隨著我國(guó)海洋石油開(kāi)發(fā)技術(shù)和科研能力的不斷成熟、對(duì)外技術(shù)合作的不斷擴(kuò)大，以及對(duì)外開(kāi)發(fā)市場(chǎng)的不斷拓展，對(duì)各種井下工具的需求也在逐年增加，因此，研發(fā)滿(mǎn)足我國(guó)海況的井下工具尤為重要。
傳統(tǒng)熱處理方式
降低工具抗磨損力
井下工具螺紋粘扣現(xiàn)象，從工具粘扣宏觀形貌、材質(zhì)化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、螺紋加工和表面處理等多方面進(jìn)行分析，結(jié)果表明，螺紋表面處理質(zhì)量差是造成工具螺紋粘扣主要原因，而螺紋熱處理后表面硬度低加大粘扣傾向，重新磷化螺紋后，達(dá)到預(yù)期效果。
某一批研制的井下工具，其材質(zhì)為40CrMnMo，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(淬火油溫為860℃，回火溫度600℃)，一端為2-7/8″EU公扣，接箍與其配合，按照常規(guī)的上扣扭矩和速度將外螺紋與接箍連接好并進(jìn)行功能實(shí)驗(yàn)后，在拆卸過(guò)程中，接箍和工具公扣旋開(kāi)困難，用力旋開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重螺紋粘扣現(xiàn)象，外螺紋較內(nèi)螺紋粘扣嚴(yán)重，且外螺紋粘扣較嚴(yán)重的地方發(fā)生在上扣開(kāi)始端處，出現(xiàn)毛刺，螺紋的外棱角已被削掉，在嚴(yán)重的地方，螺紋已難以旋開(kāi)。
外螺紋粘扣較嚴(yán)重，有毛刺且螺紋牙外棱角損壞，且在粘扣嚴(yán)重、難以旋開(kāi)的螺紋接箍上有明顯的旋咬印記，而且在工具實(shí)驗(yàn)時(shí)上扣扭矩、上扣速度都在規(guī)定之內(nèi)，由此可初步斷定，粘扣可能是由于螺紋材質(zhì)及熱處理不當(dāng)、機(jī)加工造成螺紋參數(shù)不精確、螺紋表面處理不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻摹?/p>
粘扣主要是內(nèi)外螺紋粘著磨損的結(jié)果，材料抗磨損能力差會(huì)造成螺紋粘扣，而熱處理工藝會(huì)影響工具的硬度和韌性，進(jìn)而影響材料的抗磨損能力。如果熱處理(淬火或回火)溫度偏高的話，會(huì)導(dǎo)致硬度強(qiáng)度下降，塑性、韌性提高。硬度下降，抗磨損能力就下降。機(jī)加工造成的螺紋參數(shù)不精確，會(huì)導(dǎo)致螺紋配合上的不精確，也會(huì)加大螺紋粘扣傾向。螺紋表面處理(鍍層或磷化)效果不好，螺紋之間的潤(rùn)滑性能就差，也會(huì)造成螺紋粘扣。以下從這幾個(gè)方面來(lái)分析粘扣原因。
對(duì)粘扣工具取樣并進(jìn)行了化學(xué)成分和力學(xué)性能檢測(cè)和分析，檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
工具材質(zhì)組織為回火索氏體和珠光體，并伴有極少量網(wǎng)狀鐵素體，從金相組織中可斷定工具調(diào)質(zhì)處理時(shí)，淬火或回火溫度偏高，而導(dǎo)致工具調(diào)質(zhì)后硬度偏低;將夾雜物分布GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》對(duì)照，可知夾雜物屬于D類(lèi)，為1.5級(jí)，夾雜對(duì)其性能的影響不是太大。
根據(jù)工具力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，工具硬度偏低，正常硬度要求應(yīng)該在28～32HRC范圍之內(nèi)，而工具平均硬度為22.5HRC，與螺紋要求的硬度相比，偏低，工具硬度偏低，抗磨損粘著能力就差，就會(huì)加重螺紋粘扣傾向。
磷化處理工具降低摩擦副
對(duì)加工的幾個(gè)工具中沒(méi)有受損的螺紋進(jìn)行環(huán)塞規(guī)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果通常情況下，為了減小螺紋之間的摩擦副，需要對(duì)螺紋進(jìn)行表面處理增加其潤(rùn)滑性，表面處理有涂鍍層和磷化，沒(méi)有特別使用要求的螺紋，通常進(jìn)行磷化處理，或不做表面處理，如果對(duì)螺紋有特殊要求(如密封性等)需進(jìn)行涂鍍層處理。本文中的工具螺紋沒(méi)有進(jìn)行磷化處理，在上卸扣時(shí)摩擦較大，粘著力增強(qiáng)，會(huì)造成螺紋粘扣。
根據(jù)以上對(duì)螺紋粘扣的原因分析可知，螺紋參數(shù)、上卸扣扭矩在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，說(shuō)明螺紋機(jī)加工和上卸扣操作不是造成螺紋粘扣的原因。螺紋材質(zhì)硬度偏低、螺紋表面磷化效果不好，造成螺紋表面抗磨損粘著力下降，進(jìn)而造成螺紋粘扣。為此，在重新加工工具時(shí)，將工具材質(zhì)的熱處理調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行了調(diào)整，將淬火油溫降低了10℃(淬火油溫為850℃)，回火溫度降低20℃(回火溫度為580℃)，工具調(diào)質(zhì)后硬度為30HRC，比粘扣的工具硬度提高7HRC;同時(shí)，采用錳鋅系磷化液對(duì)螺紋表面進(jìn)行磷化處理，磷化后螺紋表面呈暗灰色，磷化層均勻牢固。再次對(duì)工具進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn)時(shí)，螺紋沒(méi)有發(fā)生粘扣，粘扣問(wèn)題得到了解決。
通過(guò)對(duì)井下工具螺紋粘扣問(wèn)題進(jìn)行分析，從螺紋的材質(zhì)、熱處理、表面處理、機(jī)加工、操作等多方面進(jìn)行分析，得出如下幾點(diǎn)螺紋粘扣原因和預(yù)防措施：螺紋表面沒(méi)有進(jìn)行磷化處理，導(dǎo)致螺紋摩擦副增加、潤(rùn)滑性下降，是造成螺紋粘扣的主要原因;熱處理調(diào)質(zhì)工藝不合適使得工具硬度偏低，加大了粘扣傾向; 將工具材質(zhì)調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行調(diào)整(油淬溫度降低10℃，為850℃;回火溫度降低20℃，為580℃)，調(diào)質(zhì)后工具硬度為30HRC，同時(shí)，對(duì)螺紋表面進(jìn)行錳鋅系磷化處理，解決粘扣問(wèn)題;為了減少螺紋粘扣發(fā)生，需要提高螺紋的抗粘著磨損能力，內(nèi)外螺紋的抗磨損能力盡可能相近，增加潤(rùn)滑性，降低摩擦副。
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