从化学成分、布氏硬度、金相组织、冲击性能、拉伸性能等5个方面对报废游车大钩钩体材料进行测试试验,将试验值与行业标准规范进行对比,对报废大钩钩体材料的机械性能进行分析。该研究对深入了解游车大钩报废原因具有指导意义。 In this paper, chemical composition, Brinell hardness, metallographic structure, impact property and tensile property were used to test the hook body of abandoned travelling block, and the test values were contrasted with the industry standard and specifications, through which the performance of the hook materials used in the invalidated travelling block was analyzed. It provides guidance for deeply understanding the reason of abandoned travelling blocks.
于雷1,黄志超2
1中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津
2中海油能源发展装备技术有限公司,天津
作者简介:于雷(1979-),男,工程师,现从事海洋钻修机装备管理工作。
收稿日期:2019年1月3日;录用日期:2019年3月3日;发布日期:2019年4月15日
从化学成分、布氏硬度、金相组织、冲击性能、拉伸性能等5个方面对报废游车大钩钩体材料进行测试试验,将试验值与行业标准规范进行对比,对报废大钩钩体材料的机械性能进行分析。该研究对深入了解游车大钩报废原因具有指导意义。
关键词 :游车大钩,布氏硬度,金相组织,冲击性能,拉伸性能
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在年检中,中海油渤海自营油田修井机游车大钩多套次被检出裂纹缺陷,导致部分游车大钩报废。油田对游车大钩开展了一系列性能分析。骆发前等 [
当金属被能量激发时,原子的壳层电子被激发到较高能级的外层轨道上同时激发出特征谱线。采集这些特征谱线并计算其强度就可以获得该元素的质量分数。根据游车大钩制造商提供的资料显示,该大钩的材料牌号为ZG28NiCrMoA。对游车大钩钩体材料的8种化学元素进行定量分析,并与标准JBT 6402—2006《大型低合金钢铸件》对比,试验结果如表1所示。
试样 | 各合金元素及其质量分数/% | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | |
材料标准 | 0.25~0.30 | 0.30~0.80 | 0.60~0.90 | ≤0.030 | ≤0.030 | 0.35~0.85 | 0.35~0.55 | 0.40~0.80 |
大钩钩体 | 0.32 | 0.45 | 0.71 | 0.014 | 0.012 | 0.97 | 0.24 | 0.05 |
表1. 游车大钩试样化学成分分析试验结果
该试样的C元素含量略高于标准要求,Si、Mn、P和S元素含量满足标准要求,Cr元素含量明显高于标准要求,Ni和Mo元素含量低于标准要求。
试验采用布氏硬度计进行硬度测量。选取2个游车大钩试样,试验方法参照GB/T 231.1—2009《金属材料布氏硬度试验第1部分:试验方法》。从试验结果(表2)可以看出,2种试样的布氏硬度在250~256 HBW,说明游车大钩钩体各部分的材质比较均匀,抵抗压力和划痕的能力也基本相同。
试样 | 布氏硬度/HBW | |||
---|---|---|---|---|
1次测量 | 2次测量 | 3次测量 | 均值 | |
1# | 250 | 252 | 253 | 251.7 |
2# | 253 | 255 | 256 | 254.7 |
表2. 游车大钩试样布氏硬度分析结果
金相组织分析是研究金属及合金内部结构的一种常见试验方法。试验方法参照GB/T 13298—1991《金属显微组织检验方法》。游车大钩试样钩体表面进行金相组织分析并拍摄金相组织相片如图1所示。游车大钩的材质为以铁素体为基体,内分布着较为均匀的碳化物球粒的复合物,是一种典型的回火索氏体组织形态。
图1. 游车大钩钩体金相组织
材料冲击试验是一种动态力学试验,材料的冲击吸收功能够直观反应材料的冲击韧性。试验方法参照GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。试样尺寸如表3所示。
试验制作了3组冲击试样,试验温度为−20℃,每组包含3个试样,冲击试验结果如表4所示。游车大钩试样的冲击吸收功在18.5~28 J之间。参考对ZG28NiCrMoA钢材冲击吸收能量的要求,在−20℃时的最小冲击功为32 J,说明该批试样的冲击韧性均未达标。
名称 | 长度/mm | 高度/mm | 宽度/mm | 缺口角度/(˚) | 缺口底部高度/mm | 缺口根部半径/mm | 缺口对称面到 端部距离/mm | 纵向面间 夹角/(˚) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
公称尺寸 | 55 | 10 | 10 | 45 | 8 | 0.25 | 27.5 | 90 |
机加工偏差 | ±0.60 | ±0.075 | ±0.11 | ±2 | ±0.075 | ±0.025 | ±0.42 | ±2 |
表3. 冲击试验试样尺寸表
试验组 | 试样编号 | 冲击吸收功/J | 平均值/J |
---|---|---|---|
CJ1 | 1 | 26.0 | 25.33 |
2 | 22.0 | ||
3 | 28.0 | ||
CJ2 | 1 | 24.0 | 21.83 |
2 | 18.5 | ||
3 | 23.0 | ||
CJ3 | 1 | 23.0 | 21.67 |
2 | 20.0 | ||
3 | 22.0 |
表4. 冲击试验结果
试验方法参照GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》进行试样加工和试验分析,制作了4组拉伸试样,试验结果见表5。参考标准JBT 6402—2006《大型低合金钢铸件》,要求该牌号的材料屈服强度大于420 MPa,抗拉强度大于630 MPa,断后伸长率不低于20%,断面收缩率高于40%。从拉伸试验结果可以看出,该游车大钩钩体材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均符合标准,断面收缩率ZG3及ZG4也基本满足要求。ZG1及ZG2断面收缩率偏小,可能与试样加工工艺有关。
试件编号 | 原始标距/mm | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 断后伸长率/% | 断面收缩率/% |
---|---|---|---|---|---|
ZG1 | 50 | 458 | 869 | 24 | 22.56 |
ZG2 | 50 | 469 | 885 | 26.5 | 34.39 |
ZG3 | 50 | 448 | 878 | 28 | 49.59 |
ZG4 | 50 | 560 | 894 | 27.5 | 37.59 |
表5. 拉伸试验结果
1) 大钩试样的化学成分试验结果与该材料牌号的标准要求差异较大,C、Cr、Ni、Mo含量偏离标准值直接影响材料的性能。
2) 大钩试样的冲击韧性不满足标准要求。
3) 大钩试样的拉伸试验结果基本符合标准要求。
4) 为避免游车大钩在油田生产运营中过早报废,建议游车大钩钩体在制造过程中完善铸造工艺,确保大钩材料各化学成分和机械性能满足标准要求。
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