As ferramentas de mineração subterrânea de petróleo funcionam em poços com milhares de metros de profundidade, em ambientes agressivos e condições de estresse complexas.Normalmente, as ferramentas de mineração têm que suportar não apenas tensões de tração e flexão torcional, mas também fortes atritos e impactos.Ao mesmo tempo, as ferramentas também suportam altas temperaturas, alta pressão e corrosão ambiental.
Isso exige que as propriedades do material das ferramentas de mineração subterrânea tenham excelentes propriedades mecânicas abrangentes, que não devem apenas garantir alta resistência, mas também garantir excelente resistência ao impacto e, ao mesmo tempo, ser resistentes à corrosão pela água do mar e pela lama.Dados os requisitos de desempenho das condições de trabalho de fundo de poço, a seleção do material das ferramentas de fundo de poço é geralmente de liga de aço estrutural contendo elementos resistentes à corrosão, como Cr e Mo, e depois através de tratamento térmico apropriado e processos de revenimento para garantir que atenda à resistência e resistência ao impacto requisitos.Este artigo enfoca o processo de processamento de colunas de tubos de fundo de poço.Quando uma das peças do tubo axial feita de aço 40CrMnMo foi temperada e revenida, rachaduras graves ocorreram muitas vezes durante o processo de têmpera, resultando no sucateamento da peça e causando certas perdas econômicas.Para tanto, foram analisadas as causas das trincas por têmpera sob os aspectos da composição química, estrutura, processo de tratamento térmico e morfologia das trincas do material do tubo axial, e foram propostas melhorias e medidas preventivas.
1. Descrição da peça com falha: A matéria-prima é um material de forjamento sólido de aço 40CMnMo com um diâmetro de φ200 mmx1 m.Fluxo do processo: torneamento de desbaste→perfuração e mandrilamento (até a espessura da parede de cerca de 20mm)→têmpera→têmpera→acabamento.O contorno da peça do tubo axial é um tubo com comprimento de cerca de 1m, diâmetro de φ200 mm e espessura de parede de 20 mm.
Processo de tratamento térmico: primeiro aqueça lentamente até 500 ° C em um forno de caixa e, em seguida, coloque-o em um forno de banho de sal para aquecê-lo até a temperatura de têmpera de 860 ~ 880 ° C.O tempo de aquecimento no forno de banho de sal é de cerca de 30 minutos e depois extinto a cerca de 40-60°C.Tempere em óleo por cerca de 10 minutos.Após retirá-lo, tempere-o em forno tipo caixa e mantenha-o a 600°C por 10 horas enquanto esfria no forno.
Situação de fissura: A fissura desenvolve-se ao longo do eixo do tubo central, é visível a partir da borda e fissurou na direção da espessura radial da parede.
2. Detecção e análise
2.1 Detecção de composição química: A peça de tubo axial rachada e temperada foi amostrada por corte parcial de fio para análise de composição.Sua composição química está em conformidade com GB/T3077–1999 “Composição Química e Propriedades Mecânicas de Aço Estrutural de Liga”.
2.2 Especialistas em detecção e análise metalográfica: Retirar duas amostras do tubo axial temperado e revenido longitudinalmente, tratado ao fogo (isolado a 850°C por 15 horas e resfriado no forno), depois polido com lixa e polido em máquina de polir, usando 4% de ácido nítrico e álcool, e observar a estrutura metalográfica.A amostra 2 foi lixada diretamente com lixa e posteriormente polida e corroída, sendo observada sua estrutura metalográfica.Comparando a estrutura metalográfica detectada com o GBT 13299-1991 “Método para Avaliação da Microestrutura do Aço”, constatou-se que a estrutura em faixas na amostra 1 era de grau 3 a 4, sendo o branco ferrita eutetóide e o preto acinzentado era perolado.corpo, a estrutura perlita representa cerca de 60%, o que é maior.A estrutura metalográfica da amostra 2 é troostita temperada e uma pequena quantidade de troostita temperada.
3. Análise de causas e soluções de fissuração
3.1 Formato da trinca e processo de tratamento térmico: Observe o formato da trinca no tubo axial.É uma fissura longitudinal.Ocorre ao longo da direção axial e a fissura é profunda.É até óbvio que a trinca rachou ao longo da direção radial na borda do tubo axial.Conclui-se que a tensão que causa a fissuração do tubo axial é a tensão de tração tangencial superficial, que é causada pela tensão estrutural posterior.Ao mesmo tempo, como o material do tubo axial é aço estrutural de liga de médio carbono, a tensão estrutural também domina durante o processo de têmpera.A transformação martensítica ocorre e a plasticidade diminui acentuadamente.Neste momento, a tensão estrutural aumenta acentuadamente, de modo que a tensão de tração formada na superfície da peça pela tensão interna de têmpera excede a resistência do aço durante o resfriamento, causando trincas, que muitas vezes ocorrem na peça totalmente temperada.A ocorrência de tais trincas se deve principalmente ao grande estresse estrutural causado pelo processo de têmpera inadequado.Como a temperatura de aquecimento de têmpera do tubo do eixo é de 860 ~ 880 ℃, que é relativamente alta, ele é rapidamente colocado no óleo de têmpera de 40 ~ 60 ℃.Quando a temperatura está acima da temperatura de transição Ms, a temperatura de aquecimento de têmpera é alta.O estresse térmico é grande e, ao resfriar abaixo da temperatura de transformação MS, a temperatura do óleo de têmpera é relativamente baixa e o tempo de têmpera de 10 minutos é relativamente longo.Durante o rápido processo de resfriamento, mais martensita é produzida.Os diferentes volumes específicos de diferentes estruturas, por sua vez, produzem maior tensão tecidual, o que é uma das causas da extinção da fissuração do tubo do eixo.
3.2 Uniformidade da estrutura da matéria-prima: Através da análise metalográfica da amostra interceptada 1 após o recozimento (isolamento a 850°C por 15 horas e resfriamento no forno), constatou-se que o tubo axial com trincas ainda apresentava faixas evidentes após o recozimento.A existência de segregação de tecido em forma de faixa indica que o próprio material de cobre apresenta segregação de tecido em forma de faixa grave e estrutura irregular.A existência de uma estrutura semelhante a uma faixa aumentará a tendência de têmpera de fissuras na peça de trabalho.A literatura relevante aponta que a estrutura semelhante a uma faixa em aços de liga de baixo e médio carbono refere-se à estrutura semelhante a uma faixa formada ao longo da direção de laminação ou direção de forjamento do aço.As bandas compostas principalmente por ferrita proeutetóide e as bandas compostas principalmente por perlita estão empilhadas umas sobre as outras.A estrutura fundida é uma estrutura defeituosa que aparece frequentemente no aço.Como o aço fundido cristaliza seletivamente durante o processo de cristalização do lingote para formar uma estrutura dendrítica com componentes químicos distribuídos de forma desigual, os dendritos grosseiros no lingote são alongados ao longo da direção de deformação durante a laminação ou forjamento e gradualmente tornam-se consistentes com a direção de deformação., formando assim bandas esgotadas (tiras) de carbono e elementos de liga e bandas esgotadas empilhadas alternadamente umas com as outras.Sob condições de resfriamento lento, as bandas esgotadas de carbono e elementos de liga (austenita super-resfriada tem menor estabilidade) precipitam a ferrita proeutetóide e descarregam o excesso de carbono nas zonas enriquecidas em ambos os lados, eventualmente formando uma zona dominada pela ferrita: um elemento de carbono e liga. zona enriquecida, cuja austenita super-resfriada é mais estável. Depois disso, forma-se uma banda composta principalmente de perlita, formando assim uma estrutura semelhante a uma faixa na qual bandas principalmente de ferrita e bandas compostas de perlita se alternam.As diferentes microestruturas de bandas adjacentes na estrutura em faixas do tubo axial, bem como as diferenças na morfologia e no grau da estrutura em faixas, fazem com que o coeficiente de expansão e a diferença no volume específico antes e depois da mudança de fase aumentem durante o tratamento térmico. e processo de têmpera do tubo axial, resultando em O grande estresse organizacional acabará por aumentar a distorção de têmpera do tubo axial.Se o processo de têmpera for inadequado, a tendência da estrutura da banda de causar distorção e rachaduras na têmpera aumentará, tornando mais fácil causar rachaduras na têmpera.
3.3 Soluções e efeitos: Através da análise acima das causas de rachaduras do tubo axial durante o processo de têmpera, primeiro melhoramos o tratamento térmico e o processo de têmpera, reduzindo a temperatura de têmpera em cerca de 10°C e aumentando a temperatura do óleo de têmpera para cerca de 90°C.Ao mesmo tempo, o tempo do tubo do eixo no óleo de têmpera também é reduzido.Os resultados mostraram que o tubo axial não quebrou durante a têmpera.Pode-se observar que a principal causa da trinca por têmpera do tubo axial é um processo de têmpera inadequado, e a estrutura em forma de faixa na matéria-prima aumentará a tendência de trinca por têmpera do tubo axial, mas não é a principal causa de extinção de fissuras.Um teste de vedação foi realizado no tubo axial e ele foi capaz de manter uma pressão estável por 10 minutos a uma pressão de 3.500 psi (equivalente a 24 MPa), o que atende totalmente aos requisitos de vedação das ferramentas de fundo de poço.
4. Conclusão
A principal causa da trinca por têmpera do tubo axial é um processo de têmpera inadequado, e a estrutura em forma de faixa na matéria-prima aumenta a tendência de trinca por têmpera do tubo axial, mas não é a principal causa da trinca por têmpera.Após melhorar o processo de tratamento térmico, o tubo axial não quebrou mais durante a têmpera, e quando o teste de vedação foi realizado no tubo axial, a pressão pôde ser estabilizada por 10 minutos a 3500 psi (equivalente a 24MPa), o que atendeu totalmente ao requisitos de vedação de ferramentas de fundo de poço.Para evitar que o tubo axial rache durante o processo de têmpera, Nota:
1) Mantenha um bom controle das matérias-primas.É necessário que a estrutura da banda nas matérias-primas seja ≤3, vários defeitos nas matérias-primas, como frouxidão, segregação, inclusões não metálicas, etc. devem atender aos requisitos padrão, e a composição química e microestrutura devem ser uniformes.
2) Reduza o estresse de usinagem.Garanta uma quantidade razoável de avanço para reduzir a tensão residual de usinagem ou realize revenimento ou normalização antes da têmpera para eliminar a tensão de usinagem.
3) Escolha um processo de têmpera razoável para reduzir o estresse estrutural e o estresse térmico.Abaixe apropriadamente a temperatura de aquecimento de têmpera e aumente a temperatura do óleo de têmpera para cerca de 90°C.Ao mesmo tempo, o tempo de permanência do tubo do eixo no óleo de têmpera também é reduzido.
Horário da postagem: 28 de maio de 2024