Спосіб отримання дифузійного цинкового покриття на трубах

Изобретение относится де области обработки металлов немеханическими способами и может быть использовано при диффузионных способах обработки поверхности металлических изделий, в частности при нанесении цинкового покрытия на наружную и внутреннюю поверхности труб, используемых в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях для защиты от общей и питтинговой коррозии и др. Известен способ диффузионного цинкования труб, который включает цинкование в расплаве, извлечение из расплава и диффузионный отжиг при температуре 500-550°С в течение 10-15 мин [1]. Покрытие, полученное этим способом, характеризуется низкой стойкостью против питтинговой и общей коррозии из-за продолжительного времени отжига, в период которого цинк диффундирует в металл основы. Продолжительный отжиг покрытия приводит к необходимости применения проходных печей повышенной протяженности. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения диффузионного цинкового покрытия на трубах, в котором путем изменения условий осуществления отжига обеспечивается повышение качества покрытия при одновременном снижении потерь цинка в процессе отжига, а также уменьшение затрат времени на отжиг. Поставленная задача решена тем, что в способе, включающем цинкование труб в расплаве, извлечение из расплава, охлаждение, диффузионный отжиг, перед отжигом трубы обрабатывают в растворе состава, г/л: а диффузионный отжиг проводят при температуре 610-650°С в течение 1-9 мин, при этом в процессе диффузионного отжига стальные изделия подвергают вращению со скоростью 4-8 об/мин. Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что перед отжигом трубы обрабатывают в растворе указанного состава, диффузионный отжиг проводят при более высокой температуре и в течение менее продолжительного времени. При этом в процессе отжига стальные трубы подвергают вращению со скоростью 4-8 об/мин. Технический" результат от использования предлагаемого способа заключается в повышении качества покрытия при одновременном снижении потерь цинка и достигается за счет того, что при дополнительной обработке в предлагаемом составе перед отжигом на поверхности полученного из расплава покрытия образуется защитная пленка. Взаимодействие последней с покрытием при отжиге труб способствует равномерному формированию продуктов коррозии, препятствующих контакту покрытия с агрессивными средами в процессе эксплуатации труб в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях. Кроме того, поскольку защитная пленка повышает термостойкость покрытия, возникает возможность повышения температуры отжига с одновременным снижением его продолжительности. Указанное также способствует уменьшению потерь цинка при отжиге, поскольку термостойкость огнеупорных материалов снижает выгорание цинка. Однако вследствие того, что при диффузионном отжиге происходит подплавление цинка и без вращения трубы цинк может стекать с ее поверхности, трубу вращают со скоростью 4-8 об/мин, при которой оплавляемый цинк равномерно распределяется по поверхности трубы и диффундирует в ее поверхность. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Стальные трубы обезжиривают, травят, промывают, флюсуют, сушат, цинкуют в ванне с расплавом, охлаждают в воде и обрабатывают в предлагаемом растворе. Затем проводят диффузионный отжиг оцинкованных труб в проходных печах при температуре 610-650°С в течение 1-9 мин с одновременным их вращением со скоростью 4-8 об/мин. Предлагаемый и известные способы были опробованы на образцах-сегментах размером 60x25x5 мм, вырезанных из насосно-компрессорных труб(НКТ), диаметром 60 мм, толщиной стенки 5 мм, марки стали 36Г2С. Для проведения экспериментов были приготовлены следующие составы растворов. При этом в процессе получения растворов были использованы материалы по следующим ГОСТам: фосфорная кислота ГОСТ 10678-76; жидкое стекло ГОСТ 13078-81; окись цинка ГОСТ 202-76; Силикаты огнеупорные (магнезит в виде пудры) При опробовании предлагаемого и известного способов образцы обезжиривали в растворе, содержащем, мас.%: NaOH-10, №СОз-5, при температуре 50°С в течение 10 мин. Промывку после обезжиривания проводили в протоке холодной воды в течение 2 мин. Травление в обоих случаях проводили при комнатной температуре в растворе следующего состава, г/л: соляная кислота -120, ингибитор ПКУМ-1. Продолжительность травления 20 мин. Промывку после травления проводили в холодной воде в течение 5 мин. Флюсование проводили в растворе состава, г/л: хлористый цинк 550, хлористый аммоний - 10, эмульгатор -1, вода - до 1 л. Сушку офлюсованных образцов проводили при температуре 180°С, в течение 2 мин. Цинкование образцов осуществляли в расплаве цинка при температуре 450°С в течение 1 мин. После цинкования образцы охлаждали в воде, а затем погружали в предлагаемые растворы (табл. 1). Диффузионный отжиг в соответствии с предлагаемым способом проводили при 610, 630, 650°С с одновременным вращением образцов со скоростью 4, 6, 8 об/мин. Время выдержки 1, 5, 9 мин. Качество покрытия определяли визуально и металлографическим способом. Потери массы покрытия при отжиге проверяли гравиметрическим способом. Коррозионные испытания проводили в нефтескважинах в течение 800 час. При этом в нефтескважинах присутствовал сероводород. Результаты коррозионных испытаний определяли визуально и гравиметрическим способом. Испытания каждого из вариантов предлагаемого способа проводили на 6 образцах. Результаты, приведенные в табл. 2, получены при обработке в предлагаемом растворе, соответствующем позиции 2 табл. 1. При обработке образцов в составах, соответствующих минимальным и максимальным величинам компонентов (см. поз. 1 и 3 табл. 1), были получены аналогичные результаты. Как видно из полученных результатов в таблице 2, по предлагаемому способу было получено качественное покрытие при снижении времени затрат на отжиг в 1,66 раза, Потери цинка в процессе диффузионного отжига по предлагаемому способу составляют 43 г/м поверхности НКТ, что в 1,3 раза меньше известного, составляющего 63 г/м2 поверхности. Средняя скорость коррозии оцинкованных образцов, прошедших отжиг по предлагаемому способу, составляет 0,059 г/м ч. а по известному - 0,8 г/м2ч, т.е. скорость коррозии оцинкованных образцов, обработанных по предлагаемому способу, в 1,35 раза меньше, чем обработанных по известному.