지하 석유 채굴 도구는 가혹한 환경과 복잡한 스트레스 조건에서 수천 미터 깊이의 우물에서 작동합니다.일반적으로 채굴 도구는 인장 응력, 비틀림 굽힘 응력뿐만 아니라 강한 마찰과 충격도 견뎌야 합니다.동시에 도구는 고온, 고압 및 환경 부식에도 견딜 수 있습니다.
이를 위해서는 지하 광산 도구의 재료 특성이 우수한 종합 기계적 특성을 가져야 하며, 이는 높은 강도를 보장할 뿐만 아니라 우수한 충격 인성을 보장하는 동시에 해수 및 진흙에 의한 부식에 대한 저항성을 가져야 합니다.다운홀 작업 조건의 성능 요구 사항을 고려할 때 다운홀 도구의 재료 선택은 일반적으로 Cr 및 Mo와 같은 내식성 원소를 포함하는 합금 구조강이며 적절한 열처리 및 템퍼링 공정을 거쳐 강도와 충격 인성을 충족하는지 확인합니다. 요구 사항.이 기사에서는 다운홀 파이프 스트링 처리 프로세스에 중점을 둡니다.40CrMnMo강으로 제작된 축파이프 가공물 중 하나를 담금질 및 템퍼링할 때 담금질 과정에서 여러 차례 심각한 균열이 발생하여 가공물이 폐기되어 일정한 경제적 손실이 발생했습니다.이를 위해 축방향 튜브 재료의 화학적 조성, 구조, 열처리 과정, 균열 형태 등의 측면에서 담금질 균열의 원인을 분석하고 개선 및 예방 방안을 제안하였다.
1. 실패한 공작물에 대한 설명: 원자재는 직경 200mmx1m의 40CMnMo 강철 단조 재료입니다.공정 흐름 : 거친 선삭 → 드릴링 및 보링 (벽 두께 약 20mm까지) → 담금질 → 템퍼링 → 마무리.축형 튜브 가공물의 외형은 길이 약 1m, 직경 200mm, 벽 두께 20mm의 파이프입니다.
열처리 공정: 먼저 상자로에서 500°C까지 천천히 가열한 다음 염욕로에 넣어 담금질 온도 860~880°C까지 가열합니다.염욕로에서 가열 시간은 약 30분이며 약 40-60°C에서 급냉됩니다.기름에 10분정도 담궈주세요.꺼낸 후 상자로에서 담금질하고, 로에서 식히면서 600°C에서 10시간 동안 유지한다.
균열 상황: 균열은 중앙 튜브의 축을 따라 발생하고 가장자리에서 볼 수 있으며 방사형 벽 두께 방향으로 균열이 발생했습니다.
2. 탐지 및 분석
2.1 화학 성분 검출: 담금질된 균열이 있는 축형 튜브 가공물을 성분 분석을 위해 부분 와이어 절단으로 샘플링했습니다.화학 성분은 GB/T3077-1999 "합금 구조강의 화학 성분 및 기계적 특성"을 준수합니다.
2.2 금속 조직학적 탐지 및 분석 전문가: 담금질 및 템퍼링된 축 튜브의 두 샘플을 길이 방향으로 채취하고 화재 처리(850°C에서 15시간 동안 절연하고 용광로에서 냉각)한 다음 사포로 연마하고 다음을 사용하여 연마 기계에서 연마합니다. 4% 질산과 알코올을 넣고 금속 조직을 관찰합니다.샘플 2는 사포로 직접 연마한 후 연마하고 부식하여 금속조직을 관찰하였다.검출된 금속 조직을 GBT 13299-1991 "강철의 미세 구조 평가 방법"과 비교한 결과, 샘플 1의 줄무늬 조직은 3~4 등급으로 흰색은 공석 페라이트, 회흑색은 진주 광택이 있는 것으로 나타났습니다.Body의 경우 Pearlite 조직이 약 60%를 차지하며 이는 더 높습니다.샘플 2의 금속조직은 템퍼링 트로스타이트와 소량의 템퍼링 트로스타이트이다.
3. 균열 원인 분석 및 해결방안
3.1 균열 형상 및 열처리 공정: 축형 관의 균열 형상을 관찰한다.세로방향 균열입니다.축방향을 따라 발생하며 균열이 깊다.균열이 축방향 관의 모서리 부분에 반경 방향을 따라 균열이 발생한 것이 분명합니다.축방향 튜브의 균열을 유발하는 응력은 이후의 구조적 응력에 의해 발생하는 표면 접선 인장응력으로 판단된다.동시에, 축방향 튜브의 재료는 중탄소 합금 구조강이기 때문에 담금질 과정에서 구조적 응력도 지배적입니다.마르텐사이트 변태가 발생하고 소성이 급격히 감소합니다.이때, 구조적 응력이 급격하게 증가하여 담금질 내부 응력에 의해 가공물 표면에 형성되는 인장 응력이 냉각 시 강재의 강도를 초과하여 균열이 발생하게 되는데, 이는 완전히 담금질된 부분에서 흔히 발생한다.이러한 균열의 발생은 주로 부적절한 담금질 공정으로 인한 큰 구조적 응력으로 인해 발생합니다.축튜브의 담금질 가열온도는 860~880℃로 상대적으로 높기 때문에 40~60℃의 담금질유에 빠르게 투입됩니다.온도가 Ms 전이 온도보다 높으면 담금질 가열 온도가 높습니다.열응력이 크고, MS 변태온도 이하로 냉각할 경우 담금질유 온도가 상대적으로 낮고, 10분이라는 담금질 시간이 상대적으로 길다.급속 냉각 과정에서 더 많은 마르텐사이트가 생성됩니다.서로 다른 구조의 서로 다른 특정 부피는 차례로 더 큰 조직 응력을 생성하며 이는 축 튜브의 균열을 켄칭하는 원인 중 하나입니다.
3.2 원료 구조의 균일성: 어닐링(850°C에서 15시간 동안 절연하고 노에서 냉각) 후 차단된 샘플 1의 금속 조직학적 분석을 통해 균열이 있는 축 튜브에 어닐링 후에도 여전히 뚜렷한 밴드가 있음이 발견되었습니다.띠 모양의 조직 분리가 존재한다는 것은 구리 재료 자체가 심각한 띠 모양의 조직 분리와 불균일한 구조를 가지고 있음을 나타냅니다.띠형 구조의 존재는 공작물의 담금질 균열 경향을 증가시킵니다.관련 문헌에서는 저탄소 및 중탄소 합금강의 띠형 조직이란 강의 압연 방향이나 단조 방향을 따라 형성된 띠형 조직을 말한다고 지적하고 있다.초석 페라이트를 주성분으로 하는 띠와 펄라이트를 주성분으로 하는 띠가 중첩되어 있다.주조조직은 철강에서 흔히 나타나는 불량조직이다.잉곳의 결정화 과정에서 용강은 선택적으로 결정화되어 화학 성분이 불균일하게 분포된 수상돌기 구조를 형성하기 때문에, 잉곳 내의 조대 수상돌기는 압연이나 단조 시 변형 방향을 따라 신장되다가 점차 변형 방향과 일치하게 됩니다., 이에 따라 탄소 및 합금 원소의 감손 밴드(스트립)와 교대로 적층된 감손 밴드를 형성한다.느린 냉각 조건에서 고갈된 탄소 및 합금 원소 밴드(과냉각된 오스테나이트는 안정성이 낮음)는 초석 페라이트를 침전시키고 과잉 탄소를 양쪽의 농축 영역으로 배출하여 결국 페라이트가 지배하는 영역(탄소 및 합금 원소)을 형성합니다. 그 후 펄라이트를 주성분으로 하는 띠가 형성되어 페라이트를 주성분으로 하는 띠와 펄라이트로 구성된 띠가 교대로 나타나는 띠형 구조를 형성하게 된다.축형 튜브의 줄무늬 구조에서 인접한 밴드의 서로 다른 미세 구조와 줄무늬 구조의 형태 및 등급의 차이로 인해 열처리 중에 팽창 계수와 상 변화 전후의 비체적 차이가 증가합니다. 그리고 축 튜브의 담금질 과정으로 인해 큰 조직 응력은 결국 축 튜브의 담금질 왜곡을 증가시킵니다.담금질 공정이 부적절하면 밴드 구조가 담금질 변형 및 균열을 일으키는 경향이 증가하여 담금질 균열이 발생하기 쉬워집니다.
3.3 해결책 및 효과: 담금질 공정 중 축 튜브 균열 원인에 대한 위의 분석을 통해 먼저 열처리 및 담금질 공정을 개선하여 담금질 온도를 약 10°C 낮추고 담금질 오일 온도를 약 90°C.동시에, 담금질 오일의 축 튜브 시간도 단축됩니다.결과는 담금질 중에 축방향 튜브가 균열되지 않음을 보여주었습니다.축 튜브의 담금질 균열의 주요 원인은 부적절한 담금질 공정이며 원료의 띠 모양 구조는 축 튜브의 담금질 균열 경향을 증가시키지만 주요 원인은 아님을 알 수 있습니다. 담금질 균열.축 튜브에 대해 밀봉 테스트를 실시한 결과, 3500psi(24MPa에 해당)의 압력에서 10분간 안정적인 압력을 유지할 수 있었으며 이는 다운홀 도구의 밀봉 요구 사항을 완전히 충족합니다.
4 결론
축방향 관의 담금질 균열의 주요 원인은 부적절한 담금질 공정이며, 원료의 띠형 구조는 축방향 관의 담금질 균열 경향을 증가시키지만 담금질 균열의 주요 원인은 아닙니다.열처리 공정을 개선한 후 담금질 시 축형 튜브가 더 이상 균열이 발생하지 않았으며 축형 튜브에 밀봉 테스트를 실시한 결과 3500psi(24MPa에 해당)에서 10분간 압력이 안정될 수 있었으며 이는 규정을 완전히 준수했습니다. 다운홀 도구의 씰링 요구 사항.담금질 과정 중에 축방향 튜브가 균열되는 것을 방지하려면 다음을 참고하십시오.
1) 원료를 잘 관리하십시오.원자재의 밴드 구조는 3 이하이어야 하며 느슨함, 편석, 비금속 개재물 등과 같은 원자재의 다양한 결함은 표준 요구 사항을 충족해야 하며 화학 조성 및 미세 구조는 균일해야 합니다.
2) 가공 응력을 줄입니다.가공 잔류 응력을 줄이기 위해 합리적인 양의 이송을 보장하거나, 가공 응력을 제거하기 위해 담금질 전에 템퍼링 또는 노멀라이징을 수행하십시오.
3) 구조적 응력과 열 응력을 줄이기 위해 합리적인 담금질 공정을 선택하십시오.담금질 가열 온도를 적절하게 낮추고, 담금질 오일 온도를 약 90°C로 높입니다.동시에, 담금질 오일 내 축 튜브의 체류 시간도 단축됩니다.
게시 시간: 2024년 5월 28일