В Перми разработали перспективную технологию упрочнения запорно-регулирующей арматуры трубопроводов

• 
• азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

Основное направление совершенствования отраслевых требований к запорно-регулирующей арматуре для промышленных, коммунальных и магистральных трубопроводов — это продление их эксплуатационного ресурса и увеличение количества рабочих циклов. Специалистами Пермского научно-производственного предприятия «Ионные Технологии» совместно с производителями запорной-регулирующей арматуры были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) по упрочнению различных узлов и деталей арматуры. В результате проведенного комплекса работ была разработана специальная приоритетная технология ионной ХТО позволяющая увеличивать эксплуатационный ресурс упрочняемых изделий в несколько раз. В настоящее время данная технология опробована и успешно внедрена на многих предприятиях производителях запорно-регулирующей арматуры. В статье представлены результаты исследований выполненных при разработки данной технологии. Статья будет интересна инженерно-техническим работникам, чья деятельность связана с производством трубопроводной арматуры или с проектированием, обустройством и эксплуатацией различных типов промышленных и магистральных трубопроводов. В статье также приводятся данные, которые могут быть полезны инженерам-материаловедам и всем тем, чья работа связана с металлообработкой и упрочнением сталей.

Длительность функционирования кранов, клапанов, задвижек, шиберов, заслонок, затворов и другой арматуры во многом определяется износо- и коррозионной стойкостью их запирающих элементов. Таким образом, проблема продления рабочего ресурса запорной и регулирующей арматуры решается с помощью улучшения эксплуатационных качеств запирающих элементов. Одновременно рассматривается улучшение коррозионной стойкости корпусных деталей за счет применения композиционных покрытий диффузионного и адгезионного типа.

В настоящее время для улучшения качества запирающих элементов применяется несколько разных подходов и их комбинации, основных два:

Использование дорогих высоколегированных коррозионностойких марок сталей. Такой подход действительно приводит к желаемым результатам, однако в несколько раз увеличивает стоимость запорной арматуры. К тому же использование коррозионностойких сталей ограничено ввиду их малой удельной прочности. Применение сложнолегированных сталей с высоким содержанием тугоплавких элементов — кобальта, хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др. несоразмерно увеличивает стоимость и применимо лишь для особо ответственных изделий. Продление ресурса запорно-регулирующей арматуры за счет применения дорогих марок сталей, (в том числе для наплавок на низколегированные стали) — подход экстенсивный, его нельзя считать ни инновационным, ни высокотехнологичным.

Модификация (упрочнение) поверхностного слоя запирающего элемента. Из всех известных методов упрочнения стальных поверхностей самой прогрессивной технологией является ионная химико-термическая обработка (ИХТО) — насыщение поверхности металла азотом и/или углеродом. Наиболее эффективна низкотемпературная технология ионного азотирования и карбонитрирования, обеспечивающая минимальные деформации и высокую размерную и чистовую точность, что позволяет улучшать целый комплекс свойств упрочняемой поверхности: твердость, износостойкость, противозадирные свойства, теплостойкость, коррозионную стойкость и усталостную прочность.

Низкотемпературные процессы проводятся при температуре 400 — 600 ⁰С, нагрев не сопровождается фазовыми превращениями и после упрочнения детали имеют весьма малые изменения геометрических параметров, таким образом ИХТО — финишная обработка, после которой детали идут на сборку, не требуется шлифовка как после цементации и газового азотирования, поверхностная нитридная зона обладает высокой твёрдостью, что оказывает решающее влияние на свойства изделия. Технология ионного азотирования и карбонитрирования массовая, передовая, ресурсосберегающая и экономически выгодная по сравнению со всеми другими процессами упрочнения. Гарантийный ресурс запорной и регулирующей арматуры увеличивается в несколько раз, что подтверждено производственными испытаниями и эксплуатацией в самых сложных условиях эрозионного и кавитационного воздействия, а также в присутствии сероводорода и слабых растворов различных кислот. Высокая стойкость к межкристаллитной коррозии и растрескиванию под нагрузкой как раз и объясняется бездефектным строением поверхностной плотноупакованной зоны химических соединений углерода и азота с железом и легирующими элементами.

Специалистами пермского Научно Производственного предприятия «Ионные Технологии» совместно с производителями запорной-регулирующей арматуры были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) по упрочнению различных узлов и деталей арматуры. В результате проведенного комплекса работ была разработана специальная приоритетная технология ионной ХТО.

В настоящее время данная технология опробована и успешно внедрена на многих предприятиях производителях запорно-регулирующей арматуры: ООО «Завод НГО «Техновек», (Россия, Воткинск); «HABONIM INDUSTRIAL VALVES & ACTUATORS» (Израиль); ООО «Камский арматурный завод», (Россия, г. Пермь); ООО «Экомаш+Урал» (Россия, Новоуральск); ООО «Завод «Синергия», (Россия, Пермь); ООО «Пермская компания нефтяного машиностроения», (Россия, Пермь), ООО «АНКОС» г. Пермь и многих других предприятиях.

Приводим краткие сведения по результатом НИОКР, подтверждающие высокую эффективность упрочнения методом ионного азотирования и карбонитрирования для продления ресурса запорно-регулирующей арматуры.

На рисунке 1 представлены фотографии процесса упрочнения деталей «Шибер» и «Седло» запирающих элементов шиберных задвижек нефтегазового оборудования производства ООО «Завод НГО «Техновек» (Россия, Воткинск).

• 
• ООО Ионные Технологии Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

На рисунке 2 представлены фотографии процесса упрочнения элементов шаровых кранов компании «HABONIM INDUSTRIAL VALVES & ACTUATORS» (Израиль), ведущего производителя инновационной запорной арматуры на Ближнем Востоке.

• 
• ООО Ионные Технологии - Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

На рисунке 3 представлены фотографии ионно-плазменной обработки деталей «Шибер» для задвижек высокого давления производства ООО «Камский арматурный завод» (Россия, Пермь).

• 
• ООО Ионные Технологии - Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

На рисунке 4 представлены фотографии процесса упрочнения деталей «Седло» и «Цилиндрическая пробка», применяемых в запорном оборудовании высокого давления до 105 МПа для нефтегазовой отрасли производства ООО «Экомаш+Урал», (Россия, Новоуральск).

• 
• ООО Ионные Технологии - Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

На рисунке 5 представлены фотографии процесса упрочнения деталей «Шток задвижки» для запорной арматуры производства ООО «НПК «Нефтяное машиностроение» (Россия, Лысьва).

• 
• ООО Ионные Технологии - Азотирование стальных деталей и запирающих элементов трубопроводной арматуры
•  © www.procion.ru

Запирающие элементы и детали запорно-регулирующей арматуры указанных производителей были выполнены из следующих марок сталей: 40ХН, 20Х13 и 38Х2МЮА. В таблице 1 представлены характеристики азотированных слоев на этих сталях полученных при обработке.

Таблица 1. Характеристики азотированного слоя на сталях 40ХН, 20Х13, 38Х2МЮА

На рисунках 6 — 8 представлены фотографии микроструктуры поверхностных упрочненых слоев. На рисунке 9 показана зависимость микротвердости от глубины упрочненного слоя. На рисунке 10 представлены фотографии отпечатков хрупкости азотированных слоев на сталях: 40ХН, 20Х13 и 38Х2МЮА.

• 
• ООО Ионные Технология — Фотографии микроструктуры азотированного слоя на стали 40ХН
•  © www.procion.ru

• 
• ООО Ионные Технология — Фотографии микроструктуры азотированного слоя на стали 20Х13
•  © www.procion.ru

• 
• ООО Ионные Технология — Фотографии микроструктуры азотированного слоя на стали 38Х2МЮА
•  © www.procion.ru

• 
• ООО Ионные Технология — Зависимость микротвердости от глубины азотированного слоя на сталях 40ХН, 20Х13, 38Х2МЮА
•  © www.procion.ru

• 
• ООО Ионные Технология — Фотографии отпечатков хрупкости HV30 азотированного слоя на сталях 40ХН, 20Х13, 38Х2МЮА
•  © www.procion.ru

В результате ионного азотирования на деталях формируется равномерно развитый нехрупкий азотированный слой, а на низколегированных сталях (40ХН и 38Х2МЮА) на поверхности также формируется высококачественная нитридная зона с повышенной твердостью. Твердость, и как следствие износостойкость рабочих поверхностей деталей увеличилась в несколько раз, улучшились адгезионные свойства, снизился коэффициент трения. Данный комплекс покрытий обеспечивает высокие прочностные и эксплуатационные свойства запирающих элементов и комплектующих, что позволило существенно продлить эксплуатационный ресурс запорно-регулирующей арматуры.

В настоящее время по созданной технологии на нашем оборудовании производится упрочнение запорно-регулирующей арматуры для широкого круга предприятий эксплуатирующих трубопроводную продукцию, совместные исследовательские работы развиваются в других городах, с привлечением научных учреждений и КБ, в частности — Ижевске, Санкт-Петербурге, Уфе, Оренбурге, Челябинске

Многолетний опыт, компетенции и приоритетные конструкторско-технологические решения (ноу-хау) позволили нам занять лидирующие позиции по внедрению технологий ионной ХТО во всех отраслях промышленности. В настоящий момент для ряда производителей запорной арматуры специалистами ООО «Ионные Технологии» ведутся работы по поставке оборудования и внедрению технологии ионного азотирования «под ключ».

На сегодняшний день ионно-вакуумное азотирование является передовой технологией поверхностного упрочнения деталей. Применение технологии ионного азотирования при серийном производстве трубопроводной продукции, в том числе при производстве запорно-регулирующей арматуры, позволяет поднять качество выпускаемой продукции на принципиально новый уровень.

Для предприятий эксплуатирующих различные типы трубопроводов, в том числе магистральные, применение упрочненной арматуры позволяет обеспечить длительную эксплуатационную надёжность, что гарантирует безаварийную работу и снижение расходов на ремонт и техническое обслуживание трубопроводов.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.