Лекция 2. Стальное фасонное литье

Стальное фасонное литье широко используется для изготовления деталей оборудования и аппаратов нефтехимических и нефтеперерабытывающих заводов, а также деталей газо- и нефтепромыслового оборудования и инструмента.

Наибольшее количество фасонного литья производится в песчаных формах. Однако ряд деталей отливается в металлические формы (кокиль) и получается методами точного литья. В таблице 2.1 приведен химический состав и механические свойства углеродистой стали в нормализованном или отожженном состоянии.

Таблица 2.1 – Химический состав и механические свойства углеродистой стали

Марка стали	Химический состав, %	Механические свойства
С	Мn	Si	σ т, МПа	σ в, МПа	δ, %	Ψ, %
15Л	0,12-0,20	0,35-0,65	0,17-0,37
20Л	0,17-0,25	0,35-0,65	0,17-0,37
25Л	0,22-0,30	0,50-0,80	0,17-0,37
35Л	0,32-0,40	0,50-0,80	0,17-0,37
45Л	0,42-0,50	0,50-0,80	0,17-0,37
55Л	0,52-0,60	0,50-0,80	0,17-0,37			1-

По качественным показателям отливки из углеродистой стали делятся на три группы:

1. Отливки нормального качества. Проверяют по химическому составу, размерам и внешнему виду.

2. Отливки повышенного качества.

3. Отливки особого качества. 2 и 3 группу проверяют по химическому составу, размерам, внешнему виду и механическим свойствам.

Разница между этими группами заключается в способах выплавки стали, содержании вредных примесей и требованиях в отношении макро- и микроструктуры. Кроме того, если в условиях заказа есть оговорки, проводятся специальные испытания: для 1 группы – на временное сопротивление разрыву и относительное удлинение; для 2 и 3 групп – на предел текучести, относительное сужение и ударную вязкость, установленные нормы относительного сужения и удлинения могут быть повышены до 20 %.

Отклонения в содержании углерода, марганца и кремния не является браковочным признаком.

Для получения необходимых свойств, исправления литой структуры, устранения ликвационной неоднородности и уменьшения остаточных напряжений стальное фасонное литье подвергается термической обработке (отжигу, нормализации, закалке и отпуску).

Закалка с отпуском используется при изготовлении ответственных деталей и дает наилучшее сочетание механических свойств. Отливки из углеродистой стали не сложной формы обычно закаливают в воде. Для предотвращения образования трещин отливки необходимо сразу после закалки подвергать отпуску при температуре 600 – 650 ^оС. Длительность выдержки при температуре отпуска для отливок сечением до 25 мм должна составлять 2 ч; для отливок с большим сечением продолжительность выдержки увеличивается из расчета 30 мин на каждые 25 мм сечения.

Хорошие результаты дает гомогенизация с последующим обычным отжигом и нормализация с отпуском при 600 – 700 ^оС. Отжиг с фазовой перекристаллизацией применяется только в некоторых специальных случаях и дает несколько сниженные механические свойства: в частности, снижает, по сравнению с нормализацией, ударную вязкость при температуре ниже 0 ^оС. Фасонные отливки из углеродистой стали в нефтехимической промышленности применяют для изготовления запорной, дросселирующей и предохранительной аппаратуры, печных двойников, фитингов, стальных литых фланцев, корпусов насосов, не обогреваемых непосредственно пламенем или радиационным теплом при отсутствии агрессивных сред.

Для ответственных отливок, работающих при повышенных давлении и температуре (корпуса печных двойников, горячих центробежных насосов, деталей арматуры) установленных на горячих трубопроводах, применяется литье особого или повышенного качества. Менее ответственные отливки изготовляют из стального литья нормального качества, но обязательно из мартеновской стали.

В зависимости от давления и температуры фасонные отливки должны применяться в соответствии с таблицей 2.2.

Таблица.2.2 - Применение фасонных отливок из углеродистой стали

Группа отливки и марка стали	Температура стенки, оС	Давление не более, МПа
Группа I (15Л, 20Л, 25Л, 30Л)	От – 15 до + 400
Группа III или III (15Л, 20Л, 25Л, 30Л)	От - 40 до + 450	Не ограничено

Стальное фасонное литье из углеродистой стали широко используется для изготовления деталей газо- и нефтепромыслового оборудования. Из стального литья марок 15Л и 25Л изготавливают кулачковые и зубчатые муфты буровых установок. Звездочки буровых установок могут быть изготовлены из стального литья марок 45Л и 55Л. Марка стали в этом случает определяется условиями эксплуатации ценных передач буровых установок. Так, в малонагруженных, тихоходных и редко действующих передачах звездочки могут быть изготовлены из литой стали марки 55Л.

Для изготовления ответственных деталей, работающих при больших нагрузках, повышенных температурах, а также в горячих сероводородсодержащих нефтяных и других агрессивных средах, применяют фасонное литье из легированные сталей.

1. Для изготовления высоконагруженных элементов оборудования при переработке неагрессивных нефтепродуктов при температуре до 500 ^оС и слабоагрессивных сернистых нефтепродуктов при температуре до 400 ^оС может быть рекомендовано стальное литье марок 30ХМЛ и 35ХМЛ. Фасонное литье из стали этих марок применяется на установках прямой гонки, крекинга, масляного производства при неагрессивных средах. Из стального литья марок 35ХМЛ и 30ХМЛ изготавливают корпуса задвижек, вентилей и редукционных клапанов, печные двойники, фиттинги и т.д. Отливка чаще всего подвергается двойной термической обработке – закалке с 800 ^оС в воде и отпуску при 650 – 670 ^оС с охлаждением на воздухе.

2. Для изготовления литых элементов, оборудования для переработки нефтепродуктов средней агрессивности при температуре до 450 ^оС может быть рекомендована сталь Х5ТЛ, при температуре до 550 ^оС – сталь Х5МЛ и Х5ВЛ, а при температуре до 600 ^оС – сталь 1Х18Н9ТЛ. Фасонное литье этих марок находит применение для высокотемпературных элементов крекинга, перерабатывающие агрессивные высокосернистые нефти. Из стального слить марок Х5ТЛ, Х5МЛ и Х5ВЛ изготовляют корпуса задвижек, вентилей и редукционных клапанов, печные двойники, корпуса горячих насосов.

3. Для изготовления литых элементов оборудования, соприкасающихся с топочной средой, содержащей сернистые соединения, могут быть рекомендованы следующие марки стали: Х9С2Л – до 800 ^оС; СЧХ12Л – до 900 ^оС; Х25Н20С2 – до 1100 – 1150 ^оС. Жаропрочное стальное литье этих марок применяется для подвесок, опор, решеток, кронштейнов и других деталей печного оборудования нефтеперерабытывающих заводов. Фасонное литье из легированной стали применяется для изготовления деталей газо- и нефтепромыслового оборудования и инструмента. Так, например, шарошки буровых долот 10^//, 12^//, 14^//, 18^//, 20^// отливают из стали марок 17ХН2Л и 20ХН3Л. Шарошки отливаются методом точного литья по выплавляемым моделям. Отливки шарошек после отрезки прибыли и очистки поверхности внутренней полости на дробейструйном аппарате подвергаются химико-термической обработке: цементации при температуре 920 -940 ^оС в течение 17- 20 ч; первой закалке с 880 – 900 ^оС в масле; второй закалке с 720 -740 ^оС в масле и отпуску при 180 -200 ^оС. Широко применяется для изготовления литых деталей газо- и нефтепромыслового оборудования сталь марок 40ГЛ. 40ХЛ, 4-ХНЛ.40ХЛ, 4-ХНЛ. Фасонные отливки из легированной стали подвергаются термической обработке. Предварительная термическая обработка состоит из отжига или нормализации с отпуском и выполняется с целью снятия внутренних напряжений, смягчения стали для облегчения механической обработки, подготовки структуры стали к окончательной термической обработке. Обычно термообработке предшествует отрезка литниковых прибылей и очистка отливок. Обрубку, вырубку и заварку дефектов выполняют после предварительной термической обработки. Окончательная термическая обработка отливок, как правило, состоит из закалки и отпуска. Закалку отливок стоит производить в масле с температуры 850 – 870 ^оС. Для предотвращения образования трещин отливки необходимо сразу же после закалки погружать в печь для отпуска. Отпуск отливок из стали марок 40ГЛ, 40ХЛ, и 40ХНЛ рекомендуется производить при температуре 600 – 650 ^оС. Длительность выдержки при температуре отпуска для отливок сечением 22 мм должна составлять 2 ч; для отливок большего сечения продолжительность выдержки увеличивается из расчета 30 мин на каждые 225мм сечения.

Сталь 40ГЛ применяется для изготовления литых корпусов роторных клиньев, сталь 40ХЛ – для изготовления рычагов, челюстей, замков и подвесок трубных ключей, сталь 40ХНЛ – для изготовления тормозных шкивов буровых лебедок, шкивов талевого блока, цепных колес и муфт буровых установок, корпусов элеваторов для бурильных труб.

Рекомендуемая литература:
осн. 1 [101-112]

Контрольные вопросы:

1. Для каких целей используется фасонное стальное литье в нефтегазовой промышленности?

2. Что означает буква Л в конце маркировки сталей?

3. Как классифицируются отливки из углеродистой стали по качественным показателям?

4. Какая термическая обработка применяется для фасонного литья для устранения ликвации?

5. Какие критерии выбора существуют для сталей при изготовлении литых деталей аппаратуры и оборудования нефтеперерабатывающих заводов?