Николай Кокорин:
Криогенная обработка для нефтегазового комплекса

На вопросы нашего корреспондента ответил директор по науке и развитию ООО «НПЦ «КриоТехРесурс» Николай Анатольевич Кокорин.

 

Научно-производственный центр «Криогенная технология повышения ресурса» (НПЦ «КриоТехРесурс») входит в группу компаний «Технические газы». Больше 17 лет мы лидируем в Удмуртии по производству и поставке технических и медицинских газов, пищевых и сварочных смесей.

Как и любая компания, мы постоянно ищем новые направления для развития. Так, нас заинтересовали криогенные технологии, в которых используются низкие температуры, в частности температура жидкого азота –196°С. Это криобластинг, криосауна, криогенные газификаторы и, наконец, криогенная обработка металлопродукции.

Криогенная обработка металлопродукции позволяет настолько изменить структуру материала, что в результате улучшаются такие показатели, как твердость, предел текучести, циклическая прочность, износостойкость, сопротивление ударам и вибрациям, от чего напрямую зависит увеличение ресурса.

Особенно актуально применение этой технологии для инструмента, подшипников, пружин и других деталей, узлов и агрегатов с высоким уровнем износа.

 

Нужно понимать, что криогенная обработка дополняет штатную термообработку, поэтому она проводится не вместо традиционной, а плюс к ней. Именно в комплексе с термообработкой криогенная обработка значительно повышает механические и эксплуатационные характеристики материала.

Криогенная обработка возможна на начальной стадии процесса изготовления (до закалки) металлопродукции, например для повышения обрабатываемости. Для улучшения механических и эксплуатационных характеристик изделий — после термической обработки (закалки). С целью упрочнения — после окончательной термической операции (отпуска).

При этом улучшение механических и эксплуатационных характеристик обусловлено не столько последовательностью видов обработки, сколько химическим составом стали. Низкотемпературная обработка позволяет достичь экстремального ресурса для конкретной марки материала. Зная состав стали, можно рассчитать температурно-временные параметры для эффективной обработки. Именно время и температура обработки для конкретной марки стали и составляют основу нашей технологии.

 

Безусловно. Наши научные сотрудники вывели формулу, по которой, исходя из химического состава стали, можно определить эффект применения криогенной обработки. Прогнозируемый эффект будет определяться по максимальному показателю износостойкости, то есть для самых благоприятных условий эксплуатации.

 

В первую очередь повышение износостойкости и режущих свойств инструментальных сталей, в том числе быстрорежущих. Повышение твердости, износостойкости и снижение разброса твердости подшипников, прессового и штампового инструмента и измерительных калибров, изготовленных из высокоуглеродистых легированных сталей.

Во-вторых, повышение твердости, глубины упрочненного слоя и износостойкости цементованных деталей, изготовленных из легированных конструкционных марок стали. Усиление циклической прочности ресурсного крепежа, цанг, пружин, рессор и других упругих элементов машин и оборудования. Повышение магнитных свойств некоторых специальных сплавов, используемых для постоянных магнитов.

В-третьих, это способствует стабилизации размеров деталей плунжерных насосов, компрессоров измерительных инструментов, шарико- и роликоподшипников, улучшению эксплуатационных характеристик кабелей и электронного оборудования. И конечно, помогает устранять брак термической обработки деталей из-за низкой или неоднородной твердости после закалки.

Вот это далеко не полный перечень преимуществ криогенного воздействия. Производители металлопродукции могут применять криогенную обработку для снижения издержек и повышения производительности труда на собственном производстве. А также для улучшения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции.

 

Одно из основных направлений нашего центра — проведение научных и инжиниринговых исследований с целью изучения возможностей криогенного воздействия на различные материалы. Так, по результатам криогенной обработки образцов тормозных дисков из серого чугуна абразивная износостойкость повысилась на 11–73% по параметрам линейного износа и на 9–52% по параметрам массового (весового) износа.

Криогенная обработка серого и высокопрочного чугуна была рекомендована Уральским отделением РАН к промышленному применению.

Вообще, криогенная обработка актуальна для различных отраслей промышленности, в том числе для нефтегазовой.

 

Криогенное воздействие способствует повышению износостойкости и производительности бурения твердосплавным породоразрушающим инструментом. В результате криогенной обработки сохраняется высокая эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам и вибрациям, а также повышенная износостойкость пластин и стержней из титано-вольфрамовых и вольфрамовых твердых сплавов.

В нефтедобывающей промышленности широко используется насосный способ извлечения и транспортировки нефти. Насосные и компрессорные агрегаты применяются для подачи жидкости и газа или воздуха в скважины в процессе эксплуатации и освоения скважин. Рабочие органы насосов эксплуатируются при знакопеременных нагрузках в сложных условиях абразивного изнашивания, и эксплуатационная надежность находится в прямой зависимости от их прочности, коррозионной стойкости и износостойкости. В целях повышения эксплуатационного ресурса рабочие органы насосов и компрессоров из стали и чугуна нужно подвергать криогенному воздействию.

На предприятиях химической и нефтяной промышленности широко используются нержавеющие стали. На деталях из хромистых нержавеющих сталей 50Х14МФ, 95Х18 и 100Х13М без криогенного воздействия вообще невозможно получить оптимальное сочетание механических и эксплуатационных свойств материала. Оно достигается за счет так называемой твердой вязкости материала. Криогенно обработанные детали из таких сталей хорошо сопротивляются износу при работе с небольшими ударными нагрузками.

Кроме того, возможна криогенная обработка инструмента для свинчивания и развинчивания труб и штанг, калибров для контроля резьбы. Эффективно криогенное упрочнение цементованных и закаленных токами высокой частоты штоков, муфт, плунжеров.

 

В настоящее время многие предприятия постепенно оценивают эффективность применения криогенной обработки. И конечно, в основном пользуется спросом именно эта услуга. Мы наблюдаем постоянно растущий интерес к ней.

Подтверждение этому — участие нашего предприятия в выставке «Теромообработка-2015», а также заказы на разработку оборудования для внедрения криогенной обработки.

Это оборудование тоже уникально. Его функционал определен конструктивными особенностями, позволяющими проводить криогенную обработку экономично и качественно.

Наше предприятие может изготовить криогенное оборудование для упрочнения металлопродукции под габариты практически любого изделия, задать требуемые температурно-временные параметры исходя из химического состава материала.

Наличие собственного криопроцессора позволяет предприятиям самостоятельно проводить обработку, не зависеть от загруженности наших базовых стационарных моделей. Особенно это актуально для предприятий, которые планируют обрабатывать длинномерные и габаритные изделия.

А поскольку появляется спрос, значит, будет и предложение. Уже разработан модельный ряд криопроцессоров, а также комплексы для криогенной обработки, состоящие из низкотемпературной камеры (криопроцессора) и резервуара криогенного (газификатора) для газификации и подачи азота.

В рамках модернизации участка термообработки инструмента (промышленных ножей) один из наших постоянных клиентов внедрил криогенную технологию на своем предприятии — приобрел комплекс для криогенной обработки вместимостью 200 литров. Значительным результатом этого стало сокращение удельных затрат на тепловую обработку, улучшение качества и надежности продукции, повышение производительности, снижение энергоемкости. Предприятию удалось сократить расходы на закупку импортных комплектующих и отказаться от них в пользу отечественных инструментов с лучшими эксплуатационными характеристиками.

С уверенностью могу заявить, что применение криогенной обработки, в частности для металлопродукции, — реальная возможность улучшить механические и эксплуатационные характеристики материала, повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции и сократить издержки на закупку импортных комплектующих.