CC BY
13
УДК 620.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМКА БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ ПОСЛЕ РЕМОНТА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ И
НАПЛАВКОЙ Пугачева Татьяна Михайловна, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Кощеева Анастасия Алексеевна, аспирант (e-mail: [email protected]) Кощеев Кирилл Игоревич, студент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
Проведено исследование металлургическое качество замка бурильной трубы после наплавки с предварительным подогревом.
Ключевые слова: механические свойства, микроструктура, эксплуатация.
Объектом исследования являлся замок (ниппель и муфта) бурильной трубы после ремонта наплавкой.с предварительным нагревом. Применялся способ локального нагрева поверхностей ниппеля и муфты с поворотом трубы и передвижением нагревающего пламени горелки по длине образующей диаметра замков. То есть часть металла нагревалась и одновременно остывала площадь уже нагретого металла.
На рисунке 1 представлен внешний вид объектов исследования.
а) Муфтовая часть б) Ниппельная часть
Рисунок 1 - Внешний вид объектов исследования
Из предоставленных фрагментов были изготовлены образцы для определения химического состава металла, испытаний на одноосное растяжение, ударную вязкость, твёрдость, а также металлографических исследований структуры.
Химический состав стали определяли методом спектрального анализа на атомно-эмиссионных спектрометрах с индуктивно - связанной плазмой ЮАР 6500 и БА-2000 в соответствии с ГОСТ 18895-97.
Испытания на растяжение проводили на разрывной машине Р-10М-авто на образцах с продольным расположением волокна в соответствии с ГОСТ 1497-84. Испытания исследуемых образцов на растяжение и ударную вязкость производили при комнатной температуре (21±3оС).
Замер твёрдости производили методом Роквелла на твердомере ТК-2М по шкале HRC в соответствии с ГОСТ 9013-59 с последующим переводом в шкалу HB (Бринель).
Анализ загрязнённости стали неметаллическими включениями проводили на нетравленых микрошлифах с продольным расположением волокна, на оптическом микроскопе «Leitz» MM6 (Германия) в соответствии с ГОСТ 1778-80.
Анализ микроструктуры металла выполняли с использованием оптического микроскопа «Leitz» ММ6 на микрошлифах с поперечным расположением волокна.
Фотосъемку микроструктуры выполняли на микрорентгеноспектраль-ном анализаторе «Jeol» Superprobe 733 (Япония).
Результат химического анализа металла приведен в таблице 1.
Таблица 1- Химический состав объектов исследования
Маркировка образцов Содержание элементов, %
C Mn Cr Si Ni Cu Mo S P V
1 наплавка 0,34 0,95 0,93 0,91 0,06 0,13 0,12 0,014 0,015 0,01
1 основа 0,41 0,58 1,05 0,27 0,01 0,07 0,25 0,013 0,015 0,01
2 •¿■наплавка 0,34 0,95 0,87 0,9 0,04 0,13 0,12 0,013 0,015 0,01
2 •¿■основа 0,41 0,58 1,07 0,28 0,01 0,09 0,25 0,014 0,015 0,01
Материал образцов 1основа и 2основа соответствуют стали 38ХГМ. Материал образцов 1наплавка и 2наплавка соответствуют стали 30ХГСА. Результаты определения механических характеристик представлены в
таблице 2.
Таблица 2 - Механические характеристики образца исследования
Образец, № На одноосное растяжение Ударная вязкость KCV, Дж/см2 Твердость, НВ
Временное сопротивление, Ов, МПа Предел текучести О0,2, МПа Относительное удлинение, S, % Относительное сужение, V, %
наплавка основа
1 918,7 655,6 14,5 33,9 38,23 255-298 206-275
2 888,3 678,7 5,7 8,4 22,72 257-278 206-275
ТУ 1324- 981 832 13 50 58,9 285-355 300-355
Как видно из таблицы механические свойства образцов не соответствуют требованиям ТУ - все характеристики, за исключением относительного удлинения образца 1 ниже требуемых ТУ[1].
Замер твёрдости производился на темплетах, схема и результаты измерений представлены в таблице 3, 4 (ЗТВ-зона термического влияния) и на рисунках 2, 3.
Таблица 3 -
'езультаты замера твёрдости образца 1 исследования
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Наплавка 27 29 29,5 28 30 32 31 28 32 29,2 27,5 28 27 28 26
ЗТВ 27,5 27,1 28 27,7 30,3 27,5 29 31 30 29 29,5 29 28,5 26,5 26,5
Основной металл 22 31 30 26,5 29,2 29,2 25 20 29 29,5 25 21,5 26 29,5 28,7
Рисунок 2 - Результаты замера твердости муфтовой части замка БТ Таблица 4 - Результаты замера твёрдости образца 2 исследования
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Наплавка 28,5 29,1 29,6 29,5 29,5 29,5 29,5 30 26,5 29 29,2 29 27,5
ЗТВ 28,1 28,5 29,4 29 29,9 29,5 29 29,2 29 29 28 29 29
Основной металл 30,5 31 23,5 31 19 30 28 25 28 20 23 29,5 31
шс
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Рисунок 3 - Результаты замера твердости ниппельной части замка БТ
В результате локального перегрева при нанесении наплавки произошел процесс отпуска основного металла замка, в результате значения твердости стали ниже регламентированных ТУ [1].
Металл наплавки муфты характеризуется неоднородной феррито-перлитной структурой с участками сорбита (рисунок 4, а). Размер зерна 7-8 балл. Максимальная загрязнённость металла неметаллическими включениями не превышает 2 балла по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость отсутствует.
Металл ЗТВ неоднородный. По мере удаления от наплавки наблюдается постепенное изменение микроструктуры с сорбита на бейнито-сорбитную, что свидетельствует о неравномерном теплоотводе в процессе нанесения наплавки. Размер зерна 7-8 балл. Максимальная загрязнённость металла неметаллическими включениями 2 балла по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость отсутствует.
Микроструктура основного металла муфты представлена на рисунке 4, б и характеризуется однородной по сечению, мелкозернистой структурой феррито-бейнита. Размер зерна 8 балл. Максимальная загрязнённость металла неметаллическими включениями не превышает 3 баллов по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость 1балл.
Металл наплавки ниппеля характеризуется неоднородной феррито-перлитной структурой с участками сорбита (рисунок 5, а) . Размер зерна 78 балл. Максимальная загрязненность металла неметаллическими включениями не превышает 1 балла по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость отсутствует.
Микроструктура ЗТВ ниппеля представлена на рисунке 5, б и характеризуется неоднородной по сечению, мелкозернистой структурой сорбита отпуска с феррито-перлитными, участками. Размер зерна 7 балл. Максимальная загрязненность металла неметаллическими включениями не превышает 2 балла по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость отсутствует.
Микроструктура основного металла ниппеля и характеризуется неоднородной по сечению мелкозернистой структурой сорбита и бейнита. Размер зерна 8 балл. Максимальная загрязненность металла неметаллическими
а) х400
б)х400
Рисунок 4 - Микроструктура муфты (образец 1)
включениями не превышает 2,5 баллов по точечным оксидам, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют. Структурная полосчатость 2 балла.
В результате выполнения работы было установлено, что объект исследования не удовлетворяет требованиям ТУ по механическим свойствам.
Таким образом, примененная схема ремонта наплавкой с подогревом не обеспечивает регламентируемых свойств из-за повышенного разогрева металла, сопровождающегося понижением твердости и прочности, особенно в ниппеле.
В этой связи необходима корректировка температурного режима и других параметров наплавки (толщины единовременно наплавленного слоя, силы тока, напряжение, скорость и др.).
Список литературы
1. ТУ 1324-002-96380705-2008
Pugacheva Tatyana Mikhailovna, Ph.D., Associate Professor (e-mail: [email protected]) Koshcheeva Anastasia Alekseevna, graduate student (e-mail: [email protected]) Koshcheev Kirill Igorevich, student (e-mail: [email protected])
Samara State Technical University, Samara, Russia
CONDUCTING THE STUDY OF THE LOCK OF THE TOURNAMENT AFTER REPAIR, WITH PRELIMINARY HEATING AND FLOATING
Abstract. This article examines the examination of the metallurgical quality of the drill pipe. This study was carried out to identify changes in the properties of BT, which can serve as a cause of failure during operation.
Key words: mechanical properties, microstructure, operation.
Переходная зона: наплавка-ЗТВ Переходная зона: ЗТВ-основной металл
а) х1000 Рисунок 5 -
б)х1000
Микроструктура металла ниппеля (образец 2)
