Page 79 - 理化检验-化学分册2017第八期

白 强, 等: 钻柱转换接头断裂原因分析

微组织与基体显微组织相同, 亦为回火索氏体 ＋ 贝

氏体.断口上的二次裂纹是沿晶界扩展的, 由图 ４
和图 ５ 可见, 裂纹起源于螺纹根部, 且具有 沿晶特
征.转换接头的显微组织中出现较多上贝氏体的主
要原因是零件截面尺寸大, 淬火过程中零件的冷却
速率不够, 材料自身的淬透性和淬火介质冷却能力
的强弱都会影响淬火后的组织 [ ４ ] .理论上讲, 回火
索氏体中出现上贝氏体对材料的性能, 尤其是韧性
图 ５ 沿晶扩展的二次裂纹形貌
是有害的, 但其危害程度难以定量确定, 主要取决于
Fi g 敭５ Mor p holo gy oftheinter g ranularsecondar y cracks
上贝氏 体 的 含 量 和 形 态 [ ５ ] . 需 要 指 出 的 是, API
[ ６ ]
SPEC７Ｇ１－２００６ ( R２０１５ )« 旋转钻柱构件规范» 对
转换接头的显微组织并没有明确要求.
１．４ 化学成分分析
在失 效 转 换 接 头 上 取 样 依 据 GB / T ４３３６－
２００２ « 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分
析方法( 常规法)» 进行化学成分分析, 结果见表 ２ .
图 ４ 显微组织与沿晶裂纹形貌
根据检测出的元素及其含量可以推断, 失效转换接
Fi g 敭４ Mor p holo gy ofthemicrostructureand
头材料为 ４１４５H 结构钢.
inter g ranularcracks
表 ２ 失效钻柱转换接头化学成分( 质量分数)
Tab敭２ Chemicalcom p ositionsofthefaileddrillＧstemsub massfraction ％
试样 C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu
转换接头 ０．４６ ０．２７ １．０６ ０．０１８ ０．００３５ １．１２ ０．２２ ０．１１ ０．０２１
４１４５H 钢 ０．４２~０．４９ ０．１５~０．３５ ０．６５~１．１０ ≤０．０３５ ≤０．０４０ ０．７５~１．２０ ０．１５~０．２５ － －

１．５ 力学性能试验
失效 钻 柱 转 换 接 头 执 行 APISPEC７Ｇ１ . 由 ２ 钻柱转换接头结构分析
APISPEC７Ｇ１－２００６ ( ２０１５R ) 可知, 失效转换接头 ２．１ 转换接头弯曲强度比
属于 B 型钻 柱 短 接, 根 据 标 准 要 求 B 型 接 头 的 小 在钻井过程中, 钻具承受的载荷复杂, 钻具接头
端部分不 需 要 进 行 拉 伸 性 能 测 试, 其 力 学 性 能 检 作为钻柱结构中的薄弱环节其结构设计至关重要,
测内容包括: 夏 比 V 型 缺 口 冲 击 试 验 和 表 面 布 氏 为了防止钻铤螺纹连接的疲劳破坏, 必须使内、 外螺
硬度试 验, 试 验 分 别 依 据 ASTM E２３－１２c « 金 属 纹接头强度之间有一个适当的平衡关系, 即采用合
理的弯曲强度比, 弯曲强度比应尽可能接近 ２．５ , 不
材料缺口 试 样 标 准 冲 击 试 验 方 法» 和 ASTM E１０
－１５a « 金属材料布氏硬度标准试验方法» 进行, 试 应小于 ２．２５ , 也不宜大于 ２．７５ , 弯曲强度比 RBS 可按
验结 果 见 表 ３ . 可 见 转 换 接 头 的 力 学 性 能 符 合 下式计算 [ ７ ]
APISPEC７Ｇ１－２００６ ( ２０１５R ) 对 B 型 钻 柱 短 接 力 Z B æ D －Dbö æ DR －d ö
４
４
４
４
RBS ＝ ＝ ç ÷ ç ÷ ( １ )
学性能的要求. Z P è D ø è DR ø
式中: RBS 为弯曲强度比; Z B 为内螺纹接头截面模
表 ３ 失效钻柱转换接头力学性能
Tab敭３ Mechanical p ro p ertiesofthefaileddrillＧstemsub 数; Z P 为外螺纹接头截面模数; D 为接头外径; Db
为相当于外螺纹接头端部的内螺纹接头直径; d 为
全尺寸试样冲击吸收能量 / J 布氏硬度 /( HBW１０ / ３０００ )
项目 接头内径; DR 为距台肩 １９．１ mm 处的外螺纹接头
单个值 平均值 单个值 平均值
齿根直径.
实测值 ８８ , ９３ , ９３ ９１ ３０３ , ３０１ , ３０５ ３０３ 将断裂的转换接头内螺纹接头部分视为钻铤接
标准值 ≥４７ ≥５４ ≥２８５ 头( 与其配合的是 ６Ｇ１ / ２″ 钻铤 NC５０ 外螺纹接头) 进
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