Ang mga kagamitan sa pagmimina ng langis sa ilalim ng lupa ay gumagana sa mga balon na libu-libong metro ang lalim, sa malupit na kapaligiran at masalimuot na mga kondisyon ng stress. Karaniwan, ang mga kagamitan sa pagmimina ay kailangang makatiis hindi lamang sa tensile stress, at torsional bending stress, kundi pati na rin sa malakas na friction at impact. Kasabay nito, ang mga kagamitan ay dapat ding makatiis sa mataas na temperatura, mataas na presyon, at kalawang sa kapaligiran.
Kinakailangan nito na ang mga katangian ng materyal ng mga kagamitan sa pagmimina sa ilalim ng lupa ay magkaroon ng mahusay at komprehensibong mga katangiang mekanikal, na hindi lamang dapat matiyak ang mataas na lakas, kundi pati na rin ang mahusay na impact toughness, at kasabay nito ay lumalaban sa kalawang ng tubig-dagat at putik. Dahil sa mga kinakailangan sa pagganap ng mga kondisyon sa pagtatrabaho sa ilalim ng hukay, ang pagpili ng materyal ng mga kagamitan sa ilalim ng hukay ay karaniwang haluang metal na istrukturang bakal na naglalaman ng mga elementong lumalaban sa kalawang tulad ng Cr at Mo, at pagkatapos ay dumaan sa naaangkop na mga proseso ng paggamot sa init at pag-temper upang matiyak na natutugunan nito ang mga kinakailangan sa lakas at impact toughness. Ang artikulong ito ay nakatuon sa proseso ng pagproseso ng mga string ng tubo sa ilalim ng hukay. Kapag ang isa sa mga workpiece ng axial pipe na gawa sa 40CrMnMo na bakal ay pinalamig at pinalamig, ang matinding pagbibitak ay nangyari nang maraming beses sa panahon ng proseso ng pag-quench, na nagreresulta sa pagkawasak ng workpiece at pagdudulot ng ilang mga pagkalugi sa ekonomiya. Upang makamit ito, ang mga sanhi ng mga bitak sa pag-quench ay sinuri mula sa mga aspeto ng kemikal na komposisyon, istraktura, proseso ng paggamot sa init, at morpolohiya ng bitak ng materyal ng axial tube, at ang mga pagpapabuti at mga hakbang sa pag-iwas ay iminungkahi.
1. Paglalarawan ng nasirang workpiece: Ang hilaw na materyal ay isang 40CMnMo na bakal na solidong materyal sa pagpapanday na may diyametrong φ200 mmx1 m. Daloy ng proseso: magaspang na pag-ikot→pagbabarena at pagbubutas (hanggang sa kapal ng dingding na humigit-kumulang 20mm)→pagpapainit→pagpapatigas→pagtatapos. Ang balangkas ng workpiece ng axial tube ay isang tubo na may haba na humigit-kumulang 1m, diyametrong φ200 mm, at kapal ng dingding na 20 mm.
Proseso ng paggamot sa init: dahan-dahan muna itong initin sa 500°C sa isang box furnace, pagkatapos ay ilagay ito sa isang salt bath furnace upang painitin ito sa temperatura ng pagpapalamig na 860~880°C. Ang oras ng pag-init sa salt bath furnace ay humigit-kumulang 30 minuto at pagkatapos ay pinapalamig sa humigit-kumulang 40-60°C. Patayin sa langis nang humigit-kumulang 10 minuto. Pagkatapos itong alisin, hayaan itong palamigin sa isang box furnace at panatilihin ito sa 600°C sa loob ng 10 oras habang pinapalamig sa furnace.
Sitwasyon ng bitak: Ang bitak ay nabubuo sa kahabaan ng ehe ng gitnang tubo, nakikita mula sa gilid, at may bitak sa direksyon ng kapal ng radial na pader.
2. Pagtuklas at pagsusuri
2.1 Pagtukoy sa kemikal na komposisyon: Ang quenched cracked axial tube workpiece ay kinuhanan ng sample sa pamamagitan ng partial wire cutting para sa pagsusuri ng komposisyon. Ang kemikal na komposisyon nito ay sumusunod sa GB/T3077–1999 na “Kemikal na Komposisyon at Mekanikal na Katangian ng Alloy Structural Steel”.
2.2 Mga Eksperto sa Metallographic Detection at Analysis: Kumuha ng dalawang sample ng quenched at tempered axial tube nang pahaba, fire treatment (insulated sa 850°C sa loob ng 15 oras at pinalamig sa furnace), pagkatapos ay pinakintab gamit ang liha at pinakintab sa isang polishing machine, gamit ang 4% nitric acid at alcohol, at obserbahan ang metallographic structure. Ang Sample 2 ay direktang giniling gamit ang liha at pagkatapos ay pinakintab at kinakalawang, at naobserbahan ang metallographic structure nito. Kung ikukumpara ang nakitang metallographic structure sa GBT 13299-1991 “Method for Evaluation of Microstructure of Steel”, natuklasan na ang banded structure sa sample 1 ay grade 3 hanggang 4, kung saan ang puti ay eutectoid ferrite at ang gray-black ay pearlescent. Ang pearlite structure ay bumubuo ng humigit-kumulang 60%, na mas mataas. Ang metallographic structure ng sample 2 ay tempered troostite at isang maliit na halaga ng tempered troostite.
3. Pagsusuri ng mga sanhi at solusyon ng pagbibitak
3.1 Hugis ng bitak at proseso ng paggamot sa init: Obserbahan ang hugis ng bitak sa axial tube. Ito ay isang longitudinal crack. Nangyayari ito sa direksyon ng axial at malalim ang bitak. Malinaw pa nga na ang bitak ay may bitak sa direksyon ng radial sa gilid ng axial tube. Napagpasyahan na ang stress na nagdudulot ng pagbitak ng axial tube ay ang surface tangential tensile stress, na sanhi ng structural stress na naganap kalaunan. Kasabay nito, dahil ang materyal ng axial tube ay medium carbon alloy structural steel, nangingibabaw din ang structural stress sa panahon ng proseso ng quenching. Nangyayari ang martensitic transformation at ang plasticity ay bumababa nang husto. Sa oras na ito, ang structural stress ay tumataas nang husto, kaya ang tensile stress na nabuo sa ibabaw ng workpiece ng quenching internal stress ay lumampas sa lakas ng bakal habang pinapalamig, na nagiging sanhi ng pagbitak, na kadalasang nangyayari sa ganap na quenched na bahagi. Ang paglitaw ng mga naturang bitak ay pangunahing dahil sa malaking structural stress na dulot ng hindi wastong proseso ng quenching. Dahil ang temperatura ng quenching heating ng axis tube ay 860~880℃, na medyo mataas, mabilis itong inilalagay sa quenching oil na 40~60℃. Kapag ang temperatura ay mas mataas sa Ms transition temperature, mataas ang temperatura ng quenching heating. Malaki ang thermal stress, at kapag lumalamig sa ibaba ng MS transformation temperature, medyo mababa ang temperatura ng quenching oil, at medyo matagal ang quenching time na 10 minuto. Sa mabilis na proseso ng paglamig, mas maraming martensite ang nalilikha. Ang iba't ibang partikular na volume ng iba't ibang istruktura, naman, ay nagdudulot ng mas malaking tissue stress, na isa sa mga sanhi ng quenching cracking ng axis tube.
3.2 Pagkakapareho ng istruktura ng hilaw na materyal: Sa pamamagitan ng metallographic analysis ng naharang na sample 1 pagkatapos ng annealing (insulasyon sa 850°C sa loob ng 15 oras at pagpapalamig sa pugon), natuklasan na ang axial tube na may mga bitak ay mayroon pa ring mga halatang banda pagkatapos ng annealing. Ang pagkakaroon ng band-like tissue segregation ay nagpapahiwatig na ang materyal na tanso mismo ay may malubhang band-like tissue segregation at hindi pantay na istraktura. Ang pagkakaroon ng band-like structure ay magpapataas ng tendensiya ng quenching cracking ng workpiece. Itinuturo ng mga kaugnay na literatura na ang band-like structure sa low- at medium-carbon alloy steel ay tumutukoy sa band-like structure na nabuo sa direksyon ng pag-ikot o direksyon ng pagpapanday ng bakal. Ang mga banda na pangunahing binubuo ng proeutectoid ferrite at ang mga banda na pangunahing binubuo ng pearlite ay nakapatong sa isa't isa. Ang cast structure ay isang depektibong istruktura na kadalasang lumilitaw sa bakal. Dahil ang tinunaw na bakal ay pumipili ng pagkikristal sa panahon ng proseso ng pagkikristal ng ingot upang bumuo ng isang istrukturang dendrite na may hindi pantay na ipinamamahaging mga sangkap na kemikal, ang mga magaspang na dendrite sa ingot ay humahaba sa direksyon ng deformation habang gumugulong o nagpapanday at unti-unting nagiging pare-pareho sa direksyon ng deformation, kaya bumubuo ng mga depleted band (mga piraso) ng carbon at mga elemento ng alloying at mga depleted band na magkakapatong-patong. Sa ilalim ng mabagal na mga kondisyon ng paglamig, ang mga depleted band ng carbon at mga elemento ng alloying (ang sobrang lamig na austenite ay may mas mababang katatagan) ay nag-iipon ng proeutectoid ferrite, at naglalabas ng labis na carbon sa mga enriched zone sa magkabilang panig, na kalaunan ay bumubuo ng isang zone na pinangungunahan ng ferrite: isang enriched zone ng carbon at elemento ng alloying, na ang supercooled austenite ay mas matatag. Pagkatapos nito, isang banda na pangunahing binubuo ng pearlite ang nabubuo, kaya bumubuo ng isang istrukturang parang banda kung saan ang mga banda na pangunahing ferrite at mga banda na binubuo ng pearlite ay nagpapalitan sa isa't isa. Ang iba't ibang microstructure ng mga katabing banda sa banded structure ng axial tube, pati na rin ang mga pagkakaiba sa morpolohiya at grado ng banded structure, ay nagdudulot ng pagtaas ng expansion coefficient at pagkakaiba sa specific volume bago at pagkatapos ng phase change sa panahon ng heat treatment at quenching process ng axial tube, na nagreresulta sa malaking organizational stress na kalaunan ay magpapataas ng quenching distortion ng axial tube. Kung hindi tama ang proseso ng quenching, ang tendensiya ng band structure na magdulot ng quenching distortion at cracking ay tataas, na ginagawang mas madali ang pagdulot ng quenching cracking.
3.3 Mga Solusyon at Epekto: Sa pamamagitan ng pagsusuri sa itaas ng mga sanhi ng pagbibitak ng axial tube habang isinasagawa ang proseso ng quenching, una naming pinagbuti ang heat treatment at proseso ng quenching, binawasan ang temperatura ng quenching ng humigit-kumulang 10°C, at pinataas ang temperatura ng quenching oil sa humigit-kumulang 90°C. Kasabay nito, ang oras ng axis tube sa quenching oil ay pinaikli rin. Ipinakita ng mga resulta na ang axial tube ay hindi nabibitak habang isinasagawa ang quenching. Makikita na ang pangunahing sanhi ng pagbibitak ng axial tube dahil sa quenching ay ang hindi wastong proseso ng quenching, at ang istrukturang parang banda sa hilaw na materyal ay magpapataas ng posibilidad ng pagbibitak ng axial tube dahil sa quenching, ngunit hindi ito ang pangunahing sanhi ng pagbibitak ng quenching. Isang sealing test ang isinagawa sa axial tube, at nagawa nitong mapanatili ang isang matatag na presyon sa loob ng 10 minuto sa presyon na 3500 psi (katumbas ng 24 MPa), na ganap na nakakatugon sa mga kinakailangan sa sealing ng mga downhole tool.
4 Konklusyon
Ang pangunahing sanhi ng pagbibitak ng axial tube sa pamamagitan ng quenching ay ang hindi wastong proseso ng quenching, at ang mala-band na istraktura sa hilaw na materyal ay nagpapataas ng tendensiya ng pagbibitak ng axial tube sa pamamagitan ng quenching, ngunit hindi ito ang pangunahing sanhi ng pagbibitak ng quenching. Matapos mapabuti ang proseso ng heat treatment, hindi na nagbitak ang axial tube habang nag-quenching, at nang isagawa ang sealing test sa axial tube, maaaring patatagin ang presyon sa loob ng 10 minuto sa 3500 psi (katumbas ng 24MPa), na ganap na sumusunod sa mga kinakailangan sa pagbubuklod ng mga downhole tool. Upang maiwasan ang pagbibitak ng axial tube habang nag-quenching, Paalala:
1) Panatilihin ang mahusay na kontrol sa mga hilaw na materyales. Kinakailangan na ang istruktura ng banda sa mga hilaw na materyales ay ≤3, ang iba't ibang mga depekto sa mga hilaw na materyales tulad ng pagkaluwag, paghihiwalay, mga hindi metal na inklusyon, atbp. ay dapat matugunan ang mga pamantayang kinakailangan, at ang kemikal na komposisyon at microstructure ay dapat na pare-pareho.
2) Bawasan ang stress sa machining. Tiyakin ang makatwirang dami ng feed upang mabawasan ang natitirang stress sa machining, o magsagawa ng tempering o normalizing bago ang quenching upang maalis ang stress sa machining.
3) Pumili ng makatwirang proseso ng pagpapalamig upang mabawasan ang structural stress at thermal stress. Babaan nang naaangkop ang temperatura ng pagpapainit ng pagpapalamig at pataasin ang temperatura ng quenching oil sa humigit-kumulang 90°C. Kasabay nito, ang residence time ng axis tube sa quenching oil ay naiikli rin.
Oras ng pag-post: Mayo-28-2024