特殊螺紋量具的應(yīng)用背景及材料特征

1、特殊螺紋量具的應(yīng)用背景及材料特征油套管管柱是由諸多的蘇油專用訐材通過螺紋連接起來.經(jīng)常承受彎曲、壓編,拉伸、高溫產(chǎn)生的臭合底力以及內(nèi)外樂等耳境下的容器.資料表詠國內(nèi)外油套停失效事故中64井都發(fā)主在螺紋堆接處.冊(cè)囲內(nèi)則更甌比例釣為馳祟I(lǐng),由此可盅Ml紋連接部位是軸個(gè)汕、豈洱皆柱最為薄弱及極站失效的部位，是質(zhì)量控制的要點(diǎn)部拉.目前.油套管管柱普遍便用的螺紋連接方式仃3種：圓握紋連接、o梯形嫖紋連接和特殊螺紋連接岡螺紋、館梯形螺紋BFAPKftffl油學(xué)會(huì)）標(biāo)喘螺紋：特殊m紅接頭亦被稱為非API螺紋18頭或優(yōu)質(zhì)摞紋J8頭（premiumconhecticns）'I隨稈深井、趙深井、勢(shì)采井離溫

2、高壓氣井*以及諸如含GhH.S.鷗厲燭介處等高難度井的開采量的不斷增人*按常規(guī)A卩M英國杠油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制造的接頭因密;H性能相連接強(qiáng)度等原丙已不能満足石油工業(yè)的耍求。因特殊螺紋橙頭油套管貝有密封性能好酣連接強(qiáng)度髙等優(yōu)點(diǎn)”特痣IBSt篌頭套管機(jī)乍吐?lián)]的用就越來越大叫陽殊幌紋星具主要包括除紋塞規(guī)與環(huán)規(guī)如囲I所示*其屮螺紋耶規(guī)用于楡驗(yàn)內(nèi)螺紋（俗物“接箍T螺紋環(huán)規(guī)用于檢醴外螺紋（熔稱”管子T螺紋環(huán).塞規(guī)是特殊蝶紋生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少的重要量具特殊縹紋盤具的使用條件主要是指耐磨性和尺寸穩(wěn)定性在與特熬墳按頭梃律過悍屮僉嗷唸定的霑爲(wèi)GN本財(cái)戲求JL仃席的梢度和穩(wěn)定性.関I轉(zhuǎn)殊堀蟻量具FigIPt;miumthr

3、vcidgauge土硝等人指岀在特殊螺紋套管的開發(fā)中，因?yàn)榧映质饴菁y接頭，需要特殊螺紋礙具，而H.毎具設(shè)計(jì)圮雜、制作難度人，箱度耍求高，所以要不斷提高企業(yè)設(shè)計(jì)、制作待殊螺紋盤口的水平。張亞勒等人指出特殊螺紋開發(fā)匸要工作冇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析、公差確定、全尺寸評(píng)價(jià)試驗(yàn)、量規(guī)和量具設(shè)計(jì)、加工刀具設(shè)計(jì)、下井試驗(yàn)冬步驟，而屋規(guī)與星其的設(shè)計(jì)及制造是其中的玳耍環(huán)節(jié)之、衛(wèi)棟"答人從非API螺紋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，闡述了待殊螺紋生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)許多檢測(cè)特殊螺紋的址規(guī)、就典對(duì)螺紋質(zhì)呈進(jìn)行控制的必要性，并給出了一總持殊螺紋晟幾的分炎及技術(shù)要求。現(xiàn)冇的特殊螺紋接頭因密封部位、螺紋齒形等多方潮*不相同，造成持殊螺紋檢驗(yàn)

4、用雖:具的加工因難，工藝比較復(fù)雜。特殊嫖紋鳳JI的開發(fā)是待殊螺紋接頭開發(fā)的一個(gè)眠要環(huán)節(jié)，不僅彩響丿I發(fā)周期及制造環(huán)節(jié)的質(zhì)雖控制，而M對(duì)特殊螺紋標(biāo)朮化、系列化尊亦至關(guān)耄耍。一個(gè)成功的特殊螺紋接頭產(chǎn)肚，與Z相配套的特殊螺紋命具設(shè)計(jì)繪否合理，至關(guān)車要，足持殊螺紋接頭的重更保障，山于特殊螺紋的特殊性及$利保護(hù)需求，各家制傳生產(chǎn)企業(yè)所加工特殊螺紋星具亦不盡相同，特殊螺紋呈只對(duì)材料有嚴(yán)格的要求，其應(yīng)具有耐喈性和尺寸穩(wěn)定性切本論文以特殊螺紋量H制造中所選用的冷作模HiM9Mn2V作為研究對(duì)彖，特殊螺紋最具耍求具有較高的表山I質(zhì)星號(hào)兒何將度，為了達(dá)到訊長的使用壽命及嚴(yán)優(yōu)的性能的H的，一-般都唳經(jīng)過燒削加匸工藝

5、實(shí)現(xiàn)這一H標(biāo)。但冷作模H鋼9Un2V經(jīng)淬換后的磨削加工性能并不理想，主要體現(xiàn)以下三方面：（1）含雖碳比較髙、材料脆性大、存在偏析等現(xiàn)象，螺紋牙而!削表面容易產(chǎn)生駕削燒傷及庚削裂紋等缺陷，農(nóng)向粗糙度控制難度大，形響特殊螺紋我兵使用性能;（2）淬碩后的9Mn2V®度高（HRC60、HRC63）,J|匸硬化情況難以消除，Rift削力及聊削溫度都比校烏，使得肝削（亞）衣匸:極其容易產(chǎn)工白層變質(zhì)、燒傷等現(xiàn)象,影響著特殊螺紋量具的加工效率及合格率；（3）螺紋牙面容易受成形煥削時(shí)的為削力、膺削溫皮、材料相變等樂丙產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，使持殊螺紋品具壽命受到一定的影響。第削工藝參數(shù)也會(huì)影響磨削淋度及炳削表

6、面質(zhì)最，最終影響特殊螺紋最良的加匸效率、合格率及使用壽命。因此，要控制持殊螺紋雖H的成形磨削表|們質(zhì)用，必須對(duì)兀磨削機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，揭示磨削工藝參數(shù)、砂輪狀態(tài)與衣血完整性之間的相M關(guān)系，為持殊螺紋量具磨削匸藝參數(shù)優(yōu)化和表面質(zhì)鳳控制提供理論依據(jù)。特殊螺紋呈具的材料特征不同國家在螺紋呈規(guī)選材方面不盡相同，材料化學(xué)成分如表何所示,但選材的共同特點(diǎn)是人多選用了含俗鋼，I：要為提升螺紋雖規(guī)的啊燒性與硬度，但此類螺紋雖規(guī)并適合用于含有較高鉛的汕井管產(chǎn)品（如：13Cr、S-13CC,這是岡為在螺紋徒合時(shí)，材質(zhì)相近會(huì)造成蝶紋拉傷，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生.因此丿L丁島鋸鋼特殊螺紋接頭檢驗(yàn)的特殊量具.般不選用此類材

7、料.表1國內(nèi)外主要國家螺紋帛規(guī)材料化學(xué)成分國國家材料牌號(hào)化學(xué)成分CSiMnPSCrMowV其他II本SKS30.90-1.000901.20<0.03<0.030.501.000.5()1.00關(guān)國020.85().95<0.501.04-1.8()<0.03<0.03<050<03()<0.30英國EN310.95-1.100.100.350.40-0.70<0.04<0.051.201.60中國GCrl50.951.05050.350.250.45<0025<00251.4()1.65<0.10-Ni<03

8、0Cu<025寶鋼9Mn2V0.85-0.95<0401.702.0()<0.03<0.030l0.25文獻(xiàn)W給出了燃紋龜規(guī)的性能要求，一般耍H冇超更度、高耐暦性.尺寸穩(wěn)定及良好的盤面粗糙度，因螺紋量規(guī)要經(jīng)過螺紋成形聲削而成，因此材料要H冇良好的薛削加工性能，耍求熱處理貝有變形小、淬透性好的特點(diǎn)，H.具冇淀的抗蝕性。對(duì)-吸的鳳具材料的選祥，能資閱的資料大多榕薦使用溼碳鋼、低合金丁具鋼、優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼等，如表2所示。衣2龜貝用鋼的選用卒例9Z2V鋼足利用我國豐富的錢、銳資源研制出來的不含緘媒的經(jīng)濟(jì)取低合金冷用途選用的牌號(hào)舉例鋼的類別牌號(hào)尺、J小、精度低,簡單的品規(guī)、板規(guī)等

9、碳素工具鋼精度低，耐沖擊的卡板、樣板、直尺等滲碳側(cè)15、20、15Cr塊規(guī)、螺紋屋規(guī)、樣柱、樣套等低合金工具鋼CrMn.9CrWMn.CrWMn9.9Mn2V各種要求粘度的雖具冷作模具鋼9Mn2V、Cr2Mn2要求精度和耐腐蝕的量具不銹鋼4Crl3.9Crl8作模JI鋼。熱處理丁藝性良好.變形開裂傾向小.在100C左右的熱油中淬火效果更好.但淬透性、淬硬性、冋火抗力、強(qiáng)度、搐裂傾向等均不如Ci斛n系的鋼種好。耐磨件也不如CrWMniM，但比T10鋼的耐蠟性炎高6-7倍。9Mn2V鋼是一種是合金工H鋼中惟一不含筍、Cr元素的經(jīng)濟(jì)空低合金工具鋼種，丄藝性能和綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳素丄具鋼，在我國已有校

10、長應(yīng)用歷史，枳累了I富的使用經(jīng)驗(yàn)"9Hn2V模貝鋼與碩素丄具鋼相比，具有較島的破度和耐瞬性，淬透性很好,淬火時(shí)變形較小。（1）化學(xué)成分衣3試驗(yàn)材料9Mn2V的化學(xué)成分（）化學(xué)成分CSiMnPSV檢驗(yàn)結(jié)果0.88840.1971.7230.01190.00540.127參考值W0.40W0.030<0.0309Mn2V鋼的相變點(diǎn)為:表4試驗(yàn)材料9Mn2V的相變點(diǎn)溫度AclAccmAriMs9Mn2V730*C765X?652r125*C（2）性能及應(yīng)用9Mn2V中掘的質(zhì)雖:分?jǐn)?shù)髙達(dá)1.70%-200%.主耍是為了提髙鋼的淬透性。形狀復(fù)雜的模具零件用熱汕冷卻變形更小，易微變形淬火。錨使鋼的Ms點(diǎn)卜降，淬火后殘陽奧氏體比CrWMn鋼欽囚此淬火變形比CrWMn更小，但較多殘留奧氏體也使尺寸穩(wěn)定性不及CrWMn鋼.鋼中含V,形成細(xì)微的VC質(zhì)點(diǎn)能有效地細(xì)化品粒，也能抑制二次碳化物網(wǎng)的析出，鍛造和機(jī)械加工都比較容易進(jìn)行.由于含右V元素，往往在實(shí)際生產(chǎn)中不夠重視9Mn2VH<|的過熱敏感性，因此工件經(jīng)常出現(xiàn)過熱現(xiàn)彖。一般