RU2252274C2

RU2252274C2 - Method of protecting metallic surface against corrosion

Info

Publication number: RU2252274C2
Application number: RU2003100896/02A
Authority: RU
Inventors: В.В. Кузин (RU); В.В. Кузин; А.П. Асанкин (RU); А.П. Асанкин; Г.Н. Гаврилов (RU); Г.Н. Гаврилов; В.В. Глебов (RU); В.В. Глебов; О.А. Любарский (RU); О.А. Любарский; В.Л. Мокров (RU); В.Л. Мокров; Г.Л. Рубанов (RU); Г.Л. Рубанов; И.М. Шестернин (RU); И.М. Шестернин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПАОЛ"
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2005-05-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: method comprises applying a protective covering on the metallic surface, modifying the layer of metal bulk in the vicinity of the covering to a depth of at least 0.2 mm, and making the interface sublayer between the modified layer and covering, which contains both the modified structure and agent for protecting covering.

EFFECT: enhanced corrosion resistance.

1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению, точнее к технологиям защиты металлов от коррозии, и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости изделий из углеродистых сталей в условиях эксплуатации при больших контактных и сдвигающих нагрузках.The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to technologies for protecting metals from corrosion, and can be used to increase the corrosion resistance of carbon steel products under operating conditions at high contact and shear loads.

Известен способ защиты металлической поверхности изделий из углеродистых сталей от коррозии, включающий нанесение защитного покрытия (см. “Конструкционные материалы”. Справочник под общей редакцией Б.И.Арзамасова, М., Машиностроение, стр.474, 1990).A known method of protecting the metal surface of carbon steel products from corrosion, including the application of a protective coating (see "Structural materials". Handbook edited by B.I. Arzamasov, M., Engineering, p. 474, 1990).

Недостатком данного способа является невысокая коррозионная стойкость поверхности в условиях больших контактных и сдвигающих нагрузок, приводящих к образованию трещин в защитном покрытии и даже к его отслоению от основного металла.The disadvantage of this method is the low corrosion resistance of the surface under conditions of high contact and shear loads, leading to the formation of cracks in the protective coating and even to its detachment from the base metal.

Целью предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости защищенной поверхности в условиях больших контактных и сдвигающих нагрузок, создающих напряжения величиной до 90% от предела текучести материала.The aim of the invention is to increase the corrosion resistance of the protected surface under high contact and shear loads, creating stresses up to 90% of the yield strength of the material.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем нанесение на поверхность защитного покрытия, после нанесения защитного покрытия высокоэнергетическим источником тепла модифицируют прилегающий к покрытию слой основного металла глубиной не менее 0,2 мм, а между покрытием и модифицированным слоем создают пограничный подслой, содержащий как модифицированную структуру, так и вещество защитного покрытия.This goal is achieved by the fact that in a method involving applying a protective coating to the surface, after applying the protective coating, a high-energy heat source modifies the adjacent metal layer of the base metal with a depth of at least 0.2 mm, and creates a boundary sublayer between the coating and the modified layer containing a modified structure and a protective coating substance.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

На поверхность защищаемого изделия любым известным способом, например осаждением из соляного раствора, наносится защитное покрытие, например, фосфат марганца. Затем его подвергают воздействию высокоэнергетическим источником тепла, например лазерной установкой. Плотность мощности излучения не должна превышать 5×10 Вт/м для исключения возможности расплавления основного металла и нарушения при этом целостности защитного покрытия. При воздействии лазерного луча на поверхность происходит быстрый разогрев зоны воздействия с последующим быстрым охлаждением путем отвода тепла вглубь основного металла за счет его теплопроводности. Таким образом, происходит закалка основного материала на определенную глубину, зависящую от плотности мощности излучения и скорости перемещения луча по поверхности, с образованием мартенситной структуры, обладающей повышенной твердостью и прочностью. Глубину модифицированного, т.е. закаленного, слоя подбирают опытным путем, исходя из величин действующих на поверхность контактных нагрузок, но не менее 0,2 мм, потому что меньшие значения не обеспечивают достаточной прочности и жесткости модифицированного слоя для защиты от местных деформаций, приводящих, в свою очередь, к возникновению трещин в защитном покрытии.A protective coating, for example, manganese phosphate, is applied to the surface of the protected product in any known manner, for example by precipitation from brine. Then it is exposed to a high-energy heat source, such as a laser system. The radiation power density should not exceed 5 × 10 W / m to exclude the possibility of molten base metal and violate the integrity of the protective coating. When a laser beam acts on the surface, the zone of influence is rapidly heated, followed by rapid cooling by removing heat deeper into the base metal due to its thermal conductivity. Thus, the basic material is quenched to a certain depth, depending on the radiation power density and the speed of the beam moving along the surface, with the formation of a martensitic structure with increased hardness and strength. Depth modified, i.e. the hardened layer is selected empirically, based on the values of the contact loads acting on the surface, but not less than 0.2 mm, because lower values do not provide sufficient strength and stiffness of the modified layer to protect against local deformations, which, in turn, lead to cracks in the protective coating.

Происходящий при воздействии луча на поверхность рост температуры усиливает диффузионные процессы в зоне разогрева, приводя, тем самым, к взаимному обмену веществом между модифицированным слоем и защитным покрытием и образуя пограничный подслой, в котором содержатся как модифицированная структура, так и вещество защитного покрытия. Наличие пограничного подслоя усиливает адгезию защитного покрытия с основным металлом и приводит к лучшему сопротивлению отслаивания покрытия при воздействии на защищаемую поверхность больших сдвигающих нагрузок, повышая и коррозионную стойкость поверхности.The increase in temperature that occurs when the beam acts on the surface enhances the diffusion processes in the heating zone, thereby leading to the mutual exchange of matter between the modified layer and the protective coating and forming a boundary sublayer that contains both the modified structure and the protective coating material. The presence of a boundary sublayer enhances the adhesion of the protective coating with the base metal and leads to better peeling resistance of the coating when large shear loads are applied to the surface to be protected, increasing the surface corrosion resistance.

Повышается коррозионная стойкость поверхности, также, при воздействии больших контактных нагрузок, нормальных к поверхности, вследствие ее меньшей деформации, обусловленной наличием модифицированного слоя с повышенной прочностью толщиной не менее 0,2 мм. Меньшая деформация поверхности определяет, в свою очередь, меньшую деформацию защитного покрытия, способствующую сохранению целостности покрытия.The corrosion resistance of the surface increases, also when exposed to large contact loads normal to the surface, due to its lower deformation due to the presence of a modified layer with increased strength of at least 0.2 mm thick. Less surface deformation determines, in turn, less deformation of the protective coating, which helps to preserve the integrity of the coating.

Полученный эффект повышения коррозионной стойкости является тем неожиданнее, что известные технологии лазерного термоупрочнения углеродистых сталей (см., например, А.Г.Григорьянц, А.Н.Сафонов “Основы лазерного термоупрочнения сплавов”. М., Высшая школа, 1988) без плавления поверхности обусловливают образование неоднородности структуры после лазерного воздействия, что является предпосылкой для ухудшения коррозионной стойкости металла.The obtained effect of increasing corrosion resistance is all the more unexpected because the well-known technologies of laser thermal hardening of carbon steels (see, for example, A.G. Grigoryants, A.N.Safonov “Fundamentals of laser thermal hardening of alloys.” M., Vysshaya Shkola, 1988) without melting surfaces cause the formation of heterogeneity of the structure after laser exposure, which is a prerequisite for the deterioration of the corrosion resistance of the metal.

Предлагаемый способ компенсирует указанный недостаток созданием условий для сохранения целостности предварительно нанесенного защитного покрытия, которое, при этом, эффективно выполняет свои функции по предотвращению возникновения и развития коррозионных процессов в основном металле.The proposed method compensates for this drawback by creating conditions for maintaining the integrity of the previously applied protective coating, which, at the same time, effectively performs its functions of preventing the occurrence and development of corrosion processes in the base metal.

Пример.Example.

Десять муфт для насосно-компрессорных труб, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 633-80, покрытых фосфатом марганца при их выдержке в ванне с раствором соответствующих солей и подвергнутых лазерной обработке вышеописанным способом, участвовали в опытно-промышленной эксплуатации при капитальном ремонте нефтяных скважин на Северном месторождении АО “Варьёганнефтегаз” г. Радужный Ханты-Мансийский автономный округ. Предлагаемым способом были обработаны только внутренние резьбовые поверхности муфт. В течение трех месяцев эксплуатации трубы вместе с муфтами периодически складировались под открытым небом, где подвергались действию атмосферных осадков. Время хранения на складе составляло не менее одного месяца. В результате все поверхности труб и муфт, как незащищенные (наружные поверхности труб), так и фосфатированные (включая резьбовые участки других муфт, эксплуатировавшихся вместе с десятью опытными), оказались покрытыми сплошным слоем ржавчины, тогда как ни на одном из десяти резьбовых участков с лазерной обработкой не было обнаружено даже следов коррозии.Ten couplings for tubing manufactured in accordance with the requirements of GOST 633-80, coated with manganese phosphate during their soaking in a bath with a solution of the corresponding salts and subjected to laser processing as described above, participated in pilot operation during the overhaul of oil wells in the North field of Varyoganneftegaz JSC Raduzhny Khanty-Mansi Autonomous Okrug. By the proposed method, only internal threaded surfaces of the couplings were machined. During three months of operation, the pipes together with the couplings were periodically stored in the open air, where they were exposed to atmospheric precipitation. Storage time in the warehouse was at least one month. As a result, all surfaces of pipes and couplings, both unprotected (the outer surfaces of the pipes) and phosphated (including the threaded sections of other couplings that were used together with ten experimental ones), were covered with a continuous layer of rust, while none of the ten threaded sections with a laser no signs of corrosion were detected by the treatment.

Эти результаты получены после того как муфты 25 раз подвергались операциям свинчивания-отвинчивания с трубами с моментом затяжки 150 кГм при последующем после свинчивания воздействии осевым усилием величиной 33-37 тонн. Длительность воздействия составляла от десятков минут до десятков часов.These results were obtained after the couplings were subjected to screw-unscrewing operations with pipes 25 times with a tightening torque of 150 kGm, followed by an axial force of 33-37 tons after the make-up. The duration of exposure ranged from tens of minutes to tens of hours.

Claims

A method of protecting the metal surface of carbon steel products from corrosion, including applying a protective coating to it, characterized in that after applying the protective coating with a high-energy heat source, the adjacent base metal layer is modified with a depth of at least 0.2 mm, and between the coating and the modified layer create a boundary sublayer containing a modified structure mentioned and a protective coating substance.