgf / cm ² . The temperature of the joint surface at the outlet of the water-air chamber was 620-630 ^o C. Thereafter, the pipe was cooled in air.

Затем осуществляли выпуск труб в соответствии с известным способом: ширину зоны нагрева брали равной 4S 30,8 мм до температуры 950-1050^оС, а зону ±100^оС от оси шва нагревали до 650-700^оС. Далее трубу охлаждали на воздухе. Количество труб в этом эксперименте 582 шт. размер труб 168 х 7,3 мм.Then carried out the release pipes according to the known method: the width of the heating zone were taken equal 4S 30,8 mm at a temperature of 950-1050 ^{° C,} and zone C ^about ± 100 by weld axis heated to 650-700 ° ^C. Then the pipe was cooled in air . The number of pipes in this experiment is 582 pcs. pipe size 168 x 7.3 mm.

После проведения сравнительных экспериментов были проведены исследования для определения прочности сварного шва, испытание труб на сплющивание, а также был осуществлен контроль качества труб гидроиспытанием на прессе с давлением воды 270 кгс/см².After conducting comparative experiments, studies were conducted to determine the strength of the weld, flattening pipes, and quality control of pipes was carried out by hydraulic testing on a press with a water pressure of 270 kgf / cm ² .

Обобщенные результаты исследований представлены в таблице 1. Из этих результатов следует, что:
при требовании ТУ 14-3-1599-89 на сплющивание обсадных труб расстояние между сплющивающими плоскостями трубы не более 109 мм должно обеспечивать отсутствие трещин. Трубы, изготовленные в соответствии с предлагаемым способом производства, выдерживали сплющивание до 100 мм, а на трубах, изготовленных в соответствии с известным способом, трещины появлялись при расстоянии между сплющивающими плоскостями равном 114 мм;
исследование прочности сварного шва показало, что прочность сварного шва труб, изготовленных по заявляемому способу, соответствует требованиям ТУ 14-3-1599-89 при этом разбег величины прочности испытанных труб незначительный. Прочность сварного шва труб, изготовленных по известному способу, имеет большой разбег и в ряде случае оказывается ниже требований ТУ;
100% -ный контроль качества труб на гидропрессе показал, что 620 труб, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом, обеспечивают высокую герметич- ность и отбраковка полностью отсутствует. Аналогичный контроль, приведенный для труб, изготовленных известным способом, показал, что 5 труб из 582 были отбракованы.The generalized research results are presented in table 1. From these results it follows that:
if TU 14-3-1599-89 is required to flatten the casing, the distance between the flattening planes of the pipe should be no more than 109 mm to ensure that there are no cracks. Pipes made in accordance with the proposed production method withstood flattening up to 100 mm, and on pipes made in accordance with the known method, cracks appeared when the distance between the flattening planes was 114 mm;
a study of the strength of the weld showed that the strength of the weld of pipes manufactured by the present method meets the requirements of TU 14-3-1599-89, while the run-up of the strength of the tested pipes is negligible. The strength of the weld of pipes made by a known method has a large run-up and in some cases is lower than the requirements of TU;
100% quality control of pipes on a hydraulic press showed that 620 pipes manufactured in accordance with the proposed method provide high tightness and there is no rejection at all. A similar control given for pipes manufactured in a known manner showed that 5 of the 582 pipes were rejected.

Высокое качество труб, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом, объясняется тем, что расширение зоны нагрева шва (в приведенном примере 44 мм вместо 28 мм), а также использование в начальный момент охлаждения пара (в приведенном примере температура пара 120-130^оС) позволило вместо резкого охлаждения на воздухе осуществить замедленный процесс охлаждения и тем самым избежать образования трещин. Расширенная зона нагрева при охлаждении шва существенно замедляет процесс отвода тепла от шва в холодный металл труб (теплопередача теплопроводностью), а применение водовоздушной среды в начальный момент охлаждения (температура пара не более 100^оС вместо температуры окружающего воздуха 20-30^оС) существенно уменьшает теплоотдачу конвекцией и излучением.High quality tubes made in accordance with the proposed method due to the fact that the expansion joint heating zone (in this example 44 mm instead of 28 mm), and the use of the initial moment of cooling steam (in this example steam temperature 120-130 ° ^C) instead of abrupt cooling in air, it allowed to carry out a delayed cooling process and thereby avoid the formation of cracks. Extended heating at the weld zone-cooling heat slows down the process of removing a seam in the cold metal pipes (thermal conductive heat transfer), and the use of air-water environment at the initial moment of cooling (steam temperature not exceeding 100 ° ^C instead ^of ambient temperature C 20-30) significantly reduces heat transfer by convection and radiation.

Все эти факторы в своем взаимодействии и обеспечивают высокое качество электросварных труб и необходимые механические свойства труб (включая их технологические испытания) при выпуске их из углеродистых сталей по согласованным с потребителем техническим условиям. All these factors in their interaction provide the high quality of electric-welded pipes and the necessary mechanical properties of the pipes (including their technological tests) when they are released from carbon steels according to technical specifications agreed with the consumer.

Claims

METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF RECTANGULAR ELECTROWELDED PIPES, including local heating of the welded joint zone with the axis of symmetry at the center of the weld to a temperature above Ac ₃ and subsequent cooling in air, characterized in that the width of the heating zone is previously determined from the mathematical expression
H h + K / S,
where H is the width of the heating zone, mm;
h constant width of the heating zone, taking into account the structural features of the metal in the heat-affected zone, mm;
S pipe wall thickness, mm;
K coefficient of proportionality equal to 120 mm ² ,
and after heating to a temperature above Ac _3, cooling is carried out in a vapor medium to a temperature of no higher than 650 ^o C on the outer surface of the pipe.