PhD (Engineering), leading engineer-metallurgist of the Laboratory “Metallurgy and Heat Treatment”
кандидат технических наук, ведущий инженер-металловед лаборатории «Металловедение и термическая обработка»
PhD (Engineering), Head of the Laboratory “Metallurgy and Heat Treatment”
кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Металловедение и термическая обработка»
Currently, one of the effective methods of surface hardening of steels and alloys is chemical heat treatment (ChHT) - carbonitriding - simultaneous saturation of steel surface with nitrogen and carbon in molten salts at the temperature of 540-580 °С. This method of surface hardening allows achieving high performance of a hardened layer; however, the influence of carbonitriding on the properties of the base metal, which is inevitably exposed to heating during the saturation process, remains unexplored. It is particularly topical for steels, in which temperature interval of technological process implementation of 540-560 °С coincides with the interval of temper embrittlement manifestation. In this work, the authors tested the carbonitriding technology to strengthen the threaded joints of drill pipes for the complexes with removable core receivers, studied the kinetics of the carbonitrided layer formation on the Drillmax 950, 4130 and 1541 grades of steels. The paper considers the influence of the carbonitriding process on the mechanical properties of steels under the study. The authors carried out the analysis of the structure of fractures of Drillmax 950, 4130, and 1541 steel before and after carbonitriding and identified that the influence of carbonitriding in the Drillmax 950 steel is more visible in the form of development of the temper embrittlement processes. The authors estimated the dependence of the performance characteristics of a finished threaded connection on the duration of the carbonitriding process. The study shows that the threaded connections of 1541 steel have a high level of fatigue resistance. The authors recommended 1541 steel to produce the locking joints of drill pipes with the thread surface hardening by carbonitriding.
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.