Оценка эффективности применения процесса карбонитрации для упрочнения резьбовых соединений бурильных труб из заготовок зарубежного производства

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Степанчукова Анна Викторовна
Приймак Елена Юрьевна

Аннотация

На сегодняшний день одним из эффективных способов поверхностного упрочнения сталей и сплавов является метод химико-термической обработки – карбонитрация – одновременное насыщение стальной поверхности азотом и углеродом в расплаве солей при температуре 540–580 °С. Данный способ поверхностного упрочнения позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики упрочненного слоя, однако влияние карбонитрации на свойства основного металла, неизбежно подвергающегося нагреву в процессе насыщения, остается неизученным. Это особенно актуально для сталей, у которых температурный интервал 540–560 °С реализации технологического процесса совпадает с интервалом проявления отпускной хрупкости. В работе апробирована технология карбонитрации для упрочнения резьбовых соединений бурильных труб для комплексов со съемным керноприемником (ССК). Изучена кинетика формирования карбонитрированного слоя на сталях зарубежных марок Drillmax 950, 4130 и 1541. Рассмотрено влияние процесса карбонитрации на механические свойства исследуемых сталей. Произведен анализ строения изломов сталей Drillmax 950, 4130 и 1541 до и после карбонитрации. Установлено, что влияние карбонитрации в стали Drillmax 950 проявляется более заметно, в виде развития процессов отпускной хрупкости. Произведена оценка зависимости эксплуатационных характеристик готового резьбового соединения от продолжительности процесса карбонитрации. Показано, что высоким уровнем усталостной прочности как до, так и после карбонитрации обладают резьбовые соединения из стали 1541. Сталь марки 1541рекомендована для изготовления замковых соединений бурильных труб с поверхностным упрочнением резьбы методом карбонитрации.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Выпуск
Раздел
Статьи
Биографии авторов

Степанчукова Анна Викторовна, ОАО «Завод бурового оборудования», Оренбург (Россия)

кандидат технических наук, ведущий инженер-металловед лаборатории «Металловедение и термическая обработка»

Приймак Елена Юрьевна, ОАО «Завод бурового оборудования», Оренбург (Россия); Оренбургский государственный университет, Оренбург (Россия)

кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Металловедение и термическая обработка»

Литература

1. Мусанов А.А. Совершенствование бурения скважин алмазными коронками. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 60 с.
2. Музапаров М.Ж. Направленное бурение. Т. 4: Детерминированная технология. Снаряды со съемными керноприемниками. Алматы: КазНТУ, 2011. 204 с.
3. Приймак Е.Ю. Характеристика бурильных труб и обзор трубных заготовок, применяемых в современном геологоразведочном бурении // Черная металлургия. 2017. № 2. С. 70–76.
4. Приймак Е.Ю., Степанчукова А.В., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А. Применение карбонитрации для упрочнения резьбовых соединений бурильных труб из среднеуглеродистых легированных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 2. С. 38–44.
5. Степанчукова А.В., Приймак Е.Ю., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Чирков Е.Ю. Оценка воздействия карбонитрации на положение порога хладноломкости в среднеуглеродистых легированных сталях // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2017. № 4. С. 141–148.
6. Цих С.Г., Гришин В.И., Лисицкий В.Н., Глебова Ю.А. Современные российские технологии химико-термической обработки в машиностроении // Труды ГОСНИТИ. 2011.Т. 107. № 2. С. 114–117.
7. Pang H., Lv G.-H., Chen H., Wang X.-Q., Zhang G.-L., Yang S.-Z. Microstructure and corrosion performance of carbonitriding layers on cast iron by plasma electrolytic carbonitriding // Chinese Physics Letters. 2009. Vol. 26. № 8. P. 086805.
8. Surface hardening of steels; understanding the basics / ed. J.R. Davis. USA: ASM International, 2002. 364 p.
9. Cho Y.-W., Kang Y.-J., Baek J.-H., Woo J.-H., Cho Y.-R. Investigation of microstructure, nanohardness and corrosion resistance for oxi-nitrocarburized low carbon steel // Metals. 2019. Vol. 9. № 2. P. 190.
10. Ladyanov V.I., Goncharov O.Y., Malenko P.I., Leonov A.Y., Relmasira K.D. Influence of manufacturing conditions of carbonitriding on formation of surface layers and protective properties of hot-work structural steel // Inorganic Materials: Applied Research. 2016. № 4. P. 610–617.
11. Костин Н.А. Повышение эксплуатационных свойств штамповой стали 5Х2ГФ путем создания карбонитридных слоев химико-термической обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 8. С. 19–22.
12. Fares M.L., Touhami M.Z., Belaid M., Bruyas H. Surface characteristics analysis of nitrocarburized (Tenifer) and carbonitrided industrial steel AlSl02 types // Surface and Interface Analysis. 2009. Vol. 41. № 3. P. 179–186.
13. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 518 с.
14. Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Степанчукова А.В., Приймак Е.Ю., Чирков Ю.А. Структура и износостойкость карбонитрированных среднеуглеродистых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 10. С. 25–31.
15. Цих С.Г., Корнеев А.А., Сонц А.В. Исследование кинетики изменения приповерхностных слоев металла при карбонитрации // Научное обозрение. 2013. № 1. С. 84–90.
16. Беласс Л., Кастро Ж., Мера Л., Миер Д.Л., Гарсия А., Варела А. Влияние карбонитрации в соляной ванне по схеме QPQ на микроструктуру и служебные свойства нержавеющей стали 321 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 6. С. 58–65.
17. Тихонцева Н.Т., Софрыгина О.А., Жукова С.Ю., Пышминцева И.Ю., Битюков С.М. Исследование обратимой отпускной хрупкости современных конструкционных сталей // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2012. № 5. С. 60–64.
18. Устиновщиков Ю.И., Шабанова И.Н., Сапухин В.А., Тапезников В.А. Охрупчивание легированных сталей при отпуске // Физика металлов и металловедение. 1977. Т. 44. № 2. С. 336–344.
19. Бучковский Е.В. Повышение эффективности бурения глубоких разведочных скважин с применением КССК-76 // Разведка и охрана недр. 2012. № 3. С. 55–58.
20. Белинин Д.С., Казанцев А.В., Морев И.М., Овчинников И.П., Хомутинин И.С. Повышение эксплуатационных характеристик замков бурильных труб // Master's Journal. 2019. № 2. С. 7–11.
21. Мокроносов Е.Д. Повышение надежности бурильных труб // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2016. № 3. С. 26–27.