يبتكر العلماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية أساليب جديدة لتصليب الفولاذ 15Х13Н2 ، والذي سيجد تطبيقًا في صناعة النفط في المناطق ذات المناخ القطبي. ستتيح التكنولوجيا الجديدة الحصول على الفولاذ بقوة عالية التأثير ، ولن يتطلب تصنيعه تكاليف مالية كبيرة.
لماذا استخراج النفط بحاجة للصلب الجديد؟
في الوقت الحاضر ، يعد إنتاج الصلب عالي القوة ، والذي يمكن استخدامه في صناعة النفط في القطب الشمالي ، أحد المشكلات الملحة التي تواجه العلماء. حول هذا الموضوع ، نشر فريق البحث في جامعة جنوب الأورال الحكومية مقالة علمية في مجلة فيزياء المعادن وعلم التعدين(Physics of Metals and Metallography).
«تدريجيا ، يتحول إنتاج النفط إلى الشمال ، ومن المحتمل أنه سيتم استخراجه قريبا من الرف أو قاع المحيط المتجمد الشمالي. هذا يخلق بعض الصعوبات المرتبطة في المقام الأول مع ظاهرة هشاشة البرد. للصلب عدة خصائص مهمة: أولاً وقبل كل شيء ، إنها القوة والمتانة. أثناء الإنتاج ، غالبًا ما يتمدد الزيت المتدفق عبر الأنابيب تحت الضغط العالي ، وتظهر شقوق طولية في الأنابيب ، والتي يمكن أن تمتد لعشرات الكيلومترات. مشكلة أخرى هي أن الأنابيب الفولاذية يجب أن تكون شديدة المقاومة للتآكل والتردي الميكانيكي. في المرحلة الأولى من إنتاج النفط ، يتم استخدام المياه لزيادة الضغط ، الذي يترك البئر ، ويحتوي على الأحجار والرمال والأملاح. كل هذا يمحو سطح الأنبوب ويخلق التآكل الميكانيكي والكيميائي ، ونتيجة لذلك يصبح الأنبوب أرق وتظهر الشقوق، لهذا السبب يجب أن يكون للمعادن تأثير وقوة عالية»,- يقول جلال ميرزاييف ، دكتور في العلوم الفيزيائية ، وأستاذ قسم فيزياء نظم النانو ، معهد العلوم الطبيعية والدقيقة.
.jpg)
صورة: دكتور العلوم الرياضيات- الفيزيائية ، أستاذ قسم الفيزياء في أنظمة النانو ، معهد العلوم الطبيعية والدقيقة في جامعة جنوب الأورال الحكومية جلال ميرزاييف
يجب أن يكون للصلب خواص عالية تؤخر تلف الأنابيب الفولاذية. حاليا ، يتم استخدام الصلب المخلوط بالكروم في إنتاج النفط: إنه يحتوي على أكثر من 13 ٪ من الكروم. مع هذا المحتوى ، يصبح الفولاذ مقاوم للتآكل ، ولكن ليس لين بدرجة كافية. وبالتالي ، تنشأ مشكلة في إنشاء المعالجة الحرارية التي تسمح بالحصول على كل من القوة العالية والليونة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا يتطلب إنتاجه تكاليف مالية كبيرة.
يعمل العلماء في جامعة جنوب الأورال مع الفولاذ ، والذي يتضمن 0.13 ٪ من الكربون و 13 ٪ من الكروم و 2 ٪ من النيكل. إنهم يشاركون في إنشاء التكنولوجيا التي من شأنها أن تمكن من الحصول على الخصائص الميكانيكية اللازمة دون إضافة المعادن باهظة الثمن. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم استخدام الفولاذ الجديد في درجات حرارة منخفضة ويجب أن يتحمل ما يصل إلى -70- درجة مئوية تحت الصفر الحد الأدنى لدرجة الحرارة في القطب الشمالي.
ميزات التكنولوجيا الجديدة لإنتاج الصلب
اعتمادًا على درجة الحرارة التي يتم فيها تسخين الحديد ، يمكن الحصول على عدة أنواع من الهياكل الفولاذية. هذا يرجع إلى حقيقة أن الحديد يغير من خصائصه في النطاق من °С 0 درجة مئوية إلى °С 911 درجة مئوية. لذلك ، هناك منطقة ذات درجة حرارة منخفضة يتم إنتاج الفريت فيها ، ومنطقة ذات درجة حرارة عالية يتم الحصول عليها من الأوستينيت. عند درجات حرارة أقل من °С 911 درجة مئوية ، يمر الأوستينيت إلى طبقة من الفريت البلاستيك واللين ، والتي تحدث أثناء التبريد البطيء. ومع ذلك ، عند التبريد الحاد للأوستينيت ، يتم تشكيل مرحلة سوبيرهارد - مارتنسيت. يتم نقل الصلب إلى مارتينسيت في النطاق بين نقطتي درجة الحرارة التي تبدأ وتنتهي. من مميزات التقنية المقترحة أنه من الضروري مقاومة المادة عند درجة حرارة يكون الأوستينيت قد تشكل بالفعل. وهكذا ، اتضح أنه أصبح ، يتكون بشكل أساسي من المارتينسيت الصلب ، وبدرجة أقل ، من الأوستينيت المطيل. علاوة على ذلك ، يتم تبريد المادة ثم تسخينها إلى 650 درجة مئوية. ثم ، يتم تكرار هذه العملية ، مما ينتج الصلب مع قوة وصلابة عالية.
حاليا ، تم اختبار التكنولوجيا الجديدة فقط في ظروف المختبر. ضمن إطار هذا المشروع ، يتعاون فريق البحث مع مصنع تشيليابينسك للأنابيب — أحد أكبر مصنعي الأنابيب في روسيا.