石油钻采高压活动接头爆裂原因分析及改进- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

石油钻采高压活动接头爆裂原因 分析及改进 江汉石油管理局第四机械厂 ( 湖北荆州 4 3 4 0 2 4 ) 刘琼胡顺李平 高压活动接头为石油钻采管路的关键连接件 ， 在石 油钻采中主要起 输送流体的作用 。 由于活动 弯接头 多安装在管路变 向拐 弯处 ( 见 图1 ) ，常 因 流体拥堵和冲刷造成较大的应 力集中 ，加之材料 不 可避免地 存在一些微观 缺 陷 ，在高压下极 易发生 爆 裂 ( 见图2 )，导 致井液 泄漏喷射 ，危 及人身安 全 ，带来很大的事故隐患 。为此 ，我们对某油田现 图1 高压活动弯接头 图2 弯接头现场使用爆裂 场发生开裂的弯头进行 了全面分析 ，找 出了爆裂的 原 因，并进行了工艺改进 ，取得 了满意的效果 。 1 弯接头技术要求 该零件材料为2 0 C r N i Mo ，技术要 求 ：表面渗 碳 硬度5 6 6 2 HR C，渗碳层深 1 0 1 2 mm，心部 硬 度2 5 3 0 H R C。弯头加 工工艺路线 ：锻造一正火 一 粗车一时效一精加 工一弹道渗碳淬火一喷砂修磨 一 磁粉检 测一成 品。为保证表面硬度 ，采用 图3 所 示的渗碳淬火工艺。 5 8 5 6 5 4 5 2 入 1 3 5 7 9 炉次 图7硬度稳定性试验结果 现已广泛应用于生产 ，一次合格率从原来的5 0 ， 提高 11 9 5 以上。 4 效益分析 原该类零件采用箱式多用炉渗碳淬硬 ，现采用 4 8 锈孳参 磊 工 小 渗碳炉渗 碳加盐 浴炉淬硬 ，每千克 可降低成 本 4 7 5 。 不 足之 处 ：小 渗碳 炉渗 碳 + 盐 浴炉 淬 硬 的方 法 ，增加 了拆装工序 ，人工成本有所增加 ，而箱式 多用炉只需一次拆装 。 5 结语 2 0 钢推杆球座渗碳淬硬采用淬盐水比淬油工艺 更合理，小件渗碳装炉采用人工排放有利于气流循 环 ，提高零件渗碳均匀性 ，2 0 钢推杆球座采用小渗 碳炉渗碳+ 盐浴炉淬硬 比箱式多用炉渗碳淬硬更经 济 。删 ( 2 0 1 1 0 7 1 5 ) p 世 赠 时间 h 图3 渗碳直接淬火工艺 2 检验方法和结果 ( 1 )断 口形 貌检查断 口平 齐 ，呈脆性 断 口 ( 见 图4 )，说 明材料塑性较差。 图4 弯接头断口形貌 ( 2 )化学成分在失效样 品上取样进行化学分 析 ，其结果符合标准要求 ，见表 1 。 ( 3 )硬度和金相分析取样进行硬度和金相分 析 ，表面硬 度为5 7 HR C，心部硬 度为2 2 HR C，弹 表1 爆裂弯头的化学成分 ( 质量分数) ( ) 元 素 C S i Mn P S C r Mo Ni C u 实测 结果 O 1 9 0 l2 5 0 8 O O O l 5 O O 1 8 0 6 0 0 l 2 5 O 6 5 O 1 O 标准指标 O 1 8 加_2 3 0 1 7 O -3 5 0 7 0 0 9 5 0 0 2 0 0 0 2 0 0 4 5 0 7 0 0 _ 2 O O -3 0 0 4 5 0 7 5 O I2 0 道渗层深度为1 1 mm，金相组织表面为 回火马氏体 2 级 ，碳化物1 级 。渗碳深度和组织符合技术要求 ， 但心部硬度较低 。 ( 4 )力学性能 从失效样 品取样进行力学性能 试验 ，结果如表2 所示 。 表2 爆裂弯头力学性能试验结果 抗拉强度 屈服强度 伸长率 断面 收缩率 冲击 吸收 能量 项 目 MP a MP a ( ) ( ) A K v( - 2 9 C) J 实测 7 4 0 6 2 5 1 4 4 0 2 0 2 2 2 7 结果 技术 8 0 0 6 8 0 1 2 3 5 2 7( 平均值) 指标 从试验数据 看 ，材料强度和冲击性能 低于指标 要求 。 ( 5 )夹杂物检测经在裂纹附近取样观察 ，发 现脆性夹 杂物级别达到3 级 ，技术要求为 2 级 。 3 原因分析与讨论 弯接头工作时承受较高压力和交变载荷 ，要求 材料具有高强度 、高韧性 ，若材料韧性不足易在薄 弱部位造成开裂 。在开裂样品裂纹处发现 有氧化物 夹杂 ，说 明材料冶金质量不过关 。材料 的塑韧性不 足的原因是渗碳工艺不当，心部存在较多的混合组 织。 4 改进措施及效果 影 响弯接头材料质量的因素有材料冶金质量和 内部金相组织 。为此 ，在对 比多种材料 的基础上 ， 经过多次工艺试验总结 出以下改进措施 。 ( 1 )提 高材料冶炼等 级 ，将原来采购普通材 料 改为真空精炼 脱气钢 ，虽然成本有所增加 ，但大 大提高 了钢的纯净度 ，由于减少 了杂质含量 ，结果 因夹杂物超标导致的废品大大减少 。因此 ，总的来 看 ，费用基本没有增加 。 ( 2 )渗碳 采用一次淬火细化 晶粒 ( 见 图5 ) ， 提高 了心部 强韧性。 甚 赠 b U l U 。 强渗 扩 散 8 o 0 保 温 l 油 冷 坑 冷 碳 碳势 碳势 V 。 l 25C O 8C 4 4 时 间 h 图5 弯接头渗碳一次淬火工艺 ( 3 )对改进后 的弯接 头进行材料检验 ，夹 杂 物 级别 1 级 ，对心部取样做 力学性 能试验 ，强度 和冲击性能均达 到技术要求。跟踪产品现场使用情 况，再没有发生爆裂问题 。 5 结语 弯接头2 0 C r Ni Mo 材料采用真空熔炼工艺和热处 理渗碳+ 一次淬火 工艺 ，可以有效提高产 品的材料 性能 ，从而大大减少废品率 ，避免产品在使用中的 开裂 ，提高了企业的产品形象。MW ( 2 0 1 1 0 7 0 1 ) 参 磊 4 9