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42MnMo7地质钻杆断裂原因分析

2012-5-28 08:13| 发布者: 花瓣七七| 查看: 1747| 评论: 0|原作者: 郭金宝,尹卫东,高加强|来自: 中国电镜网

摘要: 通过化学成分分析、断口分析、金相检验和扫描电镜观察等方法,对42MnMo7钢地质钻杆的断裂原因进行了分析。结果表明:钻杆在交变力作用下,在螺纹根部的应力集中处产生裂纹,此裂纹在过载力和钻杆基体存在带状脆性马氏 ...

摘要:通过化学成分分析、断口分析、金相检验和扫描电镜观察等方法,对42MnMo7钢地质钻杆的断裂原因进行了分析。结果表明:钻杆在交变力作用下,在螺纹根部的应力集中处产生裂纹,此裂纹在过载力和钻杆基体存在带状脆性马氏体的情况下进一步扩展,最终导致钻杆发生断裂。最后对此提出了相应的措施及建议。

关键词:地址钻杆;过载;应力集中;成分偏析

中图分类号:TG921+.2TG115.2    文献标志码:B 

文章编号:1001-4012201205-0324-04

 

Analysis on Fracture Reason of 42MnMo7 Drill Pipe

 

GUO Jin-baoYIN Wei-dongGAO Jia-qiang

(1. Banshan Iron & Steel Co.Ltd.Shanghai 201900China2. Yantai Lubao Steel Pipe Co.Ltd.Yantai 264002China)

 

AbstractThe fracture reason of 42MnMo7 drill pipe was analyzed by means of chemical compositions analysisfracture analysismetallographic examination and scanning electron microscopy(SEM) observation. The results showed that drill pipes were effected by the alternate stressmaking the cracks initiated on the bottom of thread stress concentratedmeanwhile the martensite layer in the pipe body reduced the toughness and plasticitywhich made the crack propagateand eventually the drill pipe was fractured. And the corresponding solutions and suggestions were proposed.

Keywordsdrill pipeoverloadstress concentrationsegregation

 

地质钻杆主要应用于地层钻探,深度往往达数百米,通过对钻探过程中取上来的岩石、土壤和介质等进行分析,从而为开发水电站、水坝、利用地下资源等提供依据和保证。该工况条件将使钻杆受到极为苛刻的交变扭矩和顶力,当遇到硬的岩石、地质塌陷等突发变化,容易造成钻杆的瞬间受力过载现象。

某公司生产的42MnMo7地质钻杆的规格为ф50mm×6.5mm,其生产工艺流程为:炼钢管坯连铸穿孔热轧张力减径定径空冷用户自行螺纹加工利用螺纹连接成钻杆串。该管被应用在某水电站建设过程中,结果发现有80%的管子经1~2个班(每班12h运作)使用后发生断裂,余下20%的管子经3~4个班后的使用也相继发生断裂。大部分管在螺纹连接处发生开裂,如图1所示;约20%的管子在管体处断裂,如图2所示;另外有一根管子呈弹簧状断裂,如图3所示。据水电站技术人员反映,该批钻杆在使用过程中,钻压和钻速和其他正常使用的钻杆基本一样,未发现异常情况。该批管的螺纹在某定点厂采用成形刀加工,加工前后没有经过热处理。为查明钻杆断裂的原因,笔者对断裂钻杆进行了理化检验和分析,并提高了改进措施及建议。

1  钻杆开裂的宏观形貌

Fig. 1  Macro morphology of the cracked drill pipe

 

2  断裂管体的宏观形貌

Fig. 2  Macro morphology of the fractured pipe

 

3  弹簧状断裂管体的宏观形貌

Fig. 3  Macro morphology of spring-like fractured pipe

 

1.       理化检验

1.1.       宏观检验

通过对断裂管进行观察,可以分为三种断裂形式,第一种发生在螺纹根部,如图1所示,裂纹呈周向分布;第二种发生在管体,如图2所示,断裂面与管的轴线成45°方向,在断裂面的中间呈现平断口,在边缘有剪切刃;第三种呈弹簧状断裂,如图3所示,裂纹从管端螺纹起始,沿着45°的螺旋方向向管体延伸。据此情况取图123中的管体作为分析管样,分别编号为管样123

该批断裂管属同一炉号,在图1所示的管样1上的开裂部位附近取样进行化学成分、拉伸和冲击性能、硬度等的检验。

测量上述经使用后的完整管壁厚,其壁厚范围为5.15~6.21mm;测量未经使用的管壁厚,其壁厚范围为6.5~6.7mm,这说明管子在使用过程中受到了磨损。

1.2.       化学成分与分析

在管样1上取样进行化学成分分析,结果见表1,可见断裂管的成分满足出厂要求。其中氧、氮、硫、磷的含量都控制在非常低的水平,说明该断裂管经过较好的炉外精炼和真空脱气,在某种程度上会提升钻杆的综合性能指标。

1  断裂管的化学成分(化学成分)

               Tab. 1  Chemical compositions of the fracture pipe(mass)             %

条件

C

Si

Mn

P

S

Al

Mo

N

O

实测值

0.40

0.28

1.69

0.011

0.0019

0.031

0.17

0.007

0.0011

出厂要求值

0.38~0.45

0.15~0.35

1.55~1.85

≤0.025

≤0.020

0.15~0.25

 

1.3.       拉伸试验

在管样1和出厂后未使用的管上取样进行拉伸试验,结果表明见图2,可以看出断裂管的拉伸性能满足出厂要求,但强度偏高。

2  拉伸试验结果

Tab. 2  Tensile test results

条件

Rt0.5/MPa

Rm/MPa

A50.8/%

断裂管实测值

672.659

913.899

17.519.0

出厂管实测值

580~620

845~915

17~19

出厂标准值

≥520

≥780

≥15

 

1.4.       冲击试验

由于管子壁厚较薄且直径较小,因此只能加工非标试样,在管样1上取样,规格为2.5mm×10mm×55mm,温度为25°C,进行冲击试验,测得冲击功为9.08.08.0J(出厂标准没有此项要求),平均剪切百分比为28%,说明该管存在脆性。

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