石油鉆桿轉(zhuǎn)換接頭脆性斷裂失效分析
2016-03-23 14:13:05
石油鉆桿通過螺紋接頭首尾相連，從而實現(xiàn)鉆井過程中的扭矩傳遞以及冷卻液傳輸，是石油勘探及開采過程中的主要設(shè)備。鉆桿轉(zhuǎn)換接頭在鉆井過程中工作條件惡劣，是鉆桿最容易發(fā)生失效的區(qū)域，因此它是決定鉆桿質(zhì)量以及使用壽命的關(guān)鍵。鉆桿的成形工藝為：圓鋼下料→退火→粗車→超聲檢測→深孔鉆→調(diào)質(zhì)→超聲檢測→半精測→車螺紋→磁粉、著色檢測→尺寸檢查等。
某公司在生產(chǎn)作業(yè)中，鉆桿在遠未達到平均使用壽命的情況下，在轉(zhuǎn)換接頭螺紋根部發(fā)生斷裂失效。通過對鉆桿使用過程進行調(diào)查，工人操作符合規(guī)范要求，主設(shè)備運行狀況正常，初步確定斷裂失效是由零件本身質(zhì)量引起的。
對石油鉆桿轉(zhuǎn)換接頭螺紋根部脆性斷裂進行失效分析的理化檢測手段包括宏觀斷口檢驗、微觀斷口檢驗、化學分析、宏觀浸蝕、金相檢驗、回火脆性試驗、力學性能試驗等。通過理化檢測分析可知：
1）從宏觀斷口上看，失效方式為瞬間脆性斷裂，無疲勞斷裂特征；
2）從電鏡分析來看，斷裂源區(qū)存在一定面積的沿晶斷裂，螺紋根部存在若干微裂紋，這也會導致轉(zhuǎn)換接頭的斷裂失效；
3）從化學分析結(jié)果來看，Mn元素含量過低，對淬透性有一定影響，而Mo含量偏低，會對高溫回火脆性抑制不足；
4）從宏觀組織觀察結(jié)果來看，未發(fā)現(xiàn)不允許的冶金缺陷；
5）從金相分析來看，非金屬夾雜物符合標準要求；顯微組織存在帶狀偏析，組織為貝氏體+回火索氏體；偏析條帶內(nèi)晶界加粗加深，具有一定的回火脆性，相當于潛在的微裂紋；
6）從力學性能試驗結(jié)果來看，室溫沖擊功過低，而經(jīng)過溫度相同、保溫時間相同，但冷卻方式為水冷的回火處理后，沖擊功顯著提高，這說明該轉(zhuǎn)換接頭存在很強的回火脆性。
綜合以上因素分析，該轉(zhuǎn)換接頭存在高溫回火脆性，當轉(zhuǎn)換接頭在工作中受到劇烈震動搖擺時，于外螺紋應力集中最大的第一螺紋處產(chǎn)生裂紋而斷裂。由此表明：
（1）鉆桿轉(zhuǎn)換接頭用合金鋼材料Mn含量過低，影響淬透性，存在較嚴重的帶狀偏析；
（2）鉆桿轉(zhuǎn)換接頭沖擊韌性過低，導致受沖擊時在最大應力處產(chǎn)生裂紋；
（3）鉆桿轉(zhuǎn)換接頭失效的根本原因是回火工藝不當產(chǎn)生了高溫回火脆性。
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標簽： 斷裂失效
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