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

Авторы

  • Степанчукова Анна Викторовна ОАО «Завод бурового оборудования», Оренбург (Россия) https://orcid.org/0000-0002-1050-3504
  • Приймак Елена Юрьевна ОАО «Завод бурового оборудования», Оренбург (Россия); Оренбургский государственный университет, Оренбург (Россия) https://orcid.org/0000-0002-4571-2410

DOI:

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-3-26-37

Ключевые слова:

бурильная труба, резьбовое соединение, карбонитрация, ударная вязкость, отпускная хрупкость, циклическая долговечность, предельный момент затяжки

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. 

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»

Библиографические ссылки

Musanov A.A. Sovershenstvovanie bureniya skvazhin almaznymi koronkami [Improving the drilling of holes with diamond crowns]. Saarbrucken, LAP LAMBERT Publ., 2016. 60 p.

Muzaparov M.Zh. Napravlennoe burenie. Tom 4: Determinirovannaya tekhnologiya. Snaryady so s’emnymi kernopriemnikami [Directional drilling. Vol. 4: Deterministic technology. Shells with removable core receivers]. Almaty, KazNTU Publ., 2011. 204 p.

Priymak E.Yu. Characteristics of drill pipes and an overview of pipe billets used in modern geological prospecting. Chernaya metallurgiya, 2017, no. 2, pp. 70–76.

Priymak E.Yu., Stepanchukova A.V., Yakovleva I.L., Tereshchenko N.A. Use of carbonitriding for strengthening threaded joints of drill pipes from medium-carbon alloy steels. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, 2015, no. 2, pp. 38–44.

Stepanchukova A.V., Priymak E.Yu., Yakovleva I.L., Tereshchenko N.A., Chirkov E.Yu. The assessment of impact of carbonitriding on the location of cold-brittleness threshold in the medium-carbon alloy steels. Vektor nauki Tolyattinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2017, no. 4, pp. 141–148.

Tsikh S.G., Grishin V.I., Lisitsky V.N., Glebova Yu.A. Modern Russian technologies of chemical-thermal treatment in mechanical engineering. Trudy GOSNITI, 2011, vol. 107, no. 2, pp. 114–117.

Pang H., LvG.-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, no. 8, p.086805.

Davis J.R., ed. Surface hardening of steels; understanding the basics. ASM International, 2002. 364 p.

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, no. 2, p. 190.

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, no. 4, pp. 610–617.

Kostin N.A. Raising the operating properties of die steel 5Kh2GF by creating carbonitride layers by thermochemical treatment. Metal Science and Heat Treatment, 2016, vol. 58, no.7-8, pp. 466–469.

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, no. 3, pp. 179–186.

Gerasimov S.A., Kuksenova L.I., Lapteva V.G. Struktura i iznosostoykost’ azotirovannykh konstruktsionnykh staley i splavov [Structure and wear resistance of nitrided structural steels and alloys]. Moscow, MGTU im. N.E. Baumana Publ., 2014. 518 p.

Yakovleva I.L., Tereshchenko N.A., Stepanchukova A.V., Priymak E.Yu., Chirkov Yu.A. Structure and wear resistance of carbonitrided medium-carbon steels. Metal Science and Heat Treatment, 2018, vol. 59, no. 9-10, pp. 630–636.

Tsikh S.G., Korneev A.A., Sonts A.V. Studying the kinetics of the change of near-surface layers of metal during carbonitration. Nauchnoe obozrenie, 2013, no. 1, pp. 84–90.

Bellas L., Castro G., Mera L., Mier J.L., Garcia A., Varela A. Effect of carbonitriding in a salt bath by a QPQ scheme on stainless steel 321 microstructure and service properties. Metal Science and Heat Treatment, 2016, vol. 58, no. 5-6, pp. 369–375.

Tikhontseva N.T., Sofrygina O.A., Zhukova S.Yu., Pyshmintsev I.Yu., Bityukov S.M. Reversible tempering brittleness of structural steel. Steel in Translation, 2012, vol. 42, no. 5, pp. 415–418.

Ustinovshchikov Yu.I., Shabanova I.N., Sapukhin V.A., Tapeznikov V.A. Embrittlement of alloy steels during tempering. Physics of metals and metallography, 1977, vol. 44, no. 2, pp. 91–99.

Buchkovsky E.V. Increase the efficiency of drilling deep wells of exploration stations KSSK-76.Razvedka i okhrana nedr, 2012, no. 3, pp. 55–58.

Belinin D.S., Kazantsev A.V., Morev I.M., Ovchinnikov I.P., Khomutinin I.S. Performance enhancement of drill pipe locks. Master’s Journal, 2019, no. 2, pp. 7–11.

Mokronosov E.D. Improving drill pipe reliability. Delovoy zhurnal Neftegaz.RU, 2016, no. 3, pp. 26–27.

Загрузки

Опубликован

2020-09-27

Как цитировать

Степанчукова, А. В., & Приймак, Е. Ю. (2020). Оценка эффективности применения процесса карбонитрации для упрочнения резьбовых соединений бурильных труб из заготовок зарубежного производства. Вектор науки Тольяттинского государственного университета, (3), 26–37. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-3-26-37

Выпуск

Раздел

Статьи