Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

О. В. Силина, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов», канд. техн. наук, эл. почта: silina-olga@mail.ru
Т. С. Бывальцева, магистр, эл. почта: byvaltseava@yandex.ru

Физико-технологический институт Национальной академии наук Беларуси, Минск, Республика Беларусь

М. Н. Босяков, доцент, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: plasma.by.metal@gmail.com

АО «ЭЛКАМ – Нефтемаш», Пермь, Россия
Р. М. Полежаев, технический директор, эл. почта: prm@elkam.ru

Приведены результаты исследования азотируемости биметаллической трубы, полученной методом холодной радиальной ковки, с внутренним слоем (лейнером), изначально являющейся сварной трубой из стали 08Х17Т. Биметаллические цилиндры используют в погружных плунжерных насосах, применяемых в нефтедобывающих скважинах. Под воздействием нагрузки, механических частиц и коррозионных процессов внутренний слой трубы изнашивается и нуждается в увеличении эксплуатационного ресурса. Для повышения эффективности работы изделия лейнер подвергают упрочнению методом ионно-плазменного азотирования. Показано, что после проведения холодной радиальной ковки объем сварной ванны не изменился, однако видоизменились форма и направленность зерен. Распределение твердости по всем зонам сварного шва практически одинаково, что гарантирует качество азотированного слоя, сформированного последующей поверхностной обработкой. Изучено влияние состава среды ионно-плазменного азотирования (при одинаковых технологических и энергетических параметров процесса) на азотируемость зон сварного шва. Исследованы структура и свойства полученных слоев. Установлено, что при проведении азотирования в среде диссоциированного аммиака твердость азотированного слоя в центре сварного шва существенно выше, чем в других его зонах. Такая «пятнистая» твердость отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделия. Для снижения хрупкости азотированных слоев насыщение проводили в азотно-водородных средах с различным содержанием аргона и добавками метана. В результате проведенных исследований найден состав среды, при котором по всей внутренней поверхности лейнера получен равномерный упрочненный слой, включая зону сварного шва.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта № С 26/513.

1. Бикбулатова Г. И., Думлер Е. Б. Эксплуатация штангового насосного оборудования. — Альметьевск : Альметьевский государственный нефтяной институт, 2009. — 130 с.
2. Архипов К. И., Думлер Е. Б. Скважинное штанговое насосное оборудование для добычи нефти : учебное пособие. — Альметьевск : Альметьевский государственный нефтяной институт, 2008. — 264 с.
3. Архипов К. И., Попов В. И. Справочник инженера-механика по ремонту нефтяного оборудования. — Альметьевск : Тат АСУ, 1999. — 188 с.
4. ГОСТ Р 52203–2004. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. — Введ. 01.09.2004.
5. Любимов Э. В., Шулаков Н. В., Шутемов С. В. Обоснование применения Цилиндрического Линейного Вентильного двигателя в нефтедобывающих агрегатах // Успехи современного естествознания. 2018. № 3. С. 94–100.
6. Богатов Н. А., Богатов А. А., Салихянов Д. Р. Лейнированные насосно-компрессорные трубы. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 96 с.
7. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г. И., Бемер З. Теория и технология азотирования. — М. : Металлургия, 1991. — 320 с.
8. Rolinski E. G. Controlling plasma nitriding of ferrous alloys // Materials Performance and Characterization. 2017. Vol. 4. P. 698–716.
9. Silina O. V., Lobova E. S., Kovko S. P., Babkin E. O. et al. Customization of bimetallic oil-field cylinders // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2023. Vol. 52, No. 7. P. 756-762.
10. Chaus A. S., Kuracina V., Moravčík R., Hazlinger M. et al. Effect of gas and ion plasma nitriding on the structure and properties of forging die inserts // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 62. P. 577–585.
11. Yao J. W., Yana F. Y., Yana M. F., Zhanga Y. X. et al. The mechanism of surface nanocrystallization during plasma nitriding // Applied Surface Science. 2019. Vol. 488. P. 462–467.
12. Босяков М. Н., Силина О. В., Козлов А. А. Плазменная химико-термическая обработка. — Пермь : изд – во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2023. — 135 с.
13. Гуляев И. А. Технология точечной и рельефной сварки. — М. : Машиностроение, 1978. — 245 с.
14. Михайлицын С. В., Шекшеев М. А. Основы сварочного производства : учебник. — Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. — 160 с.
15. Масаков В. В., Масакова Н. И., Мельзитдинова А. В. Сварка нержавеющих сталей : учебное пособие. — Тольятти : ТГУ, 2011. — 184 с.

16. ГОСТ 5632–72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. — Введ. 01.01.1975.
17. ГОСТ 18895–97. Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа. — Введ. 01.01.1998.
18. ГОСТ 5639–82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
19. ГОСТ 8233–56. Сталь. Эталоны микроструктуры. — Введ. 01.07.1957.
20. Силина О. В., Макарова К. В. Влияние пластической деформации стали 40ХН на процесс азотирования // Master`s journal. 2016. № 2. С. 60–64.
21. Силина О. В., Бабкин Е. О., Ковко С. П., Босяков М. Н. Анализ фазового состава упрочненных слоев, полученных методом ионно-плазменного азотирования, на коррозионностойких сталях // Материалы 7-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. ИТММ-2023. С. 251–254.
22. Lampe T., Eisenberg S., Laudien G. Verbindungsschichtbildung waehrend der Plasmanitrierungund – nitrocarburierung // Journal of Heat Treatment and Materials HTM. 1991. Vol. 46, Iss. 5. P. 308–316.