Анализ причин растрескивания при закалке бесшовных стальных труб 40CrMnMo и профилактические меры

Подземные инструменты для добычи нефти работают в скважинах глубиной в тысячи метров, в суровых условиях и сложных стрессовых условиях. При нормальных обстоятельствах экстракционные инструменты должны выдерживать не только растягивающие нагрузки и крутящие напряжения на изгиб, но также выдерживать сильное трение и удары. В то же время инструменты также должны выдерживать высокие температуры, высокое давление и коррозию окружающей среды.

Это требует, чтобы материальные свойства инструментов подземной добычи имели отличные комплексные механические свойства, не только для обеспечения высокой прочности, но и для обеспечения отличной ударной вязкости и в то же время для противодействия коррозии от морской воды и грязи. Учитывая требования к производительности подземных условий работы, выбор материала подземных инструментов обычно представляет собой легированную конструкционную сталь, содержащую коррозионно-стойкие элементы, такие как Cr и Mo, а затем используются соответствующие процессы термообработки, закалки и отпуска, чтобы гарантировать, что он соответствует требованиям прочности и ударной вязкости. Данная статья посвящена закалке и закалке одной из осевых трубных заготовок из стали 40CrMnMo при обработке подземных трубных струн. Сильное растрескивание происходило много раз во время процесса закалки, что приводило к утилизации заготовки и определенным экономическим потерям. С этой целью были проанализированы причины закалки трещин с точки зрения химического состава, организации, процесса термообработки и морфологии трещин материала осевой трубки, а также предложены меры по улучшению и профилактике.

1. Описание неудачной заготовки
Сырье 40CMnMo стальной твердый материал вковки с размером φ 200 mmx1 m. Технологический поток: грубая поворачивая → сверля и расточка (к толщине стены около 20mm) → гася → закаляя → точный поворачивать. Внешние размеры осевой трубной заготовки: представляют собой трубу длиной около 1 м, диаметром φ 200 мм и толщиной стенки 20 мм.
Процесс термической обработки: сперва медленно нагрейте его к 500 ℃ в печи коробки, после этого положите его в печь ванны соли и нагрейте его к гася температуре 860 ~ 880 ℃. Время нагрева в печи для соляной ванны составляет около 30 минут, а затем гасить его в закалочное масло при температуре около 40-60 ℃ в течение примерно 10 минут. После принимать его вне, закаляет его в печи коробки, держит его на 600 ℃ на 10х, и охлаждает его с печью.
Растрескивание: трещина развивается вдоль оси центральной трубы, которая видна с края и трещины в направлении толщины радиальной стенки.

2. Анализ причин и решений трещин
2,1 Трещина форма и процесс термической обработки
Наблюдая за формой трещины в осевой трубке, она представляет собой продольную трещину. Это происходит вдоль осевого направления, и трещина глубокая. Его даже можно увидеть на краю осевой трубки, через которую трещина треснула в радиальном направлении. Делается вывод, что напряжение, которое вызывает растрескивание осевой трубки, является поверхностным тангенциальным растягивающим напряжением, которое вызвано более поздним организационным напряжением. В то же время, поскольку материал осевой трубки представляет собой конструкционную сталь из среднеуглеродистого сплава, организационный стресс также является доминирующим фактором во время процесса закалки. Когда происходит мартенситное превращение, пластичность резко снижается, и в это время организационное напряжение резко возрастает, так что растягивающее напряжение, образованное закалочным внутренним напряжением на поверхности заготовки, превышает прочность стали при охлаждении, вызывая растрескивание, которое часто происходит во всех закаленных деталях. Этот тип трещины в основном происходит из-за большого организационного стресса, вызванного неправильными процессами закалки. В виду того что гася температура топления трубки оси 860 ~ 880 ℃, температура относительно высока, и после этого она быстро помещена в гася масло 40 ~ 60 ℃. Когда она выше температуры превращения Ms, температура закалочного нагрева высока. Тепловое напряжение очень велико. Когда он охлаждается до температуры ниже температуры превращения MS, температура закалочного масла низкая, а время закалки 10 минут является относительно большим. Больше мартенсита производится в процессе быстрого охлаждения. Из-за различных конкретных объемов различных организаций создается больший организационный стресс, что является одной из причин закалки растрескивания осевой трубы.

2,2 Единообразие организации сырья
После отжига образца 1 отрезка (изоляция 850 ℃ для 15х и охлаждать печи), металлографик анализ нашел что трубка оси с отказами все еще имела очевидную соединенную организационную сегрегацию после обжигать, показывая что соединенная организационная сегрегация самого медного материала серьезна и организация неровна. Существование полосатой организации увеличит тенденцию к растрескиванию при закалке заготовки. Соответствующая литература указывает вне что полосатая структура в низко-и среднеуглеродистой легированной стали ссылается на структуру бросания сформированную вдоль завальцовки или вковки направления стали, которая главным образом составлена эвтектоидной группы феррита и диапазона перлита штабелированного друг на друге. Это дефектная структура, которая часто появляется в стали. Поскольку стальная жидкость избирательно кристаллизуется во время процесса кристаллизации слитка, образуя структуру дендритов с неравномерным химическим составом, грубые дендриты в слитке удлиняются вдоль направления деформации во время прокатки или ковки и постепенно выравниваются с направлением деформации, тем самым образуя обедненную полосу элемента углерода и сплава (фактически полосу) И обедненная полоса, поочередно уложенная друг с другом. В условиях медленного охлаждения проэвтектоидный феррит сначала осаждается в обедненной полосе углерода и сплава (стабильность переохлажденного аустенита низкая), а избыток углерода сбрасывается в обогащенные полосы с обеих сторон, и, наконец, образуется полоса с преобладанием феррита: лента, обогащенная углеродными и сплавными элементами, Чей переохлажденный аустенит имеет высокую стабильность, и после этого образуется полоса с преобладанием перлита, образуя, таким образом, полосатую структуру, в которой полоса с преобладанием феррита и полоса с преобладанием перлита чередуются друг с другом. Различные микроструктуры соседних полос в полосатой структуре осевой трубки, а также различия в морфологии и уровне полосатой структуры вызывают коэффициент расширения и разницу в удельном объеме до и после фазового перехода осевой трубки для увеличения во время процесса закалки термообработки, Таким образом производящ большое организационное усилие, и в конечном счете увеличивая гася искажение осевой трубки. Если процесс закалки неправильный, тенденция полосатой конструкции вызывать закалочные искажения и растрескивание будет увеличиваться, и это, скорее всего, вызовет закалочное растрескивание.

2,3 Решения и эффекты Благодаря приведенному выше анализу причин растрескивания осевой трубы во время закалки сначала улучшился процесс термообработки закалки, температура закалки была снижена примерно на 10 ° C, а температура закалочного масла была увеличена примерно до 90 ° C. В то же время осевой трубки в закалке масла было сокращено. Результаты показывают, что осевая трубка не трескалась во время закалки. Можно видеть, что основной причиной закалки растрескивания осевой трубки является неправильный процесс закалки, а полосатая структура в сырье увеличит тенденцию закалки растрескивания осевой трубки, но это не основная причина закалки растрескивания. Испытание запечатывания осевой трубки было унесено, и давление смогло быть стабилизировано на 10 минут на давлении 3500 пси (соответствующее до 24 МПа), которое полно соотвествует запечатывания забойных инструментов.

2,4 Заключение
Основной причиной закалочного растрескивания осевой трубки является неправильный процесс закалки, а полосатая структура в сырье увеличивает закалочное растрескивание осевой трубки, но это не основная причина закалочного растрескивания. После улучшения процесса термообработки осевая трубка больше не закалывалась и не трескалась. Когда испытание запечатывания осевой трубки было унесено, давление смогло быть стабилизировано на 10 минут на давлении 3500 пси (соответствующее к 24 МПа), которое полно соотвествует запечатывания забойных инструментов. Чтобы предотвратить растрескивание осевой трубы во время процесса закалки, необходимо обратить внимание на следующее:
1) Держите хороший контроль сырья. Полосатая структура в сырье должна быть ≤ 3 уровня, а различные дефекты в сырье, такие как рыхлость, сегрегация, неметаллические включения и т. Д., Соответствуют стандартным требованиям, а химический состав и микроструктура должны быть однородными.
2) Уменьшите подвергая механической обработке стресс. Обеспечьте разумную скорость подачи, уменьшите остаточное напряжение обработки или выполните отпуск или нормализацию перед закалкой, чтобы устранить напряжение обработки.
3) Выберите разумный процесс закалки, чтобы уменьшить организационный стресс и тепловой стресс. Соответствующим образом уменьшите температуру закалочного нагрева и увеличьте температуру закалочного масла примерно до 90 ° C. В то же время сократите время пребывания осевой трубы в закалке масла.