Peralatan penambangan minyak bawah tanah bekerja di sumur sedalam ribuan meter, di lingkungan yang keras dan kondisi tekanan yang kompleks.Biasanya, alat pertambangan harus menahan tidak hanya tegangan tarik dan tegangan lentur puntir, tetapi juga gesekan dan benturan yang kuat.Pada saat yang sama, alat tersebut juga tahan terhadap suhu tinggi, tekanan tinggi, dan korosi lingkungan.
Hal ini mengharuskan sifat material alat penambangan bawah tanah memiliki sifat mekanik komprehensif yang sangat baik, yang tidak hanya harus menjamin kekuatan tinggi, tetapi juga memastikan ketangguhan benturan yang sangat baik, dan pada saat yang sama tahan terhadap korosi oleh air laut dan lumpur.Mengingat persyaratan kinerja kondisi kerja downhole, pemilihan material perkakas downhole biasanya berupa baja struktural paduan yang mengandung elemen tahan korosi seperti Cr dan Mo, kemudian melalui proses perlakuan panas dan temper yang sesuai untuk memastikan memenuhi kekuatan dan ketangguhan benturan. persyaratan.Artikel ini berfokus pada proses pemrosesan string pipa downhole.Ketika salah satu benda kerja pipa aksial yang terbuat dari baja 40CrMnMo dipadamkan dan ditempa, retakan parah terjadi berkali-kali selama proses pendinginan, mengakibatkan benda kerja tersebut terkelupas dan menyebabkan kerugian ekonomi tertentu.Untuk itu, penyebab retak quenching dianalisis dari aspek komposisi kimia, struktur, proses perlakuan panas, dan morfologi retak bahan tabung aksial, serta diusulkan perbaikan dan tindakan pencegahan.
1. Deskripsi benda kerja yang gagal: Bahan bakunya adalah bahan tempa padat baja 40CMnMo dengan diameter φ200 mmx1 m.Aliran proses: pembubutan kasar→pengeboran dan pemboran (hingga ketebalan dinding sekitar 20mm)→quenching→tempering→finishing.Garis besar benda kerja tabung aksial berupa pipa dengan panjang sekitar 1m, diameter φ200 mm, dan tebal dinding 20 mm.
Proses perlakuan panas: pertama-tama panaskan secara perlahan hingga 500°C dalam tungku kotak, kemudian masukkan ke dalam tungku penangas garam untuk memanaskannya hingga suhu pendinginan 860~880°C.Waktu pemanasan dalam tungku penangas garam sekitar 30 menit kemudian didinginkan pada suhu sekitar 40-60°C.Padamkan dalam minyak selama kurang lebih 10 menit.Setelah dikeluarkan, masukkan ke dalam tungku kotak dan simpan pada suhu 600°C selama 10 jam sambil didinginkan di dalam tungku.
Situasi retak: Retakan terjadi sepanjang sumbu tabung tengah, terlihat dari tepi, dan retak pada arah ketebalan dinding radial.
2. Deteksi dan analisis
2.1 Deteksi komposisi kimia: Benda kerja tabung aksial retak yang padam diambil sampelnya dengan pemotongan kawat parsial untuk analisis komposisi.Komposisi kimianya sesuai dengan GB/T3077–1999 “Komposisi Kimia dan Sifat Mekanik Baja Struktural Paduan”.
2.2 Ahli dalam deteksi dan analisis metalografi: Ambil dua sampel tabung aksial yang dipadamkan dan ditempa secara longitudinal, perlakuan api (diisolasi pada suhu 850°C selama 15 jam dan didinginkan dalam tungku), kemudian dipoles dengan amplas dan dipoles pada mesin pemoles, menggunakan 4 % asam nitrat dan alkohol, dan amati struktur metalografinya.Sampel 2 langsung digiling dengan amplas kemudian dipoles dan dikorosi, dan diamati struktur metalografinya.Membandingkan struktur metalografi yang terdeteksi dengan “Metode Evaluasi Struktur Mikro Baja” GBT 13299-1991, ditemukan bahwa struktur pita pada sampel 1 adalah kelas 3 hingga 4, yang berwarna putih adalah ferit eutektoid dan abu-abu hitam adalah mutiara.tubuh, struktur perlit menyumbang sekitar 60%, yang mana lebih tinggi.Struktur metalografi sampel 2 adalah troostit temper dan sejumlah kecil troostit temper.
3. Analisis penyebab keretakan dan solusinya
3.1 Bentuk retakan dan proses perlakuan panas: Amati bentuk retakan pada tabung aksial.Itu adalah retakan memanjang.Itu terjadi sepanjang arah aksial dan retakannya dalam.Bahkan terlihat jelas bahwa retakan tersebut telah retak sepanjang arah radial pada tepi tabung aksial.Disimpulkan bahwa tegangan yang menyebabkan retaknya tabung aksial adalah tegangan tarik tangensial permukaan yang disebabkan oleh tegangan struktur selanjutnya.Pada saat yang sama, karena bahan tabung aksial adalah baja struktural paduan karbon sedang, tegangan struktural juga mendominasi selama proses pendinginan.Terjadi transformasi martensit dan plastisitasnya menurun tajam.Pada saat ini tegangan struktur meningkat tajam, sehingga tegangan tarik yang terbentuk pada permukaan benda kerja akibat tegangan internal quenching melebihi kekuatan baja selama pendinginan sehingga menimbulkan keretakan, yang sering terjadi pada bagian yang padam sepenuhnya.Terjadinya retakan tersebut terutama disebabkan oleh tegangan struktural yang besar akibat proses quenching yang tidak tepat.Karena suhu pemanasan pendinginan tabung sumbu adalah 860~880℃, yang relatif tinggi, maka dengan cepat dimasukkan ke dalam minyak pendinginan 40~60℃.Ketika suhu berada di atas suhu transisi Ms, suhu pemanasan quenching tinggi.Tegangan termalnya besar, dan ketika pendinginan di bawah suhu transformasi MS, suhu minyak quenching relatif rendah, dan waktu quenching 10 menit relatif lama.Selama proses pendinginan cepat, lebih banyak martensit yang dihasilkan.Volume spesifik yang berbeda dari struktur yang berbeda, pada gilirannya, menghasilkan tekanan jaringan yang lebih besar, yang merupakan salah satu penyebab quenching cracking pada tabung sumbu.
3.2 Keseragaman struktur bahan baku: Melalui analisis metalografi sampel intersepsi 1 setelah anil (isolasi pada 850°C selama 15 jam dan pendinginan dalam tungku), ditemukan bahwa tabung aksial yang retak masih memiliki pita yang jelas setelah anil.Adanya segregasi jaringan seperti pita menunjukkan bahwa bahan tembaga itu sendiri memiliki segregasi jaringan seperti pita yang serius dan struktur yang tidak rata.Adanya struktur seperti pita akan meningkatkan kecenderungan quenching cracking pada benda kerja.Literatur yang relevan menunjukkan bahwa struktur seperti pita pada baja paduan karbon rendah dan menengah mengacu pada struktur seperti pita yang terbentuk sepanjang arah penggulungan atau arah penempaan baja.Pita yang sebagian besar terdiri dari ferit proeutektoid dan pita yang sebagian besar terdiri dari perlit ditumpuk satu sama lain.Struktur cor merupakan struktur cacat yang sering muncul pada baja.Karena baja cair mengkristal secara selektif selama proses kristalisasi ingot untuk membentuk struktur dendrit dengan komponen kimia yang tidak merata, dendrit kasar dalam ingot memanjang sepanjang arah deformasi selama penggulungan atau penempaan dan secara bertahap menjadi konsisten dengan arah deformasi., sehingga membentuk pita-pita habis (strip) karbon dan unsur-unsur paduan dan pita-pita habis yang ditumpuk secara bergantian satu sama lain.Dalam kondisi pendinginan lambat, pita karbon dan elemen paduan yang terkuras (austenit yang terlalu dingin memiliki stabilitas lebih rendah) mengendapkan ferit proeutektoid, dan melepaskan kelebihan karbon ke zona yang diperkaya di kedua sisi, yang pada akhirnya membentuk zona yang didominasi oleh ferit: karbon dan elemen paduan. zona diperkaya, yang austenit superdinginnya lebih stabil. Setelah itu, terbentuk pita yang sebagian besar terdiri dari perlit, sehingga membentuk struktur seperti pita di mana pita yang sebagian besar terdiri dari ferit dan pita yang terdiri dari perlit bergantian satu sama lain.Perbedaan struktur mikro dari pita yang berdekatan dalam struktur pita tabung aksial, serta perbedaan morfologi dan tingkat struktur pita, menyebabkan koefisien muai dan perbedaan volume spesifik sebelum dan sesudah perubahan fasa meningkat selama perlakuan panas. dan proses pendinginan tabung aksial, yang mengakibatkan tekanan organisasi yang besar pada akhirnya akan meningkatkan distorsi pendinginan tabung aksial.Jika proses quenching tidak tepat maka kecenderungan struktur pita untuk menyebabkan distorsi dan retak quenching akan meningkat sehingga lebih mudah menyebabkan retak quenching.
3.3 Solusi dan efek: Melalui analisis di atas tentang penyebab retaknya tabung aksial selama proses quenching, pertama-tama kami meningkatkan perlakuan panas dan proses quenching, mengurangi suhu quenching sekitar 10°C, dan meningkatkan suhu oli quenching menjadi sekitar 90°C.Pada saat yang sama, waktu tabung sumbu dalam minyak quenching juga diperpendek.Hasil penelitian menunjukkan bahwa tabung aksial tidak retak selama quenching.Terlihat bahwa penyebab utama terjadinya quenching cracking pada tabung aksial adalah proses quenching yang tidak tepat, dan struktur seperti pita pada bahan baku akan meningkatkan kecenderungan quenching cracking pada tabung aksial, namun hal tersebut bukanlah penyebab utama. untuk memadamkan retak.Uji penyegelan dilakukan pada tabung aksial, dan mampu mempertahankan tekanan stabil selama 10 menit pada tekanan 3500 psi (setara dengan 24 MPa), yang sepenuhnya memenuhi persyaratan penyegelan alat lubang bawah.
4. Kesimpulan
Penyebab utama retak quenching pada tabung aksial adalah proses quenching yang tidak tepat, dan struktur seperti pita pada bahan baku meningkatkan kecenderungan retak quenching pada tabung aksial, namun hal tersebut bukan penyebab utama retak quenching.Setelah proses perlakuan panas ditingkatkan, tabung aksial tidak lagi retak selama pendinginan, dan ketika uji penyegelan dilakukan pada tabung aksial, tekanan dapat distabilkan selama 10 menit pada 3500 psi (setara dengan 24MPa), yang sepenuhnya sesuai dengan persyaratan penyegelan alat downhole.Untuk mencegah tabung aksial retak selama proses pendinginan, Catatan:
1) Pertahankan kontrol yang baik terhadap bahan baku.Struktur pita pada bahan baku harus ≤3, berbagai cacat pada bahan baku seperti kelonggaran, segregasi, inklusi non-logam, dll. Harus memenuhi persyaratan standar, dan komposisi kimia serta struktur mikro harus seragam.
2) Mengurangi stres pemesinan.Pastikan jumlah umpan yang masuk akal untuk mengurangi tegangan sisa pemesinan, atau lakukan tempering atau normalisasi sebelum pendinginan untuk menghilangkan tegangan pemesinan.
3) Pilih proses pendinginan yang wajar untuk mengurangi tegangan struktural dan tekanan termal.Turunkan suhu pemanasan quenching secara tepat dan tingkatkan suhu minyak quenching hingga sekitar 90°C.Pada saat yang sama, waktu tinggal tabung sumbu dalam minyak quenching juga dipersingkat.
Waktu posting: 28 Mei-2024