 |
Ученые Пермского Политеха нашли способ улучшить конструкционную прочность стали для бурильных труб
Бурильные трубы используют в нефтедобычи. Сталь, из которой они производятся, должна иметь высокую конструкционную прочность. Существующие марки не обладают нужными характеристиками, либо сложны в производстве. Ученые Пермского Политеха предложили способ закалки низкоуглеродистой мартенситной стали, который обеспечивает лучшее сочетание ее свойств.
Стальные трубы используют в бурении скважин для добычи нефти, газа и воды. Этот важный элемент оборудования также служит для защиты стенок скважины от обрушения. При этом сталь должна быть прочной, пластичной, устойчивой к коррозии, иметь высокую ударную вязкость (т. е. обладать высокой конструкционной прочностью) – это нужно, чтобы изделия оставались работоспособными как можно дольше. Существующие марки стали либо не обладают необходимыми сочетаниями этих показателей, либо слишком сложны и экономически не выгодны в производстве. Ученые Пермского Политеха предложили способ термической обработки низкоуглеродистой мартенситной стали, который обеспечивает лучшее сочетание ее механических свойств.
Исследование опубликовано в журнале «Черные металлы», № 10 (1114), 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Бурильные трубы должны обладать высокой прочностью, ударной вязкостью и устойчивостью к коррозии, так как они подвергаются значительным механическим нагрузкам и агрессивным химическим средам. Перспективными для их производства считаются особые стали – низкоуглеродистые мартенситные. Они, с одной стороны, содержат малое количество углерода (до 0,2%), за счет чего достигается оптимальное сочетание механических свойств: пластичность позволяет легко формировать и обрабатывать сталь, чтобы получать трубы нужной формы, а ударная вязкость отвечает за способность материала справляться с нагрузками. С другой стороны, особая структура этих сталей обеспечивает их высокую прочность, из-за чего стали не разрушаются под большими внешними нагрузками.
Для улучшения характеристик стали проводят ее термическую обработку – закалку из двухфазной области, когда металл сначала нагревают до высоких температур, а затем быстро охлаждают, благодаря чему он меняет свою кристаллическую структуру. В результате повышается прочность, твердость и износостойкость, но падает ударная вязкость. Преимущество сталей с изучаемой структурой состоит в том, что они упрощают этот процесс, потому что закаливаются при охлаждении на обычном воздухе и не требуют специального ускорения этого процесса, при этом значительного падения ударной вязкости не происходит.
Разные методы закалки могут неодинаково отражаться на характеристиках металла. Существующие марки либо не обладают необходимым сочетанием прочности, вязкости и пластичности, либо их получение требует слишком больших технологических и финансовых затрат.
Ученые Пермского Политеха исследовали изменения структуры низкоуглеродистой мартенситной стали при нагреве и охлаждении и предложили такой способ ее закалки, который обеспечивает лучшее сочетание ее механических свойств.
Для этого политехники изготовили образцы в виде слитков и нагрели их до высоких температур (800 °С и более), при которых происходит изменение структуры стали в твердом состоянии. Этот процесс называется закалкой из межкритического температурного интервала. После этого провели испытания для определения характеристик механических свойств образцов, вырезанных из готового изделия.
– Эксперимент показал, что изменения атомной структуры металла при нагреве 5-40 °C/мин протекают одновременно по двум механизмам – сдвиговому и диффузионному, которые иногда могут накладываться. При первом механизме атомы смещаются «группами», т. е. не теряют связей со своими соседями – это быстрый процесс, который позволяет получить требуемую структуру, определяющую свойства материала. Причем для этого не нужны значительные энергетические затраты, – комментирует Сергей Гребеньков, ведущий инженер кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, кандидат технических наук.
– При более высоких температурах нагрева атомы перемещаются на расстояния больше межатомных – это диффузионный механизм, он более длителен, но с его помощью также можно достичь желаемых механических свойств стали, – поясняет Сергей Лаптев, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ.
– В результате мы установили, что закалка стали из межкритического интервала температур обеспечивает для выбранной стали лучшее сочетание необходимых свойств по сравнению с традиционными технологиями. Предел прочности находится на уровне 1300 МПа, относительное сужение – порядка 70%, а ударная вязкость – 2.5 МДж/м2. Сталь такого состава и характеристик может служить альтернативой современным сталям для бурильных труб, – рассказывает Александр Шацов, профессор кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, доктор технических наук.
Предложенный учеными Пермского Политеха состав стали и метод термообработки заметно улучшает свойства материала. Это имеет важное значение для производства стальных бурильных труб, позволяет повысить их конструкционную прочность. Работа защищена патентом РФ №2760140.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 04:31, 07.12.2024
Количество просмотров: 234
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
102 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
