Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТРУБ НЕФТЯНОГО СОРТАМЕНТА С ТЕМПЕРАТУРОЙ 500-720°C ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОД НАРЕЗКУ РЕЗЬБЫ

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при производстве высокопрочных труб нефтяного сортамента в линиях термических отделений трубопрокатных цехов для подготовки обсадных и насосно-компрессорных труб под нарезку резьбы.

Известен способ подготовки концов обсадных труб под нарезку резьбы, который включает калибровку концевых участков труб в холодном состоянии на гидравлических или механических прессах. При этом труба зажимается в матрицах от осевого перемещения, а калибровка осуществляется путем обжатия конца трубы по наружному диаметру при обратном ходе кольца инструментальной головки. Длина калибруемого участка трубы 400-500 мм (Ткаченко В.А. и др. Трубы для нефтяной промышленности / Москва, Металлургия, 1986, с.109-112).

Недостатком данного способа является неудовлетворительное качество обработанной поверхности, связанное с тем, что при обратном ходе кольца калибровка осуществляется за счет съема излишков металла, выводящих размеры трубы за пределы допусков, а не равномерного распределения по периметру обрабатываемой поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы «Батресс» (прототип), в котором подготовка обсадных труб указанного размера под нарезку резьбы осуществляется путем калибрования труб в холодном состоянии в калибровочном стане и на гидравлических прессах для калибровки концов труб (Патент РФ №2303499, B21B 21/00, 04.07.2005, опубл. 10.02.2007).

Недостатком способа по прототипу является то, что после калибрования трубы в холодном состоянии, выполняемого в калибровочном стане ТПА 8-16”, валки которого имеют овальные калибры с эксцентриситетом, убывающим к последней клети до нуля, труба имеет размеры по наружному диаметру, превышающие размеры под нарезку резьбы и искаженный профиль поперечного сечения. Поэтому для получения требуемых размеров по наружному диаметру и круглого профиля, обеспечивающих при нарезке получение качественной резьбы, дополнительно выполняют калибровку концов труб на гидравлических прессах.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в изготовлении трубы с овальностью не более 0,6 мм, осуществляя только одну операцию по калиброванию, что снижает трудоемкость процесса и позволяет получить качественную трубу для дальнейшей нарезки резьбы, в том числе «Батресс», «ТМК FMT», TMK «GF», TMK «CS» и других видов резьб.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе подготовки высокопрочных труб нефтяного сортамента с температурой 500-720°C после термообработки под нарезку резьбы, включающем калибрование трубы в валках многоклетьевого калибровочного стана, калибрование производят на заданный наружный размер с овальностью не более 0,6 мм в валках с круглым калибром без выпусков, размер которого определяют из выражения:

D_k=D_t·(1+α·t), где

D_k - диаметр калибра, мм;

D_t - заданный наружный диаметр трубы, мм;

α - коэффициент линейного расширения материала трубы, 10^-6 град^-1;

t - температура трубы, °C,

при этом размеры калибра одинаковы для каждой клети.

Способ реализуется следующим образом.

Горячая прокатка позволяет трубу, размеры которой по наружному диаметру соответствуют требованиям нормативно-технической документации и обеспечивают заданные параметры резьбы при последующей нарезке. Однако выполнение операций термообработки для получения высокопрочных труб нефтяного сортамента в линиях термических отделений приводит к появлению овальности наружного диаметра трубы 0,9-0,12 мм и искажению ее круглого сечения в результате структурных превращений в металле. В связи с этим для получения в дальнейшем качественной резьбы проводят операцию восстановления требуемых геометрических размеров методом калибрования трубы в многоклетьевом калибровочном стане без ее охлаждения с температурой 500-750°C сразу после ее термообработки.

Многоклетьевой стан состоит из 4-5 двух- или трехвалковых клетей с индивидуальным приводом валков, расположенных последовательно одна за другой и развернутых на угол 90-180° относительно друг друга, чем достигается перекрытие зазоров между валками. Валки стана имеют круглые калибры без выпусков. Размер калибра принимают равным заданному наружному диаметру трубы с учетом термического расширения:

D_k=D_t·(1+α·t), где

D_k - диаметр калибра, мм;

D_t - заданный наружный диаметр трубы, мм;

α - коэффициент линейного расширения материала трубы, 10^-6 град^-1;

t - температура трубы, °C,

при этом размеры калибра одинаковы для каждой клети.

В калибре первой клети производят наиболее значительное формоизменение поперечного сечения трубы, имеющей овальное сечение. При этом происходит уменьшение размеров овального сечения по большой оси с соответствующим увеличением размеров овального сечения по меньшей оси. По мере прохождения трубы по клетям происходит перераспределение металла в поперечном сечении калибра с минимальной неравномерностью и приобретением трубой круглой формы, за счет деформации, обусловленной остаточной пластичностью материала трубы при температуре 500-750°С.

Круглая форма калибра без выпусков и определение размера калибра с учетом термического расширения способствует прокатке трубы без уширения деформируемого металла, а одинаковые размеры калибров для каждой клети калибровочного стана создают благоприятные условия для устранения овализации трубы и искажения профиля поперечного сечения. Достигнутая при этом точность наружного диаметра трубы с овальностью 0,1-0,6 мм без использования калибровочных гидравлических прессов позволяет получить на трубах в холодном состоянии резьбы в соответствии с требованиями стандартов API, ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80, ГОСТ 53366-09 с выходом годного 95-98%.

Заявленное техническое решение опробовано в промышленных условиях при производстве бесшовных обсадных труб размером 168,28*8,94 мм марка стали 32Г2 группа прочности L 80 тип 1 со следующими результатами:

Заданный наружный диаметр труб, мм 168,28

Размер наружного диаметра труб перед термообработкой, мм 168,28

Температура труб после термообработки

Перед калиброванием, °С 640

Коэффициент линейного расширения материала трубы, ·10^-6 град^-1; 14,2

Диаметр калибра валков калибровочного стана, мм

D_k=168,28·(1+14,2·10^-6·640)=169,8

Размер наружного диаметра труб после калибрования, мм 168,28

Овальность наружного диаметра труб после калибрования, мм 0,05-0,56.

Трубы прияты и признаны пригодными под нарезку резьбового соединения «ТМК CS» для изготовления внешних несущих труб теплоизолированных насосно-компрессорных труб ТЛТ.