Розробка пермських науковців підвищить міцність деталей у нафтовому обладнанні та здешевить їхнє виробництво.

Стаття з результатами опублікована в журналі «Чорні метали». Робота виконана за підтримки АТ «ЕЛКАМ-нефтемаш».

У більшості випадків руйнування насосного штока нафтодобувного обладнання відбувається через появу корозії у впадинах різьби. А зовнішнє навантаження та напруження в деталі погіршують цей процес. Традиційні методи підвищення довговічності, зокрема додавання благородних елементів у метал або хімічна очистка від шкідливих домішок, часто економічно не доцільні, особливо для виробів з низькою рентабельністю. Тому для покращення якості штоків затребуване саме локальне упрочнення, яке поєднує в собі простоту та фінансову вигоду.

Науковці Пермського Політеху пропонують використовувати технологію індукційної термічної обробки. Це процес, при якому метал нагрівається під дією потужного електромагнітного поля, в результаті чого його структура змінюється і стає більш міцною.

Сама технологія останнім часом все активніше застосовується на підприємствах для високотемпературної обробки металів. Вона відрізняється швидким нагрівом, низькими витратами та споживанням електроенергії, високою продуктивністю, а також простотою застосування, мобільністю обладнання і навіть сучасною високою екологічністю.

Політехніки розробили та апробували режим локального упрочнення насосного штока індукційною термічною обробкою у вигляді нагріву металу і подальшого охолодження. Для експерименту використовували заготовки з поширених у нафтогазовій промисловості марок сталі 40Х та 38ХГМ.

Індукційним нагрівачем зразки загартовували з температури 850°С і опускали на 600°С або 400°С. Для кожного застосовуваного режиму розраховували ймовірність руйнування при їх навантаженні. Після обробки перевіряли їх міцність, створюючи змінне навантаження на зовнішню поверхню на спеціальному випробувальному стенді власної розробки. Також досліджували мікроструктуру і мікротвердість отриманого матеріалу.

Результати експерименту показали, що індукційна термічна обробка значно підвищує втомну міцність зразків, тобто їх стійкість до зовнішніх циклічних навантажень. Найкращим режимом виявилася загартування з 850°С і подальший нагрів для відпустки на 400˚С.

«Ми також розрахували економічний ефект від впровадження наведених у дослідженні результатів і рекомендацій на підприємствах. Він формується за рахунок суттєвого зниження витрат на матеріал. Лише для штоків, розглянутих нами, сумарне зниження виробничої собівартості можна очікувати на рівні 2,2 мільйона на рік, що здатне підвищити рентабельність штангових глибинних насосів на 7,66 відсотка», – поділився Станіслав Мольцен, аспірант кафедри «Металознавство, термічна та лазерна обробка металів» ПНІПУ, директор з якості АТ «ЕЛКАМ-нефтемаш».

Науковці Пермського Політеху довели, що технологія індукційної термічної обробки здатна покращити механічні властивості різьбових деталей нафтяного насосного обладнання. Рекомендовані режими підвищать міцність насосних штоків і забезпечать їх надійне використання в глибинній нафтодобуванні.